книги из ГПНТБ / Венгеровский, Л. В. Прецизионные полупроводниковые стабилизаторы

сторов, облегченный режим работы терморезистора, повышенный к. п. д. Выбор режимов балансного каскада можно произвести, используя формулы:

жение коллектор—эмиттер транзистора; (3 — коэффи­ циент усиления в схеме с общим эмиттером; Е 0 — мак­ симальная-амплитуда импульсов; Ez —напряжение сме­ щения, определяемое по статической входной характе­ ристике транзистора; Нг1 — входное сопротивление транзистора при UK э = 0; R K, R 3 — сопротивления

в цепи коллектора и эмиттера соответственно; R T, Rj_ — сопротивления, соответствующие обозначениям на схеме.

Эти формулы выведены из условия линейно-кусочной аппроксимации входных характеристик транзисторов и имеют расхождение с экспериментальными данными не более 5%.

Ключевой усилитель мощности представляет собой [2] каскад 5, содержащий управляющий ключ и мосто­ вую схему из составных транзисторов различной прово­ димости и источника питания со средней точкой. Схема управляется от одного источника управляющего сиг­ нала, . роль которого выполняет транзисторный каскад на Т11.

Потенциал коллектора Т11 может принимать отно­ сительно общей заземленной точки, в соответствии с уп­ равляющим импульсом, либо положительное значение, равное U2, либо нуль. Если потенциал коллектора Т11 равен нулю, то к плечу Т13—Т15 приложено напряже­ ние, равное Un, насыщающее это плечо, а к плечу Т12—Т14 это же напряжение, но запирающее его. При равенстве потенциала коллектора Т11 положительному напряжению U2 к плечу Т13—Т15 приложено напря­ жения (£/а— запирающее это плечо и отпирающее

61

плечо Т12—Т14. Очевидно, что для надежной работы схемы должны выполняться неравенства:

ления по току в схеме с общим эмиттером соответствую­ щих транзисторов, /,ЗК0в, Лбков’ Лгков’ ^мков на" чальный ток коллектора при максимальной температуре

можность управления им от одного источника, в то время как обычные мостовые схемы требуют для управления два синхронно работающих источника. СЭТ разработана для ПСН, имеющего полную погрешность выходного напряжения не более 0,05% за 1000 ч работы, и обеспе­ чивает следующие характеристики:

62

Конструктивно регулятор выполнен с применением современных микросплавных кремниевых транзисторов КТ301Ж и КТ319В. В оконечном каскаде использованы транзисторы КТ801Б и 1Т403Е. Регулятор эксплуати­ руется совместно с термоэлектрическим термостатом, построенном на шести модульных термобатареях ТБМ-2М с оптимальным током 0,5 а и максимальной разностью температур 55° С при температуре горячего спая 30° С. Для теплосъема с горячего спая служит игольчатый ра­ диатор из дюралюминия с полной поверхностью 330 см2. Термобатареи одним спаем жестко закреплены на ра­

изолирован от радиатора поролоновой прокладкой на половину высоты термобатареи. Масса термостата не более 100 а.

В ПСН, к которым предъявляются менее жесткие требования к временной нестабильности и достаточно жесткие требования к температурной нестабильности, наиболее целесообразно применять СЭТ с температурой статирования выше верхнего предела рабочих темпера­ тур. Примером такой СЭТ может служить разработан­ ная авторами СЭТ с использованием полупроводнико­ вого нагревателя и микросхемы 1УТ 401 Б.

Принципиальная схема СЭТ приведена' на рис. 20. В этой схеме сигнал, пропорциональный изменению температуры, формируется и усиливается непосредст­ венно в датчике температуры, роль которого выполняет

63

линейная микросхема 1УТ 401 Б. Возможность исполь­ зования микросхемы 1УТ 401Б в качестве датчика тем­ пературы объясняется достаточно большим дрейфом по току указанной микросхемы. Рассмотрим более под­ робно работу микросхемы 1УТ 401Б как датчика тем­ пературы. Эквивалентная схема 1УТ 401Б для этого случая показана на рис. 21. Для приведенной эквива­ лентной схемы справедлива следующая система уравне­ ний:

Решая систему уравнений (55) относительно входного напряжения ее, получим:

(56)

Максимальный температурный дрейф выходного на­ пряжения микросхемы пропорционален максимальному дрейфу входного напряжения ег.

'^'P7’rnax^B“x = ^ ДРгтахее-

Из формулы (56) видно, что наибольший температур­

третьего слагаемого в числителе. Это условие можно

64

что максимум дрейфа будет при максимальном значе­ нии числителя и минимальном знаменателя. Откуда следует, что максимальный температурный дрейф мик­ росхемы получим при R 0. c -> со (т. е. при разомкнутом усилителе, без сопротивления обратной связи) и также при R z -+ со. Действительно, при R 0. c = со выражение 57) превращается в следующее:

Практически дрейфом микросхемы по напряжению

Lможно пренебречь по сравнению с дрейфом по току

дТ

д!

при больших значениях R 2, и тогда выражение

(58) для дрейфа ег запишется так:

Выражением (60) определяется максимально возмож­ ный температурный дрейф микросхемы 1УТ 401, что дает возможность оценить максимальную чувствитель­ ность микросхемы к температуре при использовании ее в качестве датчика температуры:

дТ max дТ

Из формул (59) и (61) видно, что при большом значе­ нии коэффициента усиления А микросхемы и при до­ статочно большом входном сопротивлении гвх даже при

высокую чувствительность такого датчика к темпера­ туре.

Чувствительность микросхемы к температуре растет при увеличении сопротивления R2, включенного в цепь входа микросхемы, от нуля при R 2 — 0 до максималь-

чувствительностью к температуре обладает схема в ра­ зомкнутом режиме без сопротивления обратной связи. При введенном сопротивлении обратной связи чувстви­ тельность растет от малых величин при малых значе­

(рис. 20) разработана с учетом приведенного выше ис­ следования. Микросхема использована в разомкнутом режиме. В качестве резистора R2 включен резистор ве­ личиной 510 ком (на схеме R5). Схема работает следую­ щим образом. При изменении температуры изменяются, т. е. дрейфуют, токи входов 9 и 10 микросхемы, при этом дрейф по току входа 9 создает на большом по величине резисторе R5 большое изменение напряжения. Дрейф же по току входа 10 почти не меняет падения напряже­ ния на резисторе R4, так как сопротивление Rt — 3 ком, т. е. много меньше R5. Разность потенциалов между вхо­ дами 9 и 10 усиливается самой микросхемой и управляет величиной тока базы регулирующего транзистора Т1,

66

а следовательно, и током коллектора 77. Выделяемая на 77 и R6 мощность идет на поддержание температуры статирования на заданном уровне. Резистор R6 является дополнительным регулирующим элементом; его обмотка выполнена из провода «Нихром» диаметром 0,07 мм, с полным сопротивлением 170 ом. R l, R2 и R3 служат для установки температуры статирования, обеспечивая начальное смещение микросхемы по току входа 10. С1 служит для корректирования микросхемы от паразит­ ной генерации. Питание микросхемы производится от источника напряжения постоянного тока ± 12,66 в.

Датчик температуры—микросхема 1УТ 401Б конструк­ тивно вмонтирован в красномедную обойму и имеет с ней хороший тепловой контакт. В эту же обойму помещен стабилитрон, служащий элементом ИЭС ПСН. С обой­ мой спаян корпус регулирующего транзистора Т1, а по периметру обоймы, с ее наружной стороны, разме­ щена обмотка нагревателя R6, также имеющая хороший тепловой контакт с обоймой. В качестве регулирующего элемента использован кремниевый транзистор КТ301ЖВся конструкция помещена в теплоизолирующий ко­ жух из пенопласта. СЭТ предназначена для работы в диа­

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

СОБСТВЕННЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ, ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПСН

ИСПОСОБЫ СНИЖЕНИЯ ЭТОГО ВЛИЯНИЯ

11.ВРЕМЕННАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ РЕЗИСТОРОВ

ИЕЕ УМЕНЬШЕНИЕ

Ксобственным возмущениям относят шумыТи изме­ нения параметров элементов ПСН во времени. Влияние шумов в основном сказывается в цепи обратной^связи ПСН, так как для обеспечения точного рёгулирования выходного напряжения необходимо иметь достоверную информацию о его истинной величине, а шумы, смеши­ ваясь с сигналом, несущим полезную информацию, мас­ кируют его. Изменения параметров элементов ПСН во

времени сказываются на выходном напряжении ПСН еще более существенно. Так, изменение параметров ЗУ во времени эквивалентно изменению задающего воздей­ ствия.

Рассмотрим элементы ПСН — источники возмуще­ ний, влияющие на выходное напряжение ПСН.

Временной дрейф резисторов является результатом необратимых изменений, происходящих в них с тече­ нием времени вследствие разнообразных физико-хими­ ческих процессов. Временной дрейф имеет сложный ха­ рактер, зависящий как от типа резистора, его конструк-

Рис. 22. Старение сопротивлений типа ВС = 0,5 в полевых ус­ ловиях

/ — 0,6 Мом; / / .— 10 Мом; при влажности 98%; I I I — 10 Мом

ции и технологии изготовления, так и от условий, в ко­ торых он эксплуатируется или находится. В непроволоч­ ных резисторах дрейф появляется сравнительно быстро. Дрейф резисторов наблюдается не только тогда, когда они находятся под действием напряжения или тока, но и когда они не работают, а хранятся в складских по­ мещениях. Разница заключается лишь в скорости дрейфа. Поэтому при учете временного дрейфа резисто­ ров следует учитывать не только время их работы в схеме ПСН, но и время хранения ПСН, т. е. полного срока существования. Действие времени на резисторы может усиливаться или ослабляться в зависимости от других факторов.

68

На рис. 22 показам характер старения сопротивле­ ний типа ВС = 0,5 в различных условиях [18]. Из рисунка видно, что внешняя среда и условия эксплуа­ тации оказывают весьма существенное влияние на вре­ менной дрейф резисторов. Даже параметры резисторов одного типа могут иметь различные дрейфы, если усло­ вия их эксплуатации различны. Это обстоятельство зна­ чительно затрудняет возможность учета временного дрейфа элементов при проектировании ПСН.

Проволочные резисторы обладают более высокой стабильностью при воздействии на них различных фак­ торов. Соответственно и характер изменения парамет­ ров во времени проволочных резисторов имеет меньший разброс. Особенно это касается проволочных резисторов одного типа, эксплуатирующихся в одинаковых усло­ виях.

Временную нестабильность сопротивления, вызван­ ную необратимыми изменениями в резисторе, принято характеризовать коэффициентом нестабильности.

5R = Rt0~ Ri -100, %,

RiQ

где бR — коэффициент нестабильности; R/o, R t — зна­ чение сопротивления соответственно в моменты времени

t 0 и t.

Проволочные резисторы в зависимости от конструк­ ции и условий эксплуатации в большинстве случаев мо­ гут иметь коэффициент нестабильности, равный 0,01 — 0,5% за 1000 ч [18].

Нестабильность сопротивления проволочных резисто­ ров обусловлена физико-химическими явлениями, про­ исходящими в резистивных проволоках, контактных

нологии изготовления резисторов. Несмотря на то, что изучением причин нестабильности резистивных прово­ лок занимаются очень давно, до сих пор нет общеприня­ той точки зрения на процессы стабильности сопротив­ ления. Однако анализ результатов исследований этого вопроса позволяет установить некоторые причины вре­ менного дрейфа [18].

Резистивные, сплавы представляют собой двойные или тройные твердые-растворы, составляющие которых рас­

69