МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра Биотехнических Систем

отчет

по лабораторной работе №2

по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника».

Тема: Изучение работы источников тока различной топологии.

Студентки гр. 1502 _____________________ Ибатуллина А. А.

_____________________ Титова В. Д.

Преподаватель _____________________ Корнеева И. П.

Санкт-Петербург

2023 г.

Цель работы: изучить основные схемы источников тока различной топологии и освоить основные этапы проектирования на примерах базовой схемы источника тока на одном транзисторе, каскодного источника тока, обладающего повышенной устойчивостью к изменениям напряжения на нагрузке; классического токового зеркала и токового зеркала Уилсона.

Приборы и материалы: NI ELVIS Bode Analyzer, макетная плата NI ELVIS, резисторы, транзисторы.

Основные теоретические положения:

1). Базовая схема источника тока на одном транзисторе.

Очень хороший источник тока можно построить на основе транзистора. Работает он следующим образом: напряжение на базе U_б > 0,6 В поддерживает эмиттерный переход в открытом состоянии: U_э = U_б - 0,6 В. В связи с этим I_э = U_э/R_э = (U_б - 0,6)/R_э. Так как для больших значений коэффициента β I_э ≈ I_к, то I_к ≅ (U_б - 0,6 В)/R_э независимо от напряжения U_к до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим насыщения (U_к > U_э + 0.2 В).

Напряжение на базе можно сформировать несколькими способами. Хороший результат дает использование делителя напряжения, если он обеспечивает достаточно стабильное напряжение, как показано на рисунке 2.1. Как и в предыдущих случаях, сопротивление делителя должно быть значительно меньше сопротивления схемы со стороны базы по постоянному току h_21эR_э.

Рис. 1 – Базовая схема источника тока на одном транзисторе, смоделированная в среде Micro-Cap 12.

Рис. 2 - DC анализ простейшего источника тока; верхний график показывает зависимость напряжения на коллекторе от сопротивления нагрузки, нижний – зависимость тока через нагрузку от её сопротивления.

Если провести DC анализ и посмотреть на зависимость тока в нагрузке от сопротивления нагрузки, которая представлена на рисунке 2, мы увидим график, соответствующий неидеальному источнику – в первой фазе ток остаётся неизменным при изменении сопротивления нагрузки, затем начинает стремительно падать. Если посмотреть на верхний график, отражающий изменение напряжения на коллекторе в зависимости от сопротивления нагрузки, мы можем убедиться, что ток остаётся стабильным только до того момента, пока транзистор находится в линейном режиме, то есть напряжение на коллекторе превышает напряжение на эмиттере, как только транзистор переходит в режим насыщения (напряжения на коллекторе и эмиттере равны), ток начинает стремительно падать.

2). Каскодный источник тока, обладающий повышенной устойчивостью к изменениям напряжения на нагрузке.

Поскольку предыдущая схема обладает определёнными недостатками, связанными с эффектом Эрли и температурной зависимостью напряжения базы, лучше воспользоваться её улучшенным вариантом (рис. 3).

Рис. 3 - Каскодный источник тока, обладающий повышенной устойчивостью к изменениям напряжения на нагрузке, смоделированный в среде Micro-Cap 12.

Источник тока на транзисторе Q₁ работает, как и прежде, но напряжение на его коллекторе фиксируется с помощью эмиттера Q₂. Ток, текущий в нагрузку, такой же, как и прежде, так как коллекторный (для Q₂) и эмиттерный токи приблизительно равны между собой (из-за большого значения коэффициента β). В этой схеме напряжение U_кэ (для Q₁) не зависит от напряжения на нагрузке, а это значит, что устранены изменения напряжения U_бэ, обусловленные эффектом Эрли и температурой. Эту схему используют в высокочастотных усилителях.

Для расчётов необходимо учитывать, что теперь нужно добавить в делитель ещё один резистор, чтобы получить необходимое напряжение на базе транзистора Q2 и на базе транзистора Q1.

Рис. 4 - Анализ по постоянному току каскодного источника тока.

Анализ по постоянному току рассматривается для трёх случаев: зависимость тока нагрузки от сопротивления нагрузки, зависимость напряжения на коллекторе транзистора Q2 от сопротивления нагрузки, зависимость напряжения коллектор-эмиттер транзистора Q1 от сопротивления нагрузки, как это показано на рисунке 4.