6.3.2 Схеми стабілізації режиму а іс

Гальванічний зв'язок в АІС дозволяє підсилювати та передавати постійну складову ЕІС та фіксувати значення параметрів, що повільно змінюються (температура тиск та ін.), Це важлива позитивна якість. Але одночасно виникають проблеми, обумовлені формуванням паразитних (небажаних) низькочастотних електричних сигналів, поява яких спричинена температурною нестабільністю положення робочої точки напівпровідникових компонентів, старінням елементів ІМС ( зміною їх параметрів з часом), нестабільністю напруги джерела живлення та ін. Через відсутність роздільних конденсаторів повільна зміна напруги підсилюється наступними каскадами та виділяється на виході

Зміни вихідної напруги, що не пов’язані зі вхідними інформаційним сигналом, а зумовлені внутрішніми процесами в підсилювачі, називають дрейфом нуля підсилювача. Напруга дрейфу на виході таких пристрїв може виявитись одного порядку з напругою корисного сигналу. Це викликає недопустимі інформаційні спотворення

Найбільший вплив на зміщення робочої точки чинить температурна нестабільність параметрів елементів ІМС.

У дискретних схемах та у гібридних ІМС для забезпечення режиму спокою широко використовуються схемні елементи термо-стабілізації, зокрема емітерної та колекторної термостабілізацій. Це досягається введенням термозалежних кіл зміщення чи створенням місцевих кіл негативного зворотного зв’язку, що приводить до зменшення коефіцієнту підсилення корисного ЕІС. Щоб виключити цей небажаний вплив, резистори схем негативного зворотного зв’язку шунтуються конденсаторами великої ємності, що виключає вплив цих кіл на передачу інформаційного сигналу.

У напівпровідникових ІМС застосування елементів негативного зворотного зв’язку є недоцільним, оскільки формування конденсаторів великих ємностей практично неможливе, а тому для стабілізації АІС використовують спеціальні схемні елементи.

Під впливом зміни температури зміщуються статичні характеристики транзистора (див. рис.4.11). З підвищенням температури змінюється колекторний (вихідний) струм I_С..

Таким чином, для стабілизації режиму АІС необхідно передбачати генератор стабільного струму, який забезпечить незмінний струм в навантаженні при зміні його опору або вхідної напруги. Нагадаємо, що генератор струму характеризується великим внутрішнім опором, який значно перевищує опір навантаження (R_г >> R_н).

У напівпровідникових ІМС формування резисторів з великим опором недоцільне (планарні резистори займають велику площу). Тому використовують параметричні методи температурної стабілізації положення робочої точки – параметричні стабілізатори струму.

Принципова схема такого стабілізатора зображена на рис. 6.4.

Показані напруги та струми зв’язані таким рівнянням:

E₀ = U₁ + I_E1R1 = U_BE2 + R₂I_Е2.

Знехтуємо малим струмом I_B2, тоді I_E1 = I_C1 і I_E2 = I₀.

Якщо опори резисторів R₁ = R₂ однакові, а параметри та характеристики транзисторів VT₁ та VT₂ співпадають, що досягається в ІМС, то I₀ = I₁. Тобто струм у навантаженні повторює вхідний струм I_C1. Таку схему називають “струмовим дзеркалом”.

Відносна нестабільність струмів транзисторів VT1 і VT2 однакова.

Т аким чином, щоб стабілізувати струм I₀ (I_C2), необхідно з достатньою точністю стабілізувати струм I_C1 .

Вхідний струм I_C1 = (E_C - E₀)/R₀. За умови E_C >> E₀ струм I_C1 визначається зовнішніми параметрами E_C та R₀. Отже, заданий режим транзистора VT1 і його колекторний струм I_C1 (а відтак і струм I₀) можна забезпечити добиранням зовнішніх елементів: резистора R₀ і напруги джерела живлення. Визначають їх з урахуванням допустимих значень відносної зміни температури ΔT /T, опору резистора ΔR₀ /R₀, струму навантаження ΔI₀ /I₀ та напруги джерела живлення E_C /E_C .

Якщо R₁ ≠ R₂, то і I_E1 ≠ I_E2, але зберігається рівняння U₁ = U_BЕ2 і I_E1R₁ = I_E2R₂. Звідки I₀ = I₁(R₁R₂).

У даному випадку струм може наслідувати струм I_C1 як в “збільшеному” так і в “зменшеному” масштабі залежно від співвідношення опорів. Цей масштаб не перевищує декількох одиниць.

Розглянута схема широко використовується для стабілізації режиму диференціальних підсилювачів як в окремому виконанні так і в складі операційних підсилювачів.

Генератори стабільного струму широко використовуються як динамічне навантаження в ДП та ОП, що забезпечує суттєве підвищення коефіцієнтів підсилення за напругою.