ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Источник тока на транзисторах

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение особенностей построения источников тока на биполярных транзисторах.

ОБОРУДОВАНИЕ

Персональный компьютер IBM PC на базе процессоров Intel Pentium (и выше). Программа моделирования, основанная на использовании SPICE моделей.

ВВЕДЕНИЕ

И

Рис.1

сточники тока необходимы для работы таких устройств, как интеграторы, генераторы пилообразного напряжения. Важную роль они играют в схемах усилителей и стабилизаторов.

Схема простейшего источника тока показана на рис.1. При условии, что RRн (т.е. UссUн), ток сохраняет почти постоянное значение и равен приблизительно I=U/R. Но и у этой схемы есть недостатки. Для того чтобы получить хорошее приближение к источнику тока, следует использовать большие напряжения, а при этом на резисторе рассеивается большая мощность. Кроме того, током этого источника трудно управлять в широком диапазоне с помощью напряжения, формируемого где-нибудь в другом узле схемы.

Хороший источник тока можно построить на основе транзистора (рис.2). Работает он следующим образом: напряжение на базе Uб0,6 поддерживает эмиттерный переход в открытом состоянии: Uэ=Uб-0,6В. В связи с этим Iэ= Uэ/Rэ=(Uб-0,6В)/Rэ. Так как для больших значений коэффициента h21эIэIк, то Iк(Uб-0,6В)/Rэ независимо от напряжения Uк до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим насыщения (UкUэ+0,2В).

И

Рис.2 Транзисторный источник тока

сточник тока передает в нагрузку постоянный ток только до определенного конечного напряжения на нагрузке. В противном случае источник тока был бы способен генерировать бесконечную мощность. Диапазон выходного напряжения, в котором источник тока ведет себя как следует (величина тока меняется не более 10%), называется динамическим диапазоном. Для рассмотренных только что транзисторных источников тока динамический диапазон определяется из того, что транзистор должен находиться в активном режиме работы.

К сожалению, данный источник тока обладает определенными недостатками:

1. При заданном токе коллектора и напряжении Uбэ, и коэффициент h_21э несколько изменяются при изменении напряжения коллектор-эмиттер (эффект Эрли). Изменение напряжения Uбэ, связанное с изменением выходного тока, так как напряжение на эмиттере (а следовательно, и эмиттерный ток) изменяется, даже если напряжение на базе фиксировано. Изменение значения коэффициента h_21э приводит к небольшим изменениям выходного (коллекторного) тока при фиксированном токе эмиттера, так как I_k=I_э-I_б; кроме того, немного изменяется напряжение на базе в связи с возможным изменением сопротивления источника смещения, обусловленного изменениями коэффициента h_21э (а следовательно, и тока базы). Эти изменения незначительны, но они приводят к тому, что источник работает хуже, чем идеальный: выходной ток немного зависит от напряжения и, следовательно, его сопротивление не бесконечно.

2. Напряжение Uбэ и коэффициент h_21э зависят от температуры. В связи с этим при изменении температуры окружающей среды возникает дрейф выходного тока. Кроме того, температура перехода изменяется при изменении напряжения на нагрузке (в связи с изменением мощности, рассеиваемой транзистором) и приводит к тому, что ток несколько изменяется.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

При малых токах (токах коллектора до 200мА) можно использовать транзисторы npn типа: BC547, BC550, MJE350 и pnp типа: BC557, BC560B, MJE340.

При больших токах (порядка несколько ампер) используют транзисторы npn типа: 2N3055, 2N4063 и pnp типа: MJE4919, MJE4923, 2N4919, 2N5980, 2N6021, 2N6026.

1. Собрать схему источника тока с каскадом смещения (рис.3).

2) Собрать схему на p-n-p транзисторе с каскадом смещения на диоде(рис.4).

Рис.4

3) Измерить динамический диапазон при изменении тока на 10%.

4) Измерить внутренне сопротивление источников тока.

5) Определить, на сколько надо изменить температуру, чтобы ток изменился на 10%.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как рассчитать источник тока?

2. Чем определяется динамический диапазон?

3. Какие схемотехнические приемы позволяют улучшить характеристики источника тока?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. // Т.1-2, М.:Мир,1983.

2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. // Т.1-3, М.:Мир,1993.

3. Жеребцов И.П. Основы электроники. // Л.:Энергоатомиздат,1989.

4. Ленк Дж. Электронные схемы. Практическое руководство. // М.:Мир,1985.

5. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. // М.:Мир,1982.

6. Кауфман М., Сидман А. Практическое руководство по расчетам схем в электронике. // Т.1-2, М:Энергоатомиздат,1991.

7. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. // М.: Гелиос АРВ, 2002.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Список элементов:

Описание	Название элемента	Название библиотеки
Сопротивление	R	Analog.slb
Транзисторы	NPN PNP	PWRBJT.slb EBIPOLAR.slb
Источник питания	VSRC	Sourse.slb
Источник синусоидального сигнала	Vsin	Sourse.slb
“земля”	AGND	Port.slb
Диод	D1N914, 1N4148, 1N4007 (или анологичные)	Diode.slb
Соединители	Bubble	Port.slb

5