Эта схема также обеспечивает температурную компенсацию выходного напряжения. Если выходное напряжение около 7 В, то напряжение на стабилитроне составляет примерно 6,2 В, а его температурный коэффициент равен 2,2 мВ / °С. С другой стороны, напряжение Uбэ1 имеет температурный коэффициент –2,2 мВ / °С. Таким образом, суммарный температурный коэффициент выходного напряжения будет близким к нулю. Достоинство этой схемы — ее простота, а недостаток — стабилизация выходного напряжения

возможна только при Uвых ≈ 7 В.

Этого недостатка лишена схема на рис. 6.22, б. Благодаря применению операционного усилителя выходное напряжение можно изменять в достаточно широких пределах. Оно определяется по формуле:

Uвых = Uст + I (R1 / R2),

где Uст — напряжение термокомпенсированного стабилитрона; R1 и R2 — сопротивления делителя в цепи отрицательной обратной связи.

Ток стабилитрона поддерживается неизменным и выбирается в соответствии с формулой:

Icт = (Uвых – Uст) / R0,

где R0 — сопротивление в цепи обратной связи.

Например, если Uст = 9 В, а Uвых = 10 В, то необходимо выполнить условие R2 = 9R1 (при R1 = 1 кОм получим R2 = 9 кОм). Для обеспечения Iст = 10 мА необходимо выбрать R0 = 100 Ом.

6.3.3. Стабилитронные интегральные микросхемы (СИМС)

В связи с тем, что простой стабилитрон не отвечает требованиям, предъявляемым к опорным источникам напряжения, были разработаны ИМС, имеющие два (иногда три) вывода и выполненные как обычный стабилитрон, хотя в действительности они являются интегральными микросхемами, содержащими различные активные и пассивные элементы. Все выпускаемые СИМС можно разделить на три группы:

•температурно-компенсированные стабилитронные ИМС;

•температурно-стабилизированные источники опорного напряжения;

•опорные источники с напряжением запрещенной зоны.

301

Температурно-компенсированные СИМС содержат стабилитроны,

транзисторы, диоды и пассивные элементы, обеспечивающие стабилизацию тока и температурную компенсацию. Обычно такие ИМС оформлены как стабилитроны и имеют всего два вывода. В качестве примеранарис. 6.23, априведенасхематакогостабилитрона1009ЕН1. Она состоит из трех групп симметричных транзисторов. Каждая группарассчитананастабилизациюнапряженияоколо10 В. Стабилизация токапитаниявыполняется транзисторомVT1. Выходныетранзисторы VT8 и VT9 работают в режиме усилителей тока. Микросхема обеспечивает стабилизацию напряжения 31...35 В (в зависимости от группы), дифференциальное сопротивление 10 Ом при токе Iст = 5 мА и температурный коэффициент напряжения ТКН = 0,006 % / °С. Микросхема предназначена для стабилизации напряжения питания варикапов в устройствахнастройки телевизоровирадиоприемников.

Опорные источники с напряжением запрещенной зоны выполня-

ются по схеме, изображенной на рис. 6.23, б. Идея такого источника основана на создании опорного напряжения с положительным температурным коэффициентом, численно равным отрицательному температурному коэффициенту напряжения «база-эмит- тер» транзистора.

Для схемы, изображенной на рис. 6.23, б, можно записать выходное напряжение ИОН в виде

Uвых = Uбэ3 + I2R2 ,

где Uбэ3 — напряжение «база-эмиттер» транзистора VT3 , I2 — ток коллектора транзистора VT2 , равный (Uбэ1 – Uбэ2 ) / R1 .

Изменение выходного напряжения при изменении температуры Т на ∆Т можно определить, пользуясь уравнением (6.5):

Напряжение Uбэ и ток Iк коллектора биполярного транзистора связаны уравнением ЭберсаМолла:

Uбэ = (k / q)Tп ln(Iк / Is),

поэтому для приращения напряжений «база-эмиттер» транзисторов VT1 и VT2 можно записать уравнения:

302

Рис. 6.23. Упрощенная схема ИМС стабилитрона 1009ЕН1 (а) и схема стабилизатора на принципе запрещенной зоны (б)

∆Uбэ1 = (k / q)∆Tп ln (I1 / Is);

∆Uбэ2 = (k / q)∆Tп ln (I2 / Is),

где k — постоянная Больцмана, q — заряд электрона, Is — ток насыщения транзистора, ∆Tп — приращение температуры перехода.

303

Подставив эти значения в уравнение (6.5), получим:

Если обеспечить выполнение условия I1 > I2 (на практике выбирают I1 ≈ 10 I2), то ln(I1/ I2) будет положительным, следовательно, второй член в формуле (6.6) будет иметь положительный температурный коэффициент, в то время как ∆Uбэ3 имеет отрицательный температурный коэффициент. Выбором значений I1, R1 и R2 можно обеспечить в этой схеме нулевой температурный коэффициент в широком диапазоне изменения температуры перехода.

Свое название эти источники получили потому, что суммарное напряжение (6.5) при нулевом значении ТКН равно напряжению запрещенной зоны кремния, т. е. примерно 1,22 В. Для изменения значения выходного напряжения можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 6.22, б.

На этом принципе выполнен регулируемый прецизионный интегральный стабилитрон типа 142ЕН19 (аналог микросхемы TL 431). Упрощенная схема этой ИМС приведена на рис. 6.24, а. Основные элементы ИМС: источник опорного напряжения, выполненный по схеме (см. рис. 6.23, б); операционный усилитель ОУ, позволяющий устанавливать необходимое выходное напряжение при помощи внешнего резистивного делителя R1 и R2 , как показано на схемах включения (рис. 6.24, б). Основные характеристики этого интегрального стабилитрона значительно превосходят характеристики обычных стабилитронов:

-температурный коэффициент напряжения 0,0003 % / °С;

-регулируемое выходное напряжение от 2,5 до 36 В;

-дифференциальное сопротивление 0,2 Ом;

-максимальный ток нагрузки 100 мА.

Примерно такие же характеристики имеют прецизионные интегральные стабилитроны типа 2С120 и ИС121, выходное напряжение которых равно 1,225...1,25 В; дифференциальное сопротивление имеет значение 0,2 Ом. Температурный коэффициент напряжения доходит до 0,0001 % / °C.

304

Рис. 6.24. Упрощенная схема интегрального стабилитрона 142ЕН19 с условным схемотехническим изображением (а); его схема включения (б)

Температурно-стабилизированные источники опорного напря-

жения содержат интегральный стабилитрон, выполненный по одной из рассмотренных схем, и прецизионный термостат, управляемый датчиком температуры на переходе «база-эмиттер» транзистора. Термостат обеспечивает постоянную температуру кристалла интегрального стабилитрона при помощи нагревательной схемы, дополненной датчиком температуры. Такие микросхемы имеют температурный коэффициент напряжения до 0,00002 %/ °C, что на порядок меньше, чем у любого интегрального стабилитрона.

Упрощенная структурная схема такого источника опорного напряжения типа 2С483 (аналог ИМС LM199) приведена на рис. 6.25, а. Микросхема состоит из интегрального стабилитрона ИС, стабилизатора температуры кристалла и датчика температуры ДТ. Все пе-

Рис. 6.25. Упрощенная структурная схема температурно-стабилизированного ИОН (а) и схема включения ИОН типа 2С483 (б)

305