Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

UPOS3 / Раздел5

.2.doc
Скачиваний:
21
Добавлен:
15.06.2014
Размер:
495.62 Кб
Скачать

5.2 Источники опорного напряжения

Простейшим источником опорного напряжения (ИОН) является параметрический стабилизатор напряжения /2, с. 182 – 187; 5, с. 306 – 308/, схема которого приведена на рис. 5.8.

Параметрический стабилизатор напряжения

Рис.5.8

Дифференциальное сопротивление rд стабилитрона можно определить по минимальным и максимальным значениям напряжений и токов стабилизации обратной ветви его вольт-амперной характеристики (ВАХ) uст max,min­, Iст max,min­:

.

Принцип работы стабилизатора заключается в постоянстве тока I, протекающего через резистор Ro:

.

Работу стабилизатора можно отразить графически, для чего квадрант III ВАХ стабилитрона поворачивается на 90о и ещё раз вокруг вертикальной оси. Нагрузочные прямые проводятся из условия =arctgRo, рис. 5.9.

Графоаналитический расчёт параметрического стабилизатора

Рис.5.9

Графический расчёт наглядно показывает возможные пределы измерения u1 и u2.

Погрешность установки выходного напряжения стабилитрона обусловлена следующими факторами.

1) За счёт изменения температуры стабилитрона и временным изменением его параметров. Стабилитроны КС191С,Т,У,Ф имеют температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКНС) не более 0,0005%/С0 и временные изменения порядка 0,005% за 5000 ч.

2) За счёт нестабильности входного напряжения u1, что отражается коэффициентом стабилизации:

.

Для увеличения коэффициента стабилизации применяют каскадное включение параметрических стабилизаторов, или от него запитывают источник тока, например на БПТ по схеме с ОБ /2, с. 182 – 183/. При этом достигается величина Кст0,001%.

3) Изменения тока нагрузки при относительно большом выходном сопротивлении стабилизатора (Rвыхrд). Для снижения Rвых стабилизатор дополняю требуемым усилительным каскадом на операционном усилителе (ОУ) с коэффициентом усиления Ко. Rвых для инвертирующего и неинвертирующего каскадов определяются:

; ,

где R­­ос,R – резисторы в обратной связи и на входе ОУ.

Для регулировки выходного напряжения ИОН, в него вводятся регулировки, например с помощью делителей напряжения на резисторах /2, с. 183 – 184/.

Большие коэффициенты стабилизации напряжения при малом Rвых позволяют получить вторичные источники электропитания в виде стабилизаторов /5 с. 308 – 314/. По принципу работы – это система регулирования, в которой изменения выходного напряжения передаются на регулирующий элемент РЭ таким образом, что в результате уменьшается изменение выходного напряжения. Используются две основные функциональные схемы таких стабилизаторов: параллельная и последовательная, рис. 5.10.

Параллельный и последовательный компенсационный стабилизатор напряжения

Рис. 5.10

В параллельном стабилизаторе изменения Iн будет сопровождаться противоположным изменением тока Iр РЭ, удерживая постоянным напряжение на резисторе Ro. В последовательном стабилизаторе выходное напряжение стабилизируется путём изменения напряжения на РЭ.

Численные значения Кст стабилизаторов на дискретных элементах лежат в пределах 200 – 1000, а Rвых – десятые и сотые доли Ома.

Интегральные схемы стабилизаторов имеют выигрыш по массо-габаритным, стоимостным и качественным показателям (ИС серии 142).

Использование импульсных (ключевых) стабилизаторов в ЦИУ должно выполняться с учётом того, что их регуляторы являются источниками мощной широкополосной помехи, влияющей на точностные характеристики других блоков, и защита от которой сопряжено с большими трудностями в виде дополнительных конструкторских и схемных решений.

Однополярный ИОН на ОУ, позволяющий исключить влияние источника питания, использует положительную обратную связь /6., с. 183/ - рис. 5.11, резисторы R1, R2. Коэффициент передачи по цепи обратной связи пос=R2/(R1+R2) должен быть меньше единицы для исключения самовозбуждения усилителя, а uвых=U­ст(1-пос). Ток стабилитрона определяет резистор R3: Iст=посст/R3(1-пос).

ИОН с использованием ПОС

Рис. 5.11

Второй диод обеспечивает надёжный запуск ИОН при включении питания. Дрейфовые характеристики данного ИОН определяются стабилитроном. Для получения температурного дрейфа меньше, чем обуславливает стабилитрон, в схему включается компенсирующая схема /6, с. 183 – 184/, позволяющая в диапазоне температур минус 55 – 125оС обеспечить стабильность uвых с погрешностью 0,1%.

Также появились ИОН, называемые "стабилитрон с напряжением запрещенной зоны" (или "uбэ – стабилитрон") /7, с. 353 – 360/. В них генерируется напряжение с температурным коэффициентом, положительным и равным по абсолютной величине отрицательному температурному коэффициенту напряжения uбэ БПТ. При их сложении получается напряжение с нулевым температурным коэффициентом. Схема ИОН с напряжением запрещенной зоны (НЗЗ) приведена на рис. 5.12 /7/.

ИОН с НЗЗ

Рис.5.12

Резистор R определяет величину напряжения, которая складывается с uбэ и имеет положительный температурный коэффициент. Подбирая R, получают нулевой результирующий температурный коэффициент, что наблюдается если суммарное напряжение равно напряжению запрещенной зоны кремния при ОК (1,22В).

На рис. 5.13 показана схема ИОН, позволяющая также снимать напряжение, соответствующее температуре стабилитрона с НЗЗ /7/.

ИОН с НЗЗ и температурным датчиком

Рис.5.13

VT1,2 – согласованная пара транзисторов, за счёт обратной связи работающая при соотношении коллекторных токов 10 : 1. Разность напряжений uбэ, равная lnkT/gln10 (формула Эберса - Молла: k – постоянная Больцмана, Т – температура), делает ток Iэ2 пропорциональным температуре (разность напряжений приложена к резистору R1), что обуславливает пропорциональность между Iк1 и температурой. Напряжение на резисторе R2 складывается с напряжением u­бэ1, создавая стабильное опорное напряжение с нулевым температурным коэффициентом на базах транзисторов VT1,2.

Зачастую необходимо иметь двухполярные ИОН. Такой источник с малым Rвых представлен на рис. 5.14 /6, с. 184 – 185/.

Двухполярный ИОН

Рис.5.14

Ток стабилитрона задаётся транзисторными генераторами тока. При идентичности характеристик транзисторов pnp и npn, выполняется условие: I1=I2=uэб/R3. Реальное соотношение I1I2 не влияет на работу схемы вследствие наличия отрицательной обратной связи в схемах на ОУ. Здесь I=Uст/(R1+R2); uвых1=IR2; uвых2=-IR1. Изменяя отношение R1/R2, можно получить изменение выходного напряжения от нуля до Uст, но всегда сохраняется разность uвых1- uвых2=Uст. При этом Iстuэб1,2/R3. В схеме имеется почти полная компенсация положительного температурного дрейфа uст отрицательным дрейфом Iст. Так как стабилитрон не подключен непосредственно к источникам питания, то исключается влияние на uвых помех, имеющихся даже на общей шине в приборе.

Примеры зарубежных ИС ИОН приведены в таблице 5.2 /7, с. 354 – 355/.

Таблица 5.2

ИС зарубежных ИОН

Тип

Изготовитель

Напряжение, В

Погрешность, %

Температурный коэф-т, 10-6/оС

Напряжен. пит. минимальн. В

Ток питания, мА

Долговременная стабильность, 10-6/1000ч.

A723C

FS+

7,15

3

20

9,5

2,3

1000

LM336B-5

NS

5,0

1

15

-

1

20

LM385BX-1.2

NS

1,235

1

30

-

0,1

20

LM385BX-2.5

NS

2,50

1,5

30

-

0,1

20

REF-01A

PM

10,0

0,3

3

12

1

-

REF-08G

PM

минус10,0

0,2

10

минус 11,4

2

-

REF10KM

BB

10,0

0,05

1

13,5

4,5

10

LM369B

NS

10,0

0,05

1,5

13

1,4

6

AD584L

AD

2,5

0,05

10

5

0,75

25

AD584L

AD

5,0

0,06

5

7,5

0,75

25

AD588B

AD

10,0

0,01

1,5

14

10

25

LT1019A-2,5

LT

2,5

0,002

3

4

0,7

-

LT1031B

LT

0,05

3

11

1,2

10

0,00005

TL431

TI

2,75

2

10

-

10

-

ИОН на ИС TL431C – программируемый, включается при управляющем напряжении 2,75В, имеет ТКНС 10-5/оС, максимально допустимый ток 100мА. Для данных по рис. 5.15, выходное напряжение 10В.

Управляемый стабилитрон

Рис. 5.15

Температурно - стабилизированные ИОН могут использовать термостатирование, в том числе на уровне полупроводникового кристалла (серия ИС LM199): ТКНС=0,00002%/оС или 210-7/оС, мощность нагревателя 0,25Вт, время разогрева 3 с.

ИС ИОН без термостатирования – это REF10KM, REF101KM(TKHC=10-6/oC), а также ИС МАХ671, AD2710, AD2712, LTZ1000, причём для последней ИС ТКНС=0,0510-61/оС. Перечисленные ИОН без термостатирования специальные стабилитроны (с захоронённым слоем), что обеспечивает намного меньший шум, чем у остальных ИОН.

Следует отметить такой элемент, как баистор, состоящий из диода и резистора, температурные зависимости характеристик которых обеспечивают температурную стабилизацию рабочей точки (напр., КЖ102А,Б). Он рассчитан на эксплуатацию в диапазоне температур минус 60 – 125оС на корпусе. Схема и характеристика баистора показаны на рис. 5.16, а в качестве электрических параметров можно привести /8/:

Схема и характеристики баистора

Рис. 5.16

Соседние файлы в папке UPOS3