Обработка результатов.

I). Базовая схема источника тока на одном транзисторе.

• Произведем теоретические расчеты номиналов резисторов:

U_пит=15 В.

I_к=I_э=4 мА.

U_БЭ=0,6 В.

Пусть R₁=1 кОм => U_R4=I_э*R₄=4*10^-3*10³=4 В.

Тогда U_б= U_R4+0,6 В=4+0,6=4,6 В.

U_Б = => R₁= = = R₂*2,3

То есть теоретически отношение резисторов R₁/R₂ должно составлять 2,3. При моделировании схемы в среде Micro-Cap отношение оказалось равным 2. Также U_Б=4,9 В, U_Э=4,2 В, U_К=7,4 В.

При практическом моделировании схемы на установке NI ELVIS были получены следующие показания: U_Б=5,1 В, U_Э=4,4 В, U_К=7,8 В.

В ходе работы была снята зависимость тока коллектора на нагрузке от сопротивления нагрузки, которая была представлена в виде таблицы 2.1 (см. «Протокол наблюдений»). По полученным результатам построим график зависимости тока коллектора от сопротивления нагрузки:

Рис.9 - График зависимости тока коллектора от сопротивления нагрузки.

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

• Произведем теоретические расчеты номиналов резисторов:

U_пит=15 В.

I_к=I_э=4 мА.

U_БЭ=0,6 В.

Пусть R₅=1 кОм => U_R5=I_R5*R₅=4*10^-3*10³=4 В.

Тогда U_б1= U_R5+0,6 В=4+0,6=4,6 В.

U_Б1 = = 4,6 В => = = = 3,3

То есть теоретически отношение должно составлять 3,3. При моделировании схемы в среде Micro-Cap отношение оказалось равным 2,92. Также U_Б1=4,87 В, U_Э1=4,16 В, U_Б2=6,5 В, U_Э2=5,79 В, U_К2=7,6 В.

При практическом моделировании схемы на установке NI ELVIS были получены следующие показания: U_Б1=4,34 В, U_Э1=3,78 В, U_Б2=6,23 В, U_Э2=5,5 В, U_К2=7,87 В.

В ходе работы была снята зависимость тока коллектора на нагрузке от сопротивления нагрузки, которая была представлена в виде таблицы 2.2 (см. «Протокол наблюдений»). По полученным результатам построим график зависимости тока коллектора от сопротивления нагрузки:

Рис. 10 – График зависимости тока коллектора от сопротивления нагрузки.

III). Классическое токовое зеркало.

• Произведем теоретические расчеты номиналов резисторов:

U_Б1=U_Б2=15 – 0,6 = 14,4 В.

I₁=4 мА => R₁= = = 3600 Ом.

То есть теоретически сопротивление резистора должно составлять 3600 Ом. При моделировании схемы в среде Micro-Cap сопротивление оказалось равным 3500 Ом. Также U_Б1= U_Б2= U_К1=14,28 В.

При практическом моделировании схемы на установке NI ELVIS были получены следующие показания: U_Б1= U_Б2= U_К1=14,22 В.

В ходе работы была снята зависимость тока коллектора на нагрузке от сопротивления нагрузки, которая была представлена в виде таблицы 2.3 (см. «Протокол наблюдений»). По полученным результатам построим график зависимости тока коллектора от сопротивления нагрузки:

Рис. 11 – График зависимости тока коллектора от сопротивления нагрузки.

VI). Токовое зеркало Уилсона.

• Произведем теоретические расчеты номиналов резисторов:

U_Б3=U_Э1=U_Б1-U_БЭ=14,4 – 0,6 = 13,8 В.

I₁=4 мА => R₁= = = 3450 Ом.

То есть теоретически сопротивление резистора R₁ должно составлять 3450 Ом. При моделировании схемы в среде Micro-Cap сопротивление оказалось равным 3 кОм. Также U_Б1= U_Б2= U_К1=14,29 В.

При практическом моделировании схемы на установке NI ELVIS были получены следующие показания: U_Б1= U_Б2= U_К1=14,47 В.

В ходе работы была снята зависимость тока коллектора на нагрузке от сопротивления нагрузки, которая была представлена в виде таблицы 2.4 (см. «Протокол наблюдений»). По полученным результатам построим график зависимости тока коллектора от сопротивления нагрузки:

Рис. 12 – График зависимости тока коллектора от сопротивления нагрузки.

Вывод. В ходе выполнения лабораторной работы были изучены основные схемы источников тока различной топологии и освоены 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, а также для каждой схемы были получены теоретические и практические графики зависимости тока коллектора от сопротивления нагрузки.

При изучении базовой схемы источника тока на одном транзисторе была получена зависимость тока коллектора от сопротивления нагрузки. Можно заметить по графику, что значение тока не меняется до значения сопротивления 2 кОм, после чего начинает резко уменьшаться. При проектировании этой схемы в MicroCap и получении такого же графика ток начинает менятся после значения 3,6 кОм. Такой график характеризует режимы работы транзистора: 1) линейный режим (I_К=const, U_К>U_Э); 2) режим насыщения (ток коллектора уменьшается, U_К=U_Э). Необходимо также отметить, что напряжение коллектор – эмиттер зависит от напряжения сопротивления нагрузки, что свидетельствует об эффекте Эрли.

Во второй схеме каскодного источника тока напряжение на коллекторе фиксировалось вторым транзистором. Можно отметить по полученному в ходе работы графику, что значение тока коллектора начинает снижаться при значении сопротивления 1,8 кОм, при этом в MicroCap это значение равно 2,2 кОм. В этой схеме напряжение для коллектор – эмиттер на первом транзисторе не зависит от напряжения на нагрузке, что говорит об устранении эффектов Эрли.

При анализе графика для классического токового зеркала можно отметить, что значение тока сначала уменьшается линейно до значения 3 кОм, затем резко начинает падать. В MicroCap это пограничное значение равно 3,8 кОм.

Для схемы токового зеркала Уилсона ток начинает уменьшаться при значении 3 кОм. В MicroCap это значение оказалось равным 3,9 кОм.