Генератор на транзисторе. Автоколебания. L св. L Э Б Сдала Карташова Яна Ученица 11 а класса МБОУ СОШ №64

Автоколебательной называется колебательная система, совершающая незатухающие колебания за счёт действия источника энергии, не обладающего колебательными свойствами. Например: часы, двигатель внутреннего сгорания, духовые инструменты.

Обратная связь в генераторе автоколебаний должна удовлетворять двум условиям: 1. энергия от источника должна поступать в такт с колебаниями в контуре. 2. поступающая от источника энергия должна быть равна её потерям в контуре. L св. L Э Б К

Колебательная система состоит из: Источник энергии Батарея гальванических элементов К лапан Транзистор Колебательная система Колебательный контур Обратная связь Индуктивная – через катушки

Колебания в контуре происходит с большой частотой. Конденсатор восполняет потери энергии лишь в те моменты, когда его полярность совпадает с полярностью источника. В те моменты, когда полярности противоположны, он будет разряжаться через источник. L C _ + + _ _ +

Очевидно, что обязательным условием получения незатухающих колебаний в контуре является восполнение потерь энергии именно в моменты совпадения полярности конденсатора и источника и отключение конденсатора от источника в другое время. В качестве устройства, способного осуществить такую функцию можно использовать транзистор, через который конденсатор колебательного контура будет соединен с источником тока. быстродействующий прибор пока на базу не подан сигнал – ток через транзистор не идет, конденсатор отключен от источника при подаче сигнала – ток через транзистор идет и конденсатор заряжается от источника?

В качестве устройства, способного «подать сигнал» в нужный момент, используют катушку обратной связи, один конец которой соединен с базой, а другой с эмиттером (связь индуктивная) L св. L Э Б К Мы получили систему, в которой могут вырабатываться незатухающие колебания за счет восполнения потерь энергии от источника внутри самой системы.

Процесс в автоколебательной системе: После зарядки конденсатора его верхняя обкладка заряжена положительно, нижняя - отрицательно Конденсатор начинает разряжаться через катушку. Ток в первой четверти периода постепенно нарастает, затем убывает, порождая переменное магнитное поле, пронизывающее витки катушки L . В катушке L св, которая индуктивно связана с катушкой контура, возникает магнитное поле, имеющее такое же направление и появляется индукционный ток, направленный от эмиттера к базе. Транзистор пропускает ток к конденсатору, в котором в это время протекает еще индукционный ток, совпадающий по направлению с первоначальным. Все потери энергии восполняются, знаки зарядов пластин меняются на противоположные L св. L Э Б - I К + -

Ток через конденсатор теперь течет в противоположном направлении, нарастая в первой четверти и убывая во второй Порождаемое током магнитное поле, пронизывает витки катушки контура, а, следовательно, и индуктивно связанной с ней катушки L св.. В катушке обратной связи возникает индукционный ток, направленный от базы к эмиттеру, в результате чего потенциал базы оказывается выше и ток к конденсатору не идет. В конденсаторе протекает только индукционный ток, совпадающий по направлению с током в начале полупериода. Конденсатор перезаряжается, знаки пластин меняются на противоположные. L св. L Э Б + - + - + -

Рассматриваемые разделы

Схемы цепей питания биполярных резисторов…………………………………………………………………………………..2

Схемы цепей питания полевых транзисторов……………………………………………………………………………………..5

Составные транзисторы…………………………………………………………………………………………………………………………6

Генераторы стабильного тока (ГСТ)………………………………………………………………………………………………………6

Генераторы стабильного тока на полевых транзисторах……………………………………………………………………8

Генераторы стабильного тока на полевых и биполярных транзисторах…………………………..………………9

Источники опорного напряжения……………………………………………………………………………………………………….10

Однокаскадные усилители……..…………………………………………………………………………………………………………..11

Двухкаскадные усилители….……………………………………………………………………………………………………………….13

Трехкаскадные усилители….……………………………………………………………………………………………………………….22

Четырехкаскадные усилители….…………………………………………………………………………………………………………27

Специальные усилители…..…………………………………………………………………………………………………………………29

Дифференциальные каскады (ДК)………………………………………………………………………………………………………30

Схемы цепей питания биполярных транзисторов

Рисунок 1. Подача напряжений смещения биполярного транзистора:

а) для n-p-n транзистора

б) другой вид графического представления

в) для p-n-p транзистора

Рисунок 2. Схемы с фиксированным смещением

а) с фиксированным током базы через R б

б) с фиксированным напряжением на базе

в) тоже с дросселем в цепи базы

Рисунок 3. Схемы биполярных транзисторов с автоматическим смещением (эмиттерная стабилизация):

а) основная

б) с дросселем в качестве нагрузки коллектора

в) в трансформаторном каскаде

г) с двухполярным питанием

Рисунок 4. Схемы питания биполярных транзисторов с автоматическим смещением (коллекторная стабилизация)

а) основная схема

б) с использованием фильтра

Рисунок 5. Схемы термокомпенсации точки покоя:

а), б) резистором с отрицательным температурным коэффициентом

в) резистором с положительным температурным коэффициентом

Рисунок 6. Схем термокомпенсации точки покоя:

а) включением диода в цепь базового делителя

б) включением диода в цепь базового делителя при наличии R э

в) в схеме с трансформаторным входом

г) включением диода в цепь обратной связи по постоянному току

Схема цепей питания полевых транзисторов:

Рисунок 7. Подача напряжения смещения в полевом транзисторе:

а) с фиксированным напряжением затвор-исток

б), в) с автоматическим смещением в цепи истока

г) с автоматическим смещением и с частичным включением в цепь истока

д) с делителем в цепи затвора

Составные транзисторы

Рисунок 8. Составные транзисторы:

а) Схема Дарлингтона

б) схема Нортона

в) с полевым транзистором

Генераторы стабильного тока (ГСТ)

Рисунок 9. Варианты схем токового зеркала:

а) ГСТ Уилсона

б) с регулировкой тока с резисторами в цепи эмиттеров

в) при низковольтном питании

Рисунок 10. ГСТ с повышенным выходным сопротивлением.

а) ГСТ, смещенный другим ГСТ

б) соединение транзисторов ОЭ-ОБ

в) для тока свыше 3 мА

г) двухвыводной ГСТ (встречное включение двух схем ГСТ [см. рис. 9(в)])

Генераторы стабильного тока на полевых транзисторах

Рисунок 11. ГСТ на полевых транзисторах:

а) простейшая схема

б) с увеличенным выходным сопротивлением

в) составной ГСТ ОИ-ОБ с увеличенным напряжением источника питания

Генераторы стабильного тока на полевых и биполярных транзисторах

Рисунок 12. Гибридные ИСТ:

а) с повышенной стабильностью выходного тока

б) с высоким выходным сопротивлением

Источники опорного напряжения

Рисунок 13. источники опорного напряжения:

а) с уменьшенным выходным сопротивлением

б) на многоэмиттерном транзисторе

в) с использованием перехода база-эмиттер

г), д) с регулируемым стабильным напряжением, последний с уменьшенным выходным сопротивлением, за счёт ООС на VT1

Однокаскадные усилители

Рисунок 14. Усилительные каскады с ОЭ:

а), б) с эмиттерной стабилизацией, без ОС по сигналу

в), г) с эмиттерной стабилизацией, и ОС по сигналу

д), е) с коллекторной стабилизацией

Рисунок 14. Усилительные каскады с ОК:

а) каноничная схема

б) с большим входным сопротивлением, не шунтируемым делителем

в), г) с двухполярным питанием и транзисторами разной проводимости

д) с токовым зеркалом в качестве генератора стабильного тока

Двухкаскадные усилители:

а), б), в) на комплиментарных БТ

г) на БТ одинаковой проводимости

Рисунок 16. Усилители по схеме ОЭ-ОЭ:

д), е) на БТ одинаковой проводимости

Рисунок 17. Усилители на ПТ и БТ:

в) на составном резисторе Дарлингтона

Рисунок 18. Усилители с повышенным входных сопротивлением:

в) на МОП ПТ

Рисунок 19. Повторители напряжений:

а), б) на ПТ и БТ

в) с динамической нагрузкой

Рисунок 20. Двухкаскадный усилитель с динамической нагрузкой.

Рисунок 21. Двухкаскадный усилитель с входным согласующим дифференциальным трансформатором и конечным каскадом по схеме Дарлингтона.

Рисунок 22. Усилители с последовательным питанием.

Рисунок 23. Усилитель с нейтрализацией входной емкости.

а) с емкостной связью

б) с гальванической связью

Рисунок 24. Двухкаскадный усилитель ОЭ-ОЭ

в) на транзисторах разной проводимости

Трехкаскадные усилители:

Рисунок 25. Трехкаскадные усилители:

а) усилители со структурой близкой к рис. 14(г)

б) усилитель с последовательным питанием

Рисунок 26. Усилитель с ПТ на входе

Рисунок 27. Усилитель на базе каскодной схемы с повышенным входным сопротивлением и структура Нортона.

Рисунок 28. Усилитель со скрещенным ОС

Рисунок 29. Усилитель с общей ОС.

Рисунок 30. Усилитель с Дифференциальным каскадом.

Рисунок 31. Усилитель с ПТ и общей ОС.

Рисунок 32. Усилитель с общей ОС

Рисунок 33. Усилитель с общей ОС

Четырехкаскадные усилители:

Рисунок 34. Усилитель с общей ОС и структурой близкой к рис. 14(д)

Рисунок 35. Усилитель с малым входным сопротивлением

Рисунок 36. усилитель на структурах ОЭ-ОК

Специальные усилители:

Рисунок 37. а) согласующий усилитель

б) нормирующий усилитель

Дифференциальные каскады (ДК):

Рисунок 38. Простейшие ДК:

Рисунок 39. ДК на супербэта транзисторах

Рисунок 40. ДК:

а) с активной нагрузкой (VT2) в виде токового зеркала

б) с суммированием выходных напряжений левого и правого плеча на общем выходе

Рисунок 41. ДК на ПТ:

а) каскодное соединение ОИ-ОЭ с динамической нагрузкой на VT4

б) на МОП-транзисторах

Рисунок 42. ДК:

а) с инвертором на VT2 и VT3 для широкополосных усилителей

б) двухкаскадный ДК с одинаковой крутизной переднего и заднего фронта в режиме большого сигнала

Источник тока на транзисторах

Введение…………………………………………………………………….3

Теоретическая часть

Источник тока………………………………………………………………4

Транзисторный ИТ………………………………………………………....5

Рабочий диапазон…………………………………………………………..6

Недостатки ИТ……………………………………………………………...7

Улучшение характеристик ИТ……………………………………...…......8

Практическая часть

Источник тока на биполярных транзисторах (расчет)…………..…....….11

Элементы схемы…………………………………………………..…….…..13

Литература……………………………………………………………..……16

Введение

Источник тока (стабилизатор тока) – этоустройство,автоматическиобеспечивающееподдержание тока нагрузочногоустройства с заданной степенью точности.

Ток нагрузочного устройства может сильно изменятьсяпривоздействиивнешнихдестабилизирующихфакторов,каковымиявляются: изменение напряжения в сети, изменение температуры, колебаниечастотытокаит.д. Чтобыэтифакторынеоказываливлияниянаработуэлектрических устройств, применяют стабилизаторы или по другому источники тока.

Источник тока

Хотя источники тока не столь известны, они не менее полезны и важны, чем источники напряжения. Источники тока представляют собой прекрасное средство для обеспечения смещения транзисторов, и кроме того, незаменимы в качестве активной нагрузки для усилительных каскадов с большим коэффициентом усиления и в качестве источников питания эмиттеров для дифференциальных усилителей. Источники тока необходимы для работы таких устройств, как интеграторы, генераторы пилообразного напряжения. В схемах усилителей и стабилизаторов они обеспечивают широкий диапазон напряжений. Источники тока используются в интегральных схемах для смещения рабочих точек транзисторов.И наконец, источники постоянного тока требуются в некоторых областях, не имеющих прямого отношения к электронике, например в электрохимии, электрофорезе.

Назначение источника тока – поддерживать неизменный ток при изменении сопротивления нагрузки. Как известно, внутреннее сопротивление идеального источника тока бесконечно велико. В реальной цепи этого достичь невозможно: такой источник должен иметь бесконечную мощность. Кроме того, реальные схемы способны поддерживать неизменный ток только в определенном диапазоне изменения сопротивления нагрузки. Качество реального источника тока тем выше, чем больше его внутреннее сопротивление.

Схема простейшего источника тока показана на рис. 2.20. При условии что (иными словами,), ток сохраняет почти постоянное значение и равен приблизительно. Если нагрузкой является конденсатор, то, при условии что, он заряжается с почти постоянной скоростью, определяемой начальным участком экспоненты, характерной для данной RС-цепи.

Простейшему резистивному источнику тока присущи существенные недостатки. Для того чтобы получить хорошее приближение к источнику тока, следует использовать большие напряжения, а при этом на резисторе рассеивается большая мощность. Кроме того, током этого источника трудно управлять в широком диапазоне с помощью напряжения, формируемого где-либо в другом узле схемы.

Транзисторный источник тока

Очень хороший источник тока можно построить на основе транзистора (рис. 2.21). Работает он следующим образом: напряжение на базе поддерживает эмиттерный переход в открытом состоянии: .

В связи с этим

Так как для больших значений коэффициента, то

Независимо от напряжения до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим насыщения.

Смещение в источнике тока.

Напряжение на базе можно сформировать несколькими способами. Хороший результат дает использование делителя напряжения, если он обеспечивает достаточно стабильное напряжение. Как и в предыдущих случаях, сопротивление делителя должно быть значительно меньше сопротивления схемы со стороны базы по постоянному току Можно воспользоваться также зенеровским диодом и использовать для смещения источник питания, а можно взять несколько диодов, смещенных в прямом направлении и соединенных последовательно, и подключить их между базой и соответствующим источником питания эмиттера. На рис. 2.22 показаны примеры схем смещения. В последнем примере (рис. 2.22,б) транзистор р-п-р -типа питает током заземленную нагрузку (он-источник тока). Остальные примеры (в которых используются транзисторы п-р-п -типа) правильнее было бы называть «поглотителями» тока, но принято называть все схемы такого типа источниками тока. [Название «поглотитель» и «источник» связано с направлением тока; если ток поступает в какую-либо точку схемы, то это источник, и наоборот]. В первой схеме сопротивление делителя напряжения составляет приблизительно 1,3 кОм и очень мало по сравнению с сопротивлением со стороны базы, составляющим кОм (для). Любое изменение коэффициента β, связанное с изменением напряжения на коллекторе, не повлияет существенным образом на выходной ток, так как соответствующее изменение напряжения на базе совсем мало. В двух других схемах резисторы в цепи смещения выбраны так, чтобы протекающий ток составлял несколько миллиампер,-этого достаточно, чтобы диоды были открыты.

Рабочий диапазон.

Источник тока передает в нагрузку постоянный ток только до определенного конечного напряжения на нагрузке. В противном случае источник тока был бы способен генерировать бесконечную мощность. Диапазон выходного напряжения, в котором источник тока ведет себя как следует, называется рабочим диапазоном. Для рассмотренных только что транзисторных источников тока рабочий диапазон определяется из того, что транзистор должен находиться в активном режиме работы. Так, в первой схеме напряжение на коллекторе можно понижать до тех пор, пока не будет достигнут режим насыщения, т. е. до +12В. Вторая схема, с более высоким напряжением на эмиттере, сохраняет свойства источника лишь до значения напряжения на коллекторе, равного приблизительно +5,2В.

Во всех случаях напряжение на коллекторе может изменяться от значения напряжения насыщения до значения напряжения питания. Например, последняя схема работает как источник тока в диапазоне напряжения на нагрузке, ограниченном значениями 0 и +8,6В. Если в нагрузке используются батареи или собственные источники питания, то напряжение на коллекторе может быть больше, чем напряжение источника питания. При использовании такой схемы рекомендуется следить за тем, чтобы не возник пробой транзистора (напряжение не должно превышать значение напряжение пробоя перехода коллектор-эмиттер) и не рассеивалась излишняя мощность (определяемая величиной произведения). В разд. 6.07 вы увидите, что для мощных транзисторов область безопасной работы определяется специально. В источнике тока напряжение на базе не обязательно должно быть фиксированным. Если предусмотреть возможность изменения напряжения, то получим программируемый источник тока. Если выходной ток должен плавно отслеживать изменения входного напряжения, то размах входного сигнала (напоминаем, что строчными буквами мы договорились обозначать изменения) должен быть небольшим, таким, чтобы напряжение на эмиттере никогда не уменьшалось до нуля. В таком источнике тока изменение выходного тока будет пропорционально изменениям входного напряжения.

Недостатки источников тока.

Наблюдаются эффекты двух видов:

1. При заданном токе коллектора и напряжение, и коэффициент (эффект Эрли) несколько изменяются при изменении напряжения коллектор-эмиттер. Изменение напряжения, связанное с изменением напряжения на нагрузке, вызывает изменение выходного тока, так как напряжение на эмиттере (а следовательно, и эмиттерный ток) изменяется, даже если напряжение на базе фиксировано. Изменение значения коэффициента приводит к небольшим изменениям выходного (коллекторного) тока при фиксированном токе эмиттера, так как; кроме того, немного изменяется напряжение на базе в связи с возможным изменением сопротивления источника смещения, обусловленного изменениями коэффициента (а следовательно, и тока базы). Эти изменения незначительны. Например, изменение выходного тока для схемы, представленной на рис. 2.22, а, составляет приблизительно 0,5% для транзистора типа 2N3565. В частности, при изменении напряжения на нагрузке от 0 до 8 В эффект Эрли обусловливает изменение тока на 0,5%, а нагрев транзистора на 0,2%. Изменение коэффициента вносит дополнительный вклад в изменение выходного тока - 0,05% (для жесткого делителя напряжения). Все эти изменения приводят к тому, что источник тока работает хуже, чем идеальный: выходной ток немного зависит от напряжения и, следовательно, его сопротивление не бесконечно. В дальнейшем вы узнаете, что есть методы, которые позволяют преодолеть этот недостаток.

2. Напряжение и коэффициент зависят от температуры. В связи с этим при изменении температуры окружающей среды возникает дрейф выходного тока. Кроме того, температура перехода изменяется при изменении напряжения на нагрузке (в связи с изменением мощности, рассеиваемой транзистором) и приводит к тому, что источник работает не как идеальный. Изменение напряжения в зависимости от температуры окружающей среды можно скомпенсировать с помощью схемы, показанной на рис. 2.23. В этой схеме падение напряжения между базой и эмиттером транзистора компенсируется падением напряжения на эмиттерном переходе который имеет такие же температурные характеристики. Резистор играет роль нагрузки для, необходимой для задания втекающего тока базы транзистора.

Улучшение характеристик источника тока.

Вообще говоря, изменение напряжения, вызванное как влиянием температуры (относительное изменение составляет приблизительно –), так и зависимостью от напряжения (эффект Эрли оценивается величиной), можно свести к минимуму, если установить напряжение на эмиттере достаточно большим (по крайней мере 1 В), тогда изменение напряжения на десятые доли милливольта не приведет к значительному изменению напряжения на эмиттерном резисторе (напомним, что схема поддерживает постоянное напряжение на базе). Например, если (т.е. к базе приложено напряжение 0,7 В), то изменение напряжения на 10 мВ вызывает изменение выходного тока на 10%, если же, то такое же изменение вызывает изменение тока на 1%. Однако, не стоит заходить слишком далеко. Напомним, что нижняя граница рабочего диапазона определяется напряжением на эмиттере. Если в источнике тока, работающем от источника питания +10В, напряжение на эмиттере сделать равным +5В, то диапазон выхода будет равен немного менее 5 В (напряжение на коллекторе может изменяться от до, т. е. от 5,2 до 10 В).

На рис. 2.24 показана схема, которая существенно улучшает характеристики источника тока.

Источник тока работает, как и прежде, но напряжение на коллекторе фиксируется с помощью эмиттера. Ток, текущий в нагрузку, такой же, как и прежде, так как коллекторный (для) и эмиттерный токи приблизительно равны между собой (из-за большого значения). В этой схеме напряжение (для) не зависит от напряжения на нагрузке, а это значит, что устранены изменения напряжения, обусловленные эффектом Эрли и температурой. Для транзисторов типа 2N3565 эта схема дает изменение тока на 0,1% при изменении напряжения на нагрузке от 0 до 8 В; для того чтобы схема обеспечивала указанную точность, следует использовать стабильные резисторы с допуском 1%. (Кстати, эту схему используют в высокочастотных усилителях, где она известна под названием «каскод»). В дальнейшем вы познакомитесь со схемами источников тока, в которых используются операционные усилители и обратная связь, и в которых

также решена задача устранения влияния изменений на выходной ток.

Влияние коэффициента можно ослабить, если выбрать транзистор с большим значением тогда ток базы будет вносить незначительный вклад в ток эмиттера.

На рис. 2.25 показан еще один источник тока, в котором выходной ток не зависит от напряжения питания. В этой схеме напряжение транзистора падая на резисторе, определяет выходной ток независимо от напряжения

С помощью резистора устанавливается смещение транзистора и потенциал коллектора, причем этот потенциал меньше, чем напряжение, на удвоенную величину падения напряжения на переходе; тем самым уменьшается влияние эффекта Эрли. В этой схеме нет температурной компенсации; напряжение на уменьшается приблизительно на 2,1 мВ/ и вызывает соответствующее изменение выходного тока (0,3%/).

На рис. 2.5, а приведена схема простейшего ГСТ на биполярном транзисторе и его эквивалентная схема (рис. 2.5, б ). В качестве стабилизирующего элемента используется выходная цепь транзистора (промежуток эмиттер-коллектор), имеющая вольтамперную характеристику требуемого вида (рис. 2.6).

Рис. 2.5 Рис. 2.6

Рабочая точка (ток I н ) определяется пересечением характеристики и нагрузочной линии (точка А). При изменении R н рабочая точка перемещается по характеристике. Например, при уменьшении сопротивления нагрузки на величину ΔR н , рабочая точка переместится в точку В, что приведет к увеличению тока нагрузки на (рис. 2.6). Чем больше выходное дифференциальное сопротивление транзистора R i = Δ u / Δ i (чем более горизонтально идет характеристика), тем меньше изменение тока нагрузки I н .

Так как на участке стабилизации (пологая область) характеристика транзистора аппроксимируется выражением

i к = I 0 + u кэ / R i , (2.3)

легко получить

Δ I н / I н = ΔR н / R i . (2.4)

Таким образом, в транзисторном стабилизаторе стабилизация тока определяется величиной R i (эквивалент R на рис. 2.4), которая может достигать десятков и сотен килоом.

Величину тока нагрузки I н можно задавать, изменяя режим работы транзистора по постоянному току с помощью резисторов R б1 иR б2 . Часто в цепь эмиттера транзистора включают резистор R э , улучшающий стабильность и увеличивающий сопротивление R i .

Источник тока на биполярных транзисторах (на основе схемы с общим эмиттером)

Т. к. в цепи не будут протекать большие токи я выбрал источник тока на биполярном транзисторах из-за его простоты, в схеме всего лишь один транзистор и три резистора.

В роли генератора тока здесь выступает транзистор VT. Его рабочий режим задаётся источником опорного напряжения на R1 и подстроечным резистором R2. С помощью этого резистора можно установить необходимый ток Iк.
Диапазон сопротивлений нагрузки и генерируемого тока определяется напряжением источника питания транзистора. R 3 режимное сопротивление.

Расчет.

Простейшим источником тока является схема с общим эмиттером и отрицательной обратной связью по току (рис. 2.3.1). Нагрузка в цепи коллектора.

Рис. 2.3.1

Ток коллектора

.

Здесь

, .

Расчет:

Выберем напряжения коллектора и эмиттера равными приблизительно одной третьей напряжения источника (правило одной трети). Напряжение базы . Напряжение эмиттера .
Полагая, находим сопротивление эмиттерного резистора

Ток делителя напряжения – . Входное сопротивление делителя

.

Поскольку напряжение базы

,

сопротивления резисторов должны быть равны: . Максимальное значение сопротивления резистора , при котором транзистор остается в активном режиме.

Напряжение на сопротивлении нагрузки.

Элементы схемы

Исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен транзистор: кремний (Si)
Структура полупроводникового перехода: npn

Pc max	Ucb max	Uce max	Ueb max	Ic max	Tj max, °C	Ft max	Cc tip
400W					150°C	1.8GHz		30/120

Производитель: ERICSSON

Схемы транзистора PTB20081

Общий вид транзистора PTB20081.	Цоколевка транзистора PTB20081.

Обозначение контактов:
Международное: C - коллектор, B - база, E - эмиттер.
Российское: К - коллектор, Б - база, Э - эмиттер.

СП5-3ВА резисторы переменные проволочные

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Номинальная мощность рассеяния при повышенной рабочей температуре +70°С, Вт 0,5

Номинальное сопротивление, 6.8 кОм

Допустимое отклонение от номинальных сопротивлений, % ± 5; ± 10

Интервал рабочих температур, °С -60…+125

Минимальная наработка, час 20000

Минимальный срок сохраняемости, лет 20

Число циклов перемещения подвижной системы, цикл 200

Масса, г 1,8

Предельное рабочее напряжение, В 50

резистор С2-23 0.25 вт, 1%, 10 кОм

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Материал резистивного элемента	металлопленочные
Серия	С2-23
Номинальное сопротивление, кОм
Точность,%
Номинальная мощность, Вт	0.25
Макс.рабочее напряжение, В
Рабочая температура,С	55...155
Длина корпуса L,мм
Диаметр корпуса D,мм

CF-50 0.5 Вт, 430 Ом, 5%, Резистор углеродистый

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Номин.сопротивление430

Единица измеренияом

Точность,%5

Номин.мощность,Вт0.5

Макс.рабочеенапряжение,В350

Рабочая температура,С-55…155

Монтажв отв.

Длина корпуса L,мм9

Ширина (диаметр) корпуса W(D),мм3.2

Литература

1. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: учеб. для вузов / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 790 с.
2. Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов / И.П. Степаненко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. – 488 с.: ил.
3. Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл: пер. с англ. – 6-е изд. – М.: Мир, 2003. – 704 с., ил.
4. Довгун, В. П. Электротехника и электроника: учеб. пособие: в 2-х ч. Ч. 2 / В. П. Довгун. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 252 с.

РАДИОЛЮБИТЕЛЮ-КОНСТРУКТОРУ

А. Аристов

ГЕНЕРАТОРЫ СТАБИЛЬНОГО МИКРОТОКА НА КРЕМНИЕВЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Генераторы стабильного постоянного тока все чаще при-меняются в радиолюбительских конструкциях. Разра-ботано немало подобных генераторов, но в режиме мик-ротоков (от сотен долей микроампера) обычно исполь-зуют лишь известный генератор стабильного тока на полевом транзисторе. Его большая популярность объ-ясняется тем, что является двухполюсником и может быть без особых сложностей введен в любую . Одна-ко параметры такого генератора не всегда удовлетво-ряют конструктора и, кроме того, полевые транзисторы стоят намного дороже биполярных.

Вот почему члены радиокружка клуба юных техни-ков Первоуральского новотрубного завода, которым ру-ководит автор, решили испытать в режиме микротоков некоторые генераторы на кремниевых биполярных мало-мощных транзисторах. Результаты первых опытов были настолько обнадеживающими, что было предпринято специальное исследование, в ходе которого пришлось испытать многие известные устройства на одном или двух транзисторах, а также их варианты. Испытанные генераторы надежно работали при токах до долей мик-роампера и обладали несколько лучшими параметрами по сравнению с генератором на полевом транзисторе. В настоящей статье описываются лишь некоторые из испытанных генераторов.

Рис. 1. Схема генератора ста-бильного микротока на полевом транзисторе

Полевой транзистор взят с начальным током стока 0,9 мА, напряжением отсечки 0,8 В и крутизной харак-теристики 1,1 /В. Биполярные транзисторы во всех последующих устройствах выбраны со статическим коэффициентом передачи тока, измеренным при фикси-рованном токе коллектора 1 мА, равным 100.

Рис. 3. Схема гене-ратора стабильно-го микротока с однополярным источником -ния

Рис. 4. Схема про-стого генератора стабильного мик-ротока

Рис. 5. Схема гене-ратора стабильно-го микротока на эмиттерном повто-рителе

Среди генераторов стабильного тока (как выясни- , микротока тоже), собранных на биполярных транзисторах, наилучшие параметры оказались у гене-ратора, схема которого приведена на рис. 2. Стабиль-ность его выходного тока (через нагрузку RH ) почти целиком зависит от стабильности напряжения питания U 1 и может быть достаточно высокой. Небольшое влия-ние температурной нестабильности напряжения на эмит-терном переходе (Uбэ) уменьшается при увеличении указанного напряжения питания. Динамическое выход-ное сопротивление генератора настолько велико, что удалось определить только гарантированную нижнюю границу его, реальное значение может быть в десятки раз больше.

Для иллюстрации возможностей генератора стабиль-ного микротока на основе эмиттерного повторителя слу-жит ждущий мультивибратор (одновибратор), собран-ный по схеме на рис. 7. В нем генератор выполняет роли усилителя, инвертора и элемента зарядки времязадаю-щего конденсатора С2. Благодаря генератору удалось получить заданную длительность выходного импульса (1 мс) при относительно небольшой емкости конденса- С2. Длительность импульса прямо пропорциональ-на номиналам деталей R 2, С2 и напряжению источника питания.

Разработан ждущий мультивибратор для того, чтобы удовлетворить потребность нашего радиокружка в эко-номичном импульсном устройстве, не потребляющем энергию в паузах между импульсами, надежном и ста-бильном в работе, чувствительном, простом по схеме, допускающем плавную регулировку (изменением сопротивления резистора R 2) длительности выходного им-пульса в широком диапазоне, способном работать на мощную нагрузку или при низком напряжении питания.

Входного импульса может быть неболь-шой, но достаточной для приоткрывания транзистора VT 2 настолько, чтобы приоткрылся транзистор VTL Тогда последует лавинообразный процесс насыщения транзистора VT 2, и напряжение на. выходе мультивибра-тора упадет практически до нуля. С2 нач-нет линейно заряжаться, а ток коллектора транзистора VT 1 линейно уменьшаться, пока не станет настолько ма-лым, что транзистор VT 2 начнет закрываться. В этот

А. Миронов

Генераторы стабильного тока (ГСТ) в настоящее время широко используются при проектировании источников стабилизированного тока и напряжения, высокоомных активных нагрузок и т. д. Наибольшее распространение получили схемы ГСТ, приведенные на рис. 1 (а, б).

Рис. 1. Схемы распространенных ГСТ

Устройство, схема которого приведена на рис. 1, а, представляет собой токостабилизирующий двухполюсник, способный генерировать стабилизированный ток в широком диапазоне. Установка требуемой силы тока производится резистором в цепи истока. Схема проста, надежна и имеет минимальное количество элементов, однако ток стабилизируется при относительно высоком напряжении на двухполюснике (назовем это напряжение граничным - Uгр). Так, например, для токов в диапазоне 0,05... 1 мА напряжение Uгр составляет 0,8...2 В.

ГСТ, изображенный на схеме рис. 1, б, содержит большее количество деталей, однако обеспечивает меньшие значения напряжения Uгр. Так, например, если в качестве элемента VD1 выбрать один кремниевый диод (тогда он включается в прямом направлении), а в качестве VT1 - германиевый транзистор, то генерация тока начинается уже при напряжении Uгр=0,4...0,6 В (здесь под Uгр понимается напряжение между коллектором VT1 и общим проводом). Напряжение Uгр можно уменьшить на 100...150 мВ, заменив кремниевый диод на два германиевых, включенных последовательно. Регулировка тока производится резистором R2. В отличие от предыдущей схемы здесь ток ГСТ можно рассчитать с погрешностью не хуже ±20 %.

Получить меньшие напряжения Uгр можно, если застабилизировать непосредственно напряжение Uбэ транзистора VT1 (см. рис. 1, б) и исключить резистор R2. Однако для реализации этого требуются полупроводниковые приборы с весьма близкими характеристиками р - n переходов, в частности, можно использовать дифференциальные транзисторные пары. ГСТ, показанный на рис. 2, состоит из следующих элементов; вспомогательного ГСТ G1, источника опорного напряжения на транзисторе VT1.1 и ГСТ на транзисторе VT1.2. Вспомогательный ГСТ может быть собран по любой из известных схем.

Рис. 2. Низковольтный ГСТ

Транзистор VT1.1, работая в диодном включении, находится в нормальном активном режиме, поэтому для коллекторного тока справедливо выражение:

Ток ГСТ будет повторять ток генератора тока G1 с приемлемой точностью, и поэтому такая схема получила название «токового зеркала».

Для определения напряжения Uгp были сняты выходные характеристики ГСТ Iгст = f(Uкэ2) в диапазоне токов генератора G1 I1= 0,05... 1 мА. Начальные участки этих характеристик показаны на рис. 3.

Рис. 3. Характеристики стабилизации тока низковольтного ГСТ

По результатам измерений построена зависимость Uгр = ф (Iгст) (кривая 1). Зта зависимость получена соединением точек на кривых Iгст = f(Uкэ2), в которых ток Iгст входит в пятипроцентную зону от своего установившегося значения (здесь под установившимся понимается значение силы тока Iгст при Uкэ>> Uгр в данном случае Iуст = Iгст при Uкэ2 = 2 В). Как видно из графика, при изменении тока Iгст от 0,05 мА до 1 мА напряжение Uгр увеличивается с 135 до 240 мВ. Такое малое значение напряжения Uгр позволяет, например, применять рассмотренный ГСТ в схемах с напряжением питания до 1 В и получать на выходе усилительного каскада двойной размах выходного напряжения, практически равный напряжению питания схемы.

Эквивалентное выходное сопротивление ГСТ на горизонтальном участке характеристики Iгст = f(Uкэ2) справа от напряжения Uгр для указанной дифференциальной пары можно приближенно рассчитать по формуле

Где Ucдв - потенциал сдвига - точка на оси напряжений Uкэ, в которой пересекаются продолжения горизонтальных участков выходных характеристик транзистора. Для указанной дифференциальной пары Ucдв = -(50... 70) В. Так, например, при Iгст = 100 мкА Rгст = 600 кОм.

Выходное сопротивление ГСТ можно увеличить, включив в эмиттерные цепи транзисторов резисторы Rl, R2 (на рис. 2 они показаны пунктиром). При наличии таких резисторов выходное сопротивление ГСТ можно рассчитать по следующей формуле:

(См. Шило В. Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре.- М. : Сов. радио, 1979). Так, например, при Iгст = 1 мА и R1 = R2 = 56 Ом получено Rгст = 190 кОм. Интересно, что с увеличением сопротивлений этих резисторов при одном и том же токе Iгст напряжение Uгр увеличивается весьма незначительно, а в приведенном выше примере увеличение значения Uгр не наблюдалось вообще. Кривая 2 на рис. 3 представляет собой выходную характеристику ГСТ при Rl = R2 = 56 Ом. Как видно из графика, увеличение тока ГСТ начинается при более высоких напряжениях Uкэ2 однако этот процесс идет с более высокой крутизной, чем в случае, когда R1 = R2 = 0. Наличие резисторов в эмиттерных цепях оказывает обшее стабилизирую щее действие, каких бы возмущающих параметров это ни касалось: напряжения Uкэ2 или температуры окружающей среды tокр. С увеличением их сопротивления снижаются требования и к идентичности транзисторов. При падении напряжения на эмиттерных резисторах выше 100 мВ дифференциальную пару можно заменить любой парой кремниевых транзисторов, например КТ315. Однако в этом случае несколько увеличится напряжение Uгр.

Изменяя сопротивление резисторов R1, R2, можно регулировать ток ГСТ в широких пределах. Так, например, при I1= 200 мкА, R2 = 0, Uкэ2 = 2 В ток ГСТ изменялся в диапазоне от 200 мкА до 3,8 мА при изменении R1 от 0 до 470 Ом.

ГСТ, построенный по схеме рис. 2, обладает хорошей температурной стабильностью. Это объясняется идентичностью параметров транзисторов сборки. Опорное напряжение UбэV1.1 и напряжение UбэV1.2 дрейфуют одновременно с одинаковыми скоростями, и коллекторный ток транзистора VT1.2 практически не изменяется. Так, например, при увеличении температуры окружающей среды tокр с 25 °С до 70 °С ток ГСТ отклонялся от тока I1 менее чем на 2 % при Rl = R2 = 0. Увеличение сопротивления резисторов R1, R2 значительно улучшает температурную стабильность тока ГСТ.

Как было отмечено выше, для построения низковольтных ГСТ требуется еще один ГСТ - G1. Построить его можно любым из известных способов, в том числе с использованием схем рис. 1, а, б. Можно также использовать и обычный параметрический стабилизатор напряжения, изображенный на рис. 4.

Рис. 4. Схема параметрического стабилизатора напряжения

Выше были рассмотрены ГСТ на транзисторах структуры n-р-n. Однако все схемы, графики и выражения, определяющие параметры ГСТ, остаются справедливыми при замене транзисторов на р-n-р. Исключение составляет только параметр Ucдв значение которого для р-n-р транзисторов несколько ниже. Например, для дифференциальной пары транзисторной сборки К198НТ5А значение напряжения Uсдв составляет 40...50 В.

В заключение - о практических схемах устройств с использованием низковольтных ГСТ. На рис. 5 приведена электрическая схема дифференциального каскада с динамической нагрузкой на ГСТ.

Рис. 5. Усилительный каскад с низковольтным ГСТ

Такая схема часто применяется при построении интегральных операционных усилителей. За счет применения низковольтного ГСТ удалось получить большую амплитуду выходного сигнала и высокий коэффициент усиления по напряжению Кu. Так, например, при R2 = 100 Ом, Rн = 120 кОм Кu = 370. При R2=1,5 кОм и Rн = 220 кОм Кu= 1000. Максимальная амплитуда выходного напряжения при этом практически равнялась +Eп/2.

Использование низковольтных ГСТ в стабилизаторах постоянного напряжения (СН) позволяет уменьшить допустимую разность между входным и выходным напряжениями на 0,5...2 В по сравнению с традиционными схемами СН. Это особенно важно в СН с низким выходным напряжением и большим током нагрузки, так как позволяет уменьшить мощность, рассеиваемую на регулирующем транзисторе и повысить КПД СН. Вариант принципиальной схемы такого СН показан на рис. 6.

Рис. 6. Стабилизатор напряжения с низковольтным ГСТ

При токе нагрузки 100 мА выходное напряжение оставалось в пятипроцентной зоне допуска при уменьшении входного до +5,6 В. Максимальный ток нагрузки можно увеличить, применив вместо транзистора VT3 составной транзистор.
[email protected]