3.2.1.Регулирующий элемент

а) б)

Рис.3.2.1.1.

В качестве регулирующего элемента выбираем составной транзистор, представленный на рис. 3.2.1.1(б), он имеет по сравнению с одиночным транзистором рис.3.2.1.1(а) значительно больший коэффициент усиления по току(K_I):

K_I=β₁*β₂

β₁- коэффициент усиления транзистораVT1

β₂ - коэффициент усиления транзистораVT2

Обоснуем, почему составной транзистор лучше одиночного:

Пусть I_{Н макс} = 5 А,β₁= 50,β₂= 100, тогда при использовании в качестве регулирующего элемента составного транзистора:

I_{ВХ РЭ} =I_{Н макс}/(β₁*β₂) = 1 мА,

поскольку вход регулирующего элемента подключён к выходу дифференциального усилителя и источника тока, то в данном случае дифференциальный усилитель и источник тока можно проектировать на токи в миллиампер и все остальные цепи, кроме рассматриваемой, делать слаботочными.

Если в качестве регулирующего элемента выбрать одиночный транзистор, то получим:

I_{ВХ РЭ} = I_{Н макс}/β₁ = 100 мА,

В этом случае дифференциальный усилитель и источник тока нужно делать сильноточными на сотни миллиампер.

3.2.2.Источник опорного напряжения

В качестве источника опорного напряжения выбираем схему рис. 3.2.2.1.

+

I_R5

R5

+

–

+

+

I_R2

I_R1

R2

R1

+

–

–

I_R4

R4

–

VT4

U_ОП

VT3

VT2

VT1

+

+

–

–

+

I_R3

R3

–

–

Рис.3.2.2.1

Источник опорного напряжения реализует на выходе постоянное низковольтное стабилизированное напряжение U_ОП= 1.2 В

Источник опорного напряжения питается с выхода стабилизатора (+U_ВЫХ)

В данной схеме реализуется параметрическая компенсация температурной нестабильности U_ОП. Это достигается за счёт того, что отрицательный температурный дрейф напряжения эммитер-база транзистораVT3 (U_ЭБ3) компенсируется положительным температурным изменением напряжения на резистореR2 (U_R2). Рассмотрим механизм данного процесса:

U_ОП = U_ЭБ3+U_R2

U_R3 = U_ЭБ1-U_ЭБ2 = ∆U_ЭБ

Принимаем I_Э≈I_КиI_Б≈ 0, тогда

IR2 ≈ IR3

U_R2 ≈ U_R3(R2/R3) = ∆U_ЭБ(R2/R3)

U_ОП = U_ЭБ3+U_R2 = U_ЭБ3+∆U_ЭБ(R2/R3) – соотношение 1

Из физики транзистора известно, что с ростом температуры U_ЭБпри постоянном токе уменьшается с температурным коэффициентом λ = -2 мВ/ºС. А разница напряжений ∆U_ЭБ с ростом температуры всегда возрастает, также с постоянным коэффициентом, тогда из соотношения 1 очевидно, что при соответствующем выбореR1/R2 можно осуществить полную температурную компенсацию. Напряжение на выходе источника опорного напряжения, при котором осуществляется условие термокомпенсации, составляет

U_ОП=1.2 В.

Произведём расчёт статического режима каскада (то есть определение всех сопротивлений всех резисторов при заданных токах):

Дано:U_ОП≈ 1.2 В,U_ВЫХ= 12 В,U_ЭБ≈ 0.6 В для всех транзисторов,I_R1= 0.6 мА,

I_R2 = I_R3 = 0.06 мА, I_R5 = 1.4 мА, I_R4 = 0.3 мА

Кроме того, предполагаем, что I_Э≈I_К,I_Б≈ 0.

I_ЭБ4 = I_R5-I_R1-I_R2-I_R4 = 1.4-0.6-0.06-0.3 = 0.44 мА

R5 = (U_ВЫХ-U_ОП)/I_R5 = (12-1.2)/(1.4*10^-3) = 7.71*10³ Ом

R1 = (U_ОП-U_ЭБ1)/I_R1 = (1.2-0.6)/(0.6*10^-3) = 1*10³ Ом

R2 = (U_ОП-U_ЭБ3)/I_R2 = (1.2-0.6)/(0.06*10^-3) = 10*10³ Ом

R4 = U_ЭБ4/I_R4 = 0.6/(0.3*10^-3) = 2*10³ Ом

При расчёте R3 допущение, чтоU_ЭБ≈ 0.6 В для всех транзисторов является грубым, поскольку в этом случае получаемU_R3= 0 – абсурд. Поэтому, здесь режим задаётся на разницеU_ЭБдвух транзисторов; при расчетеU_R3воспользуемся уравнением идеального

p-nперехода:

I_Э ≈ I_ЭБ0*e(U_ЭБ/φ_Т)

U_Э = φ_Т*ln(I_Э/I_ЭБ0)

I_ЭБ0– начальный ток эмиторного перехода, φ_Т= 26 мВ при температуреt= 20˚C

R3 = (U_ЭБ1-U_ЭБ2)/I_Э2= (φ_Т*ln(I_Э1/I_ЭБ01)- φ_Т*ln(I_Э2/I_ЭБ02))/I_Э2

VT1 иVT2 – реализуются в одном кристалле, поэтому они идентичны

(то есть I_ЭБ01 ≈I_ЭБ02), отсюда

R3 = (φ_Т/I_Э2)*ln(I_Э1/I_Э2) = (φ_Т/I_R2)*ln(I_R1/I_R2) = 26*10^-3/(0.06*10^-3)*ln(0.6*10^-3/0.06*10^-3) =

= 997.79 Ом ≈ 1*10³Ом