Lektsionnye_materialy_osen_2013 (1) / 24 ИОН

24 Источники постоянного (опорного) напряжения (ИОН)

К основным требованиям, предъявляемым к источникам постоянного напряжения, относится низкое значение его выходного сопротивления и высокая стабильность и определенность создаваемого источником напряжения. Высокую стабильность напряжения и низкоомность выходного импеданса в широкой полосе частот в полной мере одновременно обеспечить не представляется возможным. Схемные построения, организация которых в первую очередь направлены на обеспечение малого выходного напряжения, называют источниками напряжения, тогда как схемы, предназначенные для создания высоко стабильных потенциалов, называют схемами опорного (эталонного) напряжения.

Схема простейшего источника напряжения изображена на рисунке 1. Выходной потенциал Е₀ в ней определяется токозадающей разностью потенциалов U₀ = U_R2, при этом транзистор VT₂ в диодном включении частично обеспечивает температурную компенсацию возможных изменений напряжения U_бэ0 в транзисторе VT₁. При идентичных по свойствам транзисторах VT₁ и VT₂ выходное напряжение Е₀ практически не зависит от конкретных свойств этих транзисторов, при этом Е₀ = U_R2 = Е_п R₂ / (R₁ + R₂).

Рисунок 1. Схема простейшего опорного напряжения

Общая выходная проводимость g_вых источника напряжения на этой схеме определяется параллельным соединением проводимости 1/ R₃ и эмиттерной цепи транзистора VT₃. Сопротивление последней эквивалентно входному сопротивлению схемы ОБ_F:

g_вых = g₂₁/ (1 + g₁₁ R_б) + 1/ R₃ == I₀/ mU_т (1 + R_б I₀/ mU_т h_21э) + 1/ R₃, (1)

где R_б  R₁  R₂ – полное сопротивление цепи, внешней по отношению к базовому выводу транзистора VT₁. Для увеличения выходной проводимости g_вых желательно, чтобы сопротивление R_б имело малое значение. При R_б » 0 (R_б << 1/g₁₁) выходная проводимость транзистора согласно (1) достигает максимального значения, в результате

g_вых = g₂₁+ 1/ R₃ = I₀/ mU_т + 1/ R₃. (2)

Кроме того, при малых значениях сопротивления базового делителя выполняется условие I_дел << I_б0, что, в свою очередь, способствует повышению стабильности и определенности напряжения Е₀.

Следует отметить, что выходная проводимость g_вых согласно (1) и (2) зависит от тока I₀ и соответственно от потребляемого нагрузкой тока I_н. Особенно низкой эта проводимость может стать при малых значениях тока I_н. В целях повышения проводимости при малых токах в состав схемы рисунка 1 включен резистор R₃, который обеспечивает отличное от нуля начальное значение тока I₀ в условиях, когда потребляемый нагрузкой ток I_н отсутствует. При этом I₀ = Е₀ / R₃.

Недостатком схемы рисунка 1 является то, что в ней выходное напряжение Е₀ существенно зависит от напряжения Е_п. От этого недостатка во многом свободны схемы на рисунках 2а и 2в, в которых токозадающая разность потенциалов образована с помощью стабилитрона. К достоинствам этих схем следует также отнести пониженное значение сопротивления в цепи базы, что согласно (1) также обеспечивает повышение выходной проводимости g_вых. Дополнительный транзистор VT₂ служит для частичной компенсации положительной температурной зависимости стабилитрона, которая обычно лежит в пределах 2…5 мВ/град.

Рисунок 2. Схемы стабилизации опорного напряжения

В аналоговых микросхемах в качестве стабилитрона часто используют обратносмещенный переход база-эмиттер, обеспечивающий напряжение стабилизации около 7…9 В. В этом случае схема источника напряжения имеет вид, изображенный на рисунке 2б.

Часто возникает необходимость в двух и более источниках напряжения, имеющих идентичные значения выходного напряжения, но взаимно изолированные выходы. В этих случаях организацию источников напряжения целесообразно осуществить на базе многоэмиттерного транзистора (рисунок 2в), в котором благодаря хорошей согласованности характеристик и надежному взаимному тепловому контакту р-п переходов обеспечивается высокая идентичность выходных напряжений.