- •Полупроводниковые приборы
- •Полупроводники
- •Электронно-дырочный переход
- •Вентильное свойство идеального p-n перехода
- •Емкость идеального p-n перехода
- •Полупроводниковый диод
- •Вольт-амперная характеристика реального p-n перехода. Пробой
- •Полупроводниковые приборы с одним выпрямляющим переходом
- •Биполярный транзистор
- •Полевые транзисторы
- •Особенности мощных высоковольтных транзисторов
- •Однопереходные транзисторы
- •Тиристоры
- •Усилители
- •Каскадирование как принцип построения электронных устройств
- •Классификация усилителей
- •Основные параметры усилителей
- •Обратные связи в усилителях
- •Усилители на биполярных транзисторах
- •Обеспечение начального режима работы усилителя
- •Усилитель с эмиттерной стабилизацией
- •Математические модели биполярного транзистора
- •Расчет усилителя с эмиттерной стабилизацией по переменному току
- •Усилитель с ок
- •Фазоинверсный каскад
- •Усилители постоянного тока
- •Дифференциальный усилитель
- •Выходные каскады
- •Операционный усилитель
- •Операционный усилитель как идеальный усилитель
- •Передаточная характеристика оу
- •Скорость нарастания оу
- •Упрощенная внутренняя структура оу
- •Основные схемы включения оу
- •Компенсация смещения
- •Ослабление синфазных сигналов
- •Частотная коррекция операционного усилителя
- •Использование оу при однополярном питании
- •Усилители с промежуточным преобразованием
- •Импульсные усилители
- •Общие требования к ключевым каскадам
- •Ключи на биполярных транзисторах
- •Общая характеристика
- •Расчет ключа на биполярном транзисторе
- •Повышение быстродействия ключей на биполярных транзисторах
- •Ключи на полевых транзисторах
- •Общая характеристика
- •Особенности управления мощными полевыми транзисторами
- •Регулирование мощности с использованием ключевых схем
- •Схемы формирования заданного тока и напряжения
- •Источники вторичного электропитания
- •Структура и основные параметры
- •Выпрямители
- •Устройства стабилизации мгновенных значений напряжения
- •Устройства стабилизации среднего значения напряжения
- •Импульсные стабилизаторы напряжения
- •Генераторы сигналов
- •Частотно-зависимые устройства
- •Аналоговые фильтры
- •Синтез корректирующих звеньев
- •Схемная реализация корректирующих звеньев
- •Схемная реализация регулятора
- •Библиографический список
- •Оглавление
-
Схемы формирования заданного тока и напряжения
Ранее, при рассмотрении усилительных каскадов, в схемах встречались устройства, формирующие заданный ток или заданное напряжение. Первые из этих устройств называются источниками тока, вторые — источниками напряжения. Рассмотрим вопросы практической реализации источников тока и напряжения.
Проблема создания в некоторой цепи фиксированного тока может быть решена при помощи схем, использующих биполярные и полевые транзисторы. Относительная легкость построения источников тока при помощи этих приборов определяется свойствами этих приборов, хорошо видными из выходных характеристик.
На рис. 111 представлена выходная характеристика биполярного транзистора. Из нее видно, что если ток базы транзистора постоянен, и транзистор находится в активном режиме работы, то ток коллектора практически постоянен, см. изменение тока коллектора между точками А и Б.
Рис. 111 |
л19р5 |
В силу того, что ток в нагрузке мало зависит от сопротивления нагрузки. Однако данная простая схема источника тока обладает рядом недостатков. Во-первых, при увеличении сопротивления нагрузки транзистор может перейти в режим насыщения и источник тока перестанет функционировать. Во-вторых, величина коллекторного тока существенно зависит от внешней температуры и параметров (например, СТ) конкретного транзистора.
|
|
а) |
б) |
Рис. 112 |
Существенно улучшить ситуацию можно, воспользовавшись схемой, показанной на рис. 112,б. В схеме потенциалы баз транзисторов уравнены, т. к. базы соединены между собой. Следовательно, при идентичных транзисторах токи баз будут одинаковы. Одинаковыми будут и токи коллекторов. Для данной схемы можно записать следующую связь входного тока и тока в нагрузке:
, |
(0) |
т. е. при достаточно больших значениях ток в нагрузке практически совпадает с входным, определяемым резистором :
.
Рассмотренную схему в литературе часто называют «токовое зеркало», т. к. в ней выходной ток повторяет входной и по величине, и по направлению.
Примером использования схемы «токовое зеркало» может служить показанная на рис. 113 схема дифференциального усилителя (ДУ). Источник тока на элементах , , обеспечивает стабильность суммарного эмиттерного тока транзисторов и , что необходимо для нормальной работы усилителя. Резистор , при помощи которого задается ток, подключен к общему проводу, чтобы снизить нагрузку на источник питания . Подобное решение часто встречается в схемах ДУ.
Рис. 113 |
л19р4 |
Из формулы (0) можно оценить точность «отражения» входного тока в ток нагрузки. Пусть . Тогда , т. е. погрешность достигает 4%. С целью уменьшения погрешности следует применять транзисторы с более высоким значением , или использовать более совершенные схемы, например показанную на рис. 114. Данная схема обеспечивает полное «отражение» входного тока в нагрузку, т. е. .
Рис. 114 |
л19р6 |
На практике часто используют схемы источников тока на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом. Этот тип транзистора работает при полярности напряжения на затворе, противоположной полярности напряжения на стоке, что позволяет несколько упростить схему источника тока на этом транзисторе (рис. 115). В силу того, что напряжение между затвором и истоком зафиксировано на нулевом уровне, ток стока будет зафиксирован на максимальном для используемого транзистора уровне. Стабильность тока в нагрузке (тока стока транзистора) определяется только стабильностью параметров транзистора.
Рис. 115 |
л19р7 |
|
Существенным недостатком рассмотренной простой схемы источника тока на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом является привязка к параметрам конкретного экземпляра транзистора. Поэтому применение схемы в промышленных приборах ограничено.
|
Рис. 116 |
Стандартным решением проблемы создания источника напряжения является использования транзисторного эмиттерного повторителя, входное напряжение на котором зафиксировано резистивным делителем или стабилитроном (рис. 117).
В первом случае можно считать, что выходное напряжение определяется следующим выражением: . Выражение справедливо, если базовым током транзистора можно пренебречь в сравнении с током, протекающим через резисторы делителя. Исходя из этого, сопротивления резисторов принимают на уровне десятков кОм. Чрезмерное уменьшение сопротивлений нежелательно из-за возрастания тока, потребляемого делителем от источника питания.
|
||
а) |
б) |
|
Рис. 117 |
л19р1 |
Стабилитрон — это разновидность полупроводникового прибора с одним p-n переходом. Включают стабилитрон в схему в «обратном» направлении (рис. 117,б), т. е. рабочей для него является обратная ветвь ВАХ. Участок пробоя на ВАХ стабилитрона нормирован по напряжению. Иными словами, при достижении некоторого обратного для стабилитрона пробивного напряжения происходит резкое уменьшение сопротивления его перехода, что препятствует дальнейшему нарастанию напряжения. Происходит стабилизация напряжения на уровне напряжения пробоя. Для предотвращения термического разрушения стабилитрона ток через него (ток стабилизации) ограничивают на некотором уровне, диапазон изменения которого задается в документации на конкретный прибор. Таким образом, источник напряжения, показанный на рис. 117,б, обеспечивает выходное напряжение, определяемое следующим выражением: . Сопротивление резистора рассчитывается по следующей зависимости:
,
где — ток стабилизации стабилитрона; — ток базы транзистора.
Рис. 118
|
Резистор определяет ток, текущий через стабилитрон. С целью повышения стабильности формируемого напряжения этот резистор может быть заменен источником тока (рис. 118).
Источник напряжения может быть построен на базе источника тока без использования стабилитрона. Для этого достаточно в качестве на-
|
|
Рис. 119 |
л19р8 |