Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Тогда К „„„, о 12, т.в. несравненно меньше, чем при использовании ксточлнка тока. Температурная чувствительность выходного напряжения у диодных стабилизаторов определяется температурной чувствительностью диодов. Комбинируя стабилитроны, работающие в режиме лавинного пробоя (у которых ТКН > О) с диодами, работающими при прямом смещении (у которых ТКН < О), можно обеспечить температурную чувствительность до 0,01%/сС и менее. Транзисторные стабилизаторы. Принципиальная схема простейшего транзисторного стабилизатора напряжения показана на рис.
9.32, а, а его малосигнальная эквивалентная схема— на рис. 9.32, б. Стабилизатор имеет структуру эмиттерного повторителя: нагрузка включена в цепь эмиттера, а на базу вместо переменного сигнала подано постоянное опорное напряжение У„. Источником опорного напряжения обычно служит диодный стабилизатор. а) Рнс. 9.32. Принципиальная (а) н эквивалентная (б) схемы транзисторного ствбнлнзвторв нв основе эмнтторного повторителя Из рисунка следует: У = ӄ— У*, т.е. выходное напряжение определяется значением опорного напряжения.
Если пренебречь базовым током, то входной и выходной токи практически одинаковы: Е = Гз. Следовательно, увеличение тока нагрузки влечет такое же увеличение коллекторного тока и тем самым — мощности, рассеиваемой в транзисторе. Очевидно, что короткое замыкание на выходе недопустимо, так как приводит к перегрузке транзистора.
Этот вывод относится ко всем стабилизаторам лоследовалгельяого типа, у которых регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой. Во избежание перегрузки мощные стабилизаторы последовательного типа снабжают специальной системой защиты. 9.10. Стабилизаторы напряжения 399 Выходное сопротивление данного стабилизатора такое же, как у эмиттерного повторителя. Учитывая,что роль сопротивления Я„ играет малое сопротивление опорного элемента г,п, можно принять выражение (9.64): Язых 1з. (9.8б) ~в Л~з Л~б' Л~б' Я„+г, Лу б оп Л(у б оп г тг г ет б' 1 1 Га +Ге + Г„ г„ где в правых частях стоят коэффициенты передачи соответствующих резистивных делителей напряжения.
Подставляя отношение ЛУ2/Л(71 в (9.79), получаем коэффициент стабилизации: Уз Г К ст У1 Гб З Г (9.87) Пусть, например, Уз/У1 = 0,8; г„= 250 кОм; гб = 150 Ом; г„= 20 Ом. Тогда К= 1200. 1 Источник тока абт, считается бездействующим (отсутствующим), так как приращение ЛГ, заведомо очень мало (поскольку Пз = сопзз) Отсюда следует, что выходное сопротивление растет с уменьшением тока и по мере приближения к режиму холостого хода может достигать неприемлемых значений. Чтобы сгладить зависимость выходного сопротивления от тока нагрузки, можно включить параллельно нагрузке (до выходных зажимов) постоянный шунт.
Этот шунт обеспечит некоторый остаточный эмиттерный ток даже при холостом ходе (т.е. при 1 = О). Если пренебречь сопротивлением коллекторного перехода, т.е. положить г„= оз, то приращения ЛУ1 не будут проникать в базовую и эмиттерную цепи транзистора, поскольку в коллекторной цепи находится идеальный источник тока (рис. 9.32, 6). В этом случае К = со. О учетом сопротивления га приращение выходного напряжения Льг в зависимости от ЛУ можно записать в виде следующих соотношений (рис. 9.32, б)1: Глава 9.
Осиовм аиалоговов схемотехиики 9.11. Стабилизаторы тока Выше не раз использовались источники тока в виде условных элемеытов электрических цепей. Стабилизаторы тока, рассматриваемые в данном разделе, представляют собой реальное схемное воплощение таких источников. Задача стабилизаторов тока — поддерживать неизмеыным выходной ток Ез при изменениях нагрузки Ве и входыого (питающего) напряжения (Ет (рис. 9.33). В дальнейшем напряжение ыа стабилизирующем элементе обозначается через ЕЕ,. Параметры стабилизаторов. Идеальный стабилизатор тока имеет горизонтальную вольт-амперную характеристику, показанную на рис.
9.34 штриховой линией Е. Характеристики реальных стабилизаторов (кривая 2) отличаются от идеальной ограниченным рабочим участком и конечным дифференциальным сопротивлением В, на рабочем участке. Как правило„сопротивление В, зависит от напряжения ьЕ,. Однако учет такой нелинейности не оправдан на практике. Поэтому под В, всегда понимают некоторую усредненную величину. Рабочий участок ограничен точками а и Ь, в которых наступает заметное уменьшение сопротивления Вг У биполярных транзисторов точка а соответствует переходу в режим насыщения, а у МДП-транзисторов — на крутой участок характеристики.
Точка Ь у обоих типов транзисторов соответствует началу пробоя. о о,„,„ о, о, Рис. 9.34. Вольт-амиериал характеристика стабилизатора тока Рис. 9.33 Скелетиах схема стабилизатора тока Таким образом, простой однотранзисторный стабилизатор обеспечивает достаточно высокий коэффициент стабилизации, но не позволяет кардинально решить проблему уменьшения вы ходного сопротивления.
Современное решение этой проблемы с использованием операционного усилителя рассмотрено в гл. 10. 401 вп1. Ставиляэаторм тока Напряжение У, „„в точке а есть то минимальное напряжение на стабилизирующем элементе, при котором он еще выполняет свои функции. У биполярных п — р — и-транзисторов минимальное напряжение можно считать равным 0,2 В для включения ОЭ и — 0,5 В для включения ОБ (см. рис. 5.14, а и 5.15, а). У МДП-транзисторов минимальное напряжение близко к напряжению насыщения У,„(см.
рис. 4.7, а). Последнее, в зависимости от тока и удельной крутизны транзистора, лежит в пределах от долей вольта до нескольких вольт. В большинстве электронных схем нагрузка стабилизаторов тока нелинейна. Для нелинейных элементов сопротивление является лишь условным символом, обозначающим отношение напряжения к току. Поэтому нелинейную выходную цепь удобнее характеризовать не сопротивлением В„, а выходным напряжением У при заданном токе. Номинальным режимом стабилизатора тока является режим короткого замыкания, когда Уз = О. При этом, как видно из рис.
9.33, на стабилизирующем элементе падает максимальное напряжение, равное напряжению Уз. Разумеется, напряжение Уз должно лежать в пределах рабочего участка (рис. 9.34). Ток короткого замыкания считается номинальным током стабилизатора. Этот ток складывается из тока 1э и тока У,1В„, обусловленного конечным сопротивлением стабилизирующего элемента (см. рис. 9.33). Во всех реальных стабилизаторах вторая составляющая пренебрежимо мала, так что номинальный выходной ток 1 считают равным току идеального стабилизирующего элемента 1э. В режиме, отличном от короткого замыкания, на выходе стабилизатора имеется конечное напряжение У .
Чем оно больше, тем меньше напряжение У, на стабилизирующем элементе. Максимальное напряжение на нагрузке соответствует значению У, „„,. Величины 1э, Уз и Уз в общем случае некоррелированы, т.е. меняются независимо друг от друга. Поэтому для наихудшего случая приращение выходного тока является арифметической суммой трех приращений (рис. 9.33): оУг Ь12 = оХс + . + —. В, В, м — 3423 Глава В. Основы аналоговой схемотехники Деля левую часть на ток 1г, а правую — на близкий к нему ток 1, запишем относительную нестабильность в виде гг1г !г1о о(1! й(1г — = — + — + —. 1г 1з Е! Е,.
(9.88) Здесь Е, = 1 В,. — эквивалентное напряжение, определяющее качество стабилизации по выходному и входному напряжениям. Чем больше значение Е!, тем выше качество стабилизации. На практике роль стабилизирующих элементов выполняют транзисторы. В случае биполярных транзисторов, включенных по схеме ОВ, ток 1о является коллекторным током, а сопротивление Е! — сопротивлением коллекторного перехода г„. Как известно [см. (5.44)), сопротивление г„обратно пропорционально току 1„. Поэтому их произведение, т.е. напряжение Ео не зависит от тока и может рассматриваться как параметр транзистора.
Типичные значения этого параметра составляют 2 — 3 кВ. Для включения ОЭ, при котором сопротивление г„= г„(1 — а), значения Е,. в десятки раз меньше. В случае МДП-транзисторов произведение 1,г, согласно (4.20) тоже является параметром. Типичные значения Е, составляют 200 — 500 В. Во многих схемах в качестве стабилизирующего элемента используют обыкновенный резистор (см. рис. 8.15). Прн анализе этого варианта нужно на рис.
9.33 положить 1э = О. Тогда 1г (%! Пг)1Фг Для того чтобы стабилизированный ток слабо зависел от выходного напряжения, должно выполняться условие с1 «Уг; при этом 1 и ()г1Лг Относительная нестабильность по аналогии с (9.88) имеет вид: г)1г о!'! ос'г 1г '! (г Значение питающего напряжения У! обычно не превышает 10 — гб В, т.е. оно несравненно меньше эквивалентного напряжения Е, у нелинейных стабилизирующих элементов (см. (9.88)). Соответственно при прочих равных условиях нестабильность тока будет во много раз больше. )Ь11.
Стабилизаторы тока 403 Простейшие стабилизаторы. На рис. 9.35, а показан типовой вариант стабилизатора тока, в котором Ез — источиик стабилизироваииого иапряжеиия. В данном случае такой источиик выполнен иа стабилитроие, питаемом через балластиое сопротивлеиие (рис. 9.31). тЕ„ — Е, а) б) Рнс.
9.35. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы простейшего стабиливатора тока на л-р-л-транзисторе На рис. 9.35, б показана зквивалеитиая схема стабилизатора, где выходная цепь обведена жирными линиями. Обозиачеиия осиовиых величин те же, что и иа рис. 9.33; злемеит Н символизирует нелинейную нагрузку. Сравнивая выходную цепь иа рис. 9.35, б со схемой иа рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
