1 Схемотехника стабилизированных источников тока (ИТ)

Наиболее просто решать задачу построения ИТ можно используя нелинейности выходных характеристик биполярных и полевых транзисторов. В общем случае ИТ строят на базе усилительного каскада со стоковой нагрузкой.

Типичный вид выходной характеристики полевого транзистора представлен на рис. 1, где использованы следующие обозначения:

I_c - ток стока;

U_{c и} - напряжение сток-исток;

U_зи - напряжение затвор-исток;

U_п -пороговое напряжение (напряжение отсечки).

Рисунок 1 – Выходные характеристики полевого транзистора

Из рисунка видно, что при постоянных значениях напряжения изменение I_c невелико. Схемы ИТ на биполярных и полевых транзисторах нашли достаточное применение в различных устройствах из-за простоты их реализации.

Одна из наиболее простых схем ИТ с температурной компенсацией рабочей точки представлена на рис. 2.

Рисунок 2 – Схема ИТ с буферным эмиттерным повторителем

В этой схеме падение напряжения Uбэ VT2 компенсируется падением напряжения на эмиттерном переходе VT1, который имеет такие же температурные характеристики. Резистор R3 играет роль нагрузки для VT1 и задает ток базы VT2. Варьируя соотношением R1/(R1+R2), можно изменять ток нагрузки.

Существенно улучшает стабилизацию тока по сравнению с предыдущей каскодная схема (рис. 3). В данной схеме VT1 работает как и в прежней схеме, но напряжение на коллекторе фиксируется с помощью эмиттера VT2. Ток, текущий через нагрузку, практически не зависит от тока базы VT2, если h21 последнего достаточно велико. При этом Uкэ VT1 не зависит от напряжения на нагрузке, а это значит, что устранены влияния на величину выходного тока изменений Uбэ транзистора VT1.

Рисунок 3 – Каскодная схема ИТ

Для того, чтобы схема обеспечивала высокую точность поддержания тока, следует использовать стабильные резисторы с допуском 1%. влияние коэффициента h21 можно ослабить, если выбрать транзистор с большим значением h21. Тогда ток базы будет вносить меньший вклад в ток эмиттера. Этого же можно достичь, если в качестве VT1 использовать составной транзистор. Ток нагрузки регулируется резистором в эмиттере VT1.

Еще одним вариантом обеспечения независимости выходного тока от напряжения питания является использование напряжения Uбэ в качестве опорного (рис.4). В этой схеме U_бэ VT1 определяет выходной ток независимо от напряжения источника питания Uип. Ток нагрузки определяется величиной резистора R2:

Рисунок 4 – Схема ИТ с использованием б-э перехода транзистора

I_н = U_бэ /R2

С помощью резистора R1 устанавливается смещение VT2 и потенциал коллектора VT1, причем этот потенциал меньше Uип на удвоенную величину падения напряжения на базо-эмиттерном переходе (при условии, что транзисторыVT1 и VT2 идентичны):

U_кэ = U_ип - 2U_бэ .

Источники тока на основе согласованной пары биполярных транзисторов носят название “токовые зеркала” (ТЗ). Базовая схема ТЗ представлена на рис. 5. Особенностью схемы является то, что ток через нагрузку задается коллекторным током транзистора VT1.

Рисунок 5 – Базовая схема токового зеркала

При изменении входного сопротивления R в цепи коллектора VT1 величина напряжения U_бэ , устанавливается в соответствии с требуемым током i_пр , и зависит также от температуры окружающей среды и типом транзистора. В результате оказывается заданным режим схемы и транзистор VT2, согласованный с VT1 (лучше всего использовать монолитный сдвоенный транзистор), передает в нагрузку такой же ток, который задан для VT1.

Одно из достоинств приведенной схемы, в сравнении с предыдущими, состоит в том, что ее диапазон устойчивости по напряжению равен U_ип за вычетом нескольких десятых долей вольта, т. к. нет падения напряжения на эмиттерных резисторах.

ТЗ обладает одним существенным недостатком – выходной ток несколько изменяется с изменением выходного напряжения, поскольку выходное сопротивление ИТ имеет конечную величину. Вызвано это тем, что при заданном токе транзистора VT2 U_бэ слабо изменяется в зависимости от коллекторного напряжения (проявление эффекта Эрли). Практически ток может меняться до 21% в диапазоне устойчивой работы схемы, т.е. характеристики такого ИТ будут несколько хуже, чем в предыдущих схемах с эмиттерными резисторами (в них действие отрицательной обратной связи по току стабилизирует режим схемы). Поэтому, одним из вариантов улучшения характеристик ТЗ является включение эмиттерных резисторов, падение напряжения на которых составляет несколько десятых долей вольта.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--