Лабораторная работа № 3.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКОВ НАПРЯЖЕНИЯ В АНАЛОГОВЫХ ИС МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ЭВМ.

Цель работы : ознакомление со способами реализации источников напряжения в аналоговых ИС, с методами их моделирования и расчета параметров.

1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Изучить способы реализации источников напряжения в аналоговых ИС.

2. Выполнить домашнее задание.

3. Выполнить исследовательскую часть работы.

4. Оформить отчет и сдать работу.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Для широкого класса аналоговых БИС необходима реализация источников напряжения с параметрами близкими к идеальным.

Рассмотрим некоторые схемотехнические приемы, используемые в различных элементных базисах, для создания таких источников.

1. Источники напряжения на основе биполярных транзисторов. Источник напряжения – это схема с точкой с низким импедансом для переменного тока. Напряжение, снимаемое с этой схемы должно быть стабильным в заданном диапазоне температур и не зависеть от мощности нагрузки. Устройства с низким выходным импедансом – это источники напряжения, а источники с независимым от нагрузки и температуры выходным напряжением – это источники опорного напряжения.

Низкий выходой импеданс обеспечивает схема эмиттерного повторителя (рис.1)

U_CC

R1 I₁

U_CM

T1

D1 U_o

R2 Z_H

Рис.1 Каскад с общим коллектором.

Выходное сопротивление схемы (эмиттерный узел Т1) можно записать в виде

.

Диод в цепи смещения здесь используется для температурной компенсации падения напряжения на Т1. Выходное напряжение в таком источнике приблизительно равно

.

Напряжение смещения и, значит, выходное напряжение в этой схеме зависит от величины напряжения источника питания из-за резистивного характера цепи смещения. Стабильность U_СМ достигается при использовании в цепи смещения диодов и стабилитронов (рис.2), но при этом ухудшается температурная стабильность выходного напряжения.

При необходимости получения от одного источника опорного напряжения нескольких источников напряжения, относительно изолированных друг от друга по переменному току, используют многоэмиттерные транзисторы (рис. 2)

U_cc

R1

U_CM T12

D_st U₀₁ U₀₂

D1 Z1 Z2

Рис.2. Формирование нескольких источников напряжения от одного источника опорного напряжения

1. Источники опорного нгапряжения

   Для получения схемы источника опорного напряжения необходимо обеспечить хорошую температурную стабильность выходного сигнала (не хуже 10^-4 1/⁰С). При хорошем подборе параметров схемы возможно получить компенсацию тепловых дрейфов порядка 10^-6. Основной подход при проектировании источников опорного напряжения (ИОН) заключается в компенсации известных температурных дрейфов при помощи введения источника дрейфа противоположного знака и соответствующей величины.

   На рис.3 показана практическая схема ИОН с низким (менее 5*10^{-5 0}С ^-1) температурным коэффициентом, использующая противоположные знаки ТКН и ТКР.

U_cc

I₀

U_CM T1

D_st D1

R1

U_O

D2

R2

Рис.3 Температурнонезависимый источник опорного напряжения.

Величина выходного опорного напряжения в такой схеме определяется выражением

Температурный коэффициент изменения выходного напряжения можно сделать практически равным нулю при условии

.