2. Выбор основных функциональных узлов исн

3.2.1. Регулирующий элемент

В качестве регулирующего элемента выбираем составной транзистор, представляющий собой каскадное соединение двух транзисторов с общим коллектором

Рис. 6

В данном случае выбираем составной транзистор, так как он имеет большой коэффициент усиления по току, например β_VT1=50 , β_VT2=100 => (β_VT1, β_VT2 – коэффициенты передачи по току транзисторов VT1, VT2).

Таким образом, если I_н.макс = 3 А, то мА.

Следовательно ДУ и ИТ можно проектировать миллиамперными при высоком максимальном токе нагрузки.

Если в данном случае выбрать в качестве РЭ одиночный транзистор, то получим

мА.

и ДУ и ИТ нужно проектировать на сотни миллиампер, что энергетически не целесообразно.

Таким образом использование в схеме стабилизатора как раз и позволяет только одну цепь в стабилизаторе сделать сильноточной (кол. – эм. VT1, R_н), а все остальные - слаботочными. РЭ со входа на выход не инвертирует фазу входного сигнала. R1 нужен для поддержания тока эм. VT2 на уровне не меньшем, например, 1мА. При этом VT2 имеет хорошие частотные и усилительные свойства.

3.2.2. Источник опорного напряжения

Источник опорного напряжения реализует на выходе постоянное низковольтное стабилизированное напряжение Uоп ≈ 1,2 В. ИОН питается от выходного напряжения стабилизатора.

В качестве ИОН выбираем схему:

Рис. 7

Механизм температурной компенсации напряжения Uоп (напряжение на выходе ИОН):

U_оп = U_эб3 + U_R2; I_б 0;

В дальнейших расчётах I_э I_К, тогда

.

Из физики биполярного транзистора известно, что с ростом температуры и фиксированном токе эмиттера, напряжение эмиттер-база U_эб уменьшается с температурным коэффициентом –2мВ/ºC, а разница напряжений эмиттер-база двух транзисторов с ростом температуры всегда возрастает с постоянным коэффициентом, тогда из соотношения очевидно, что с ростом температуры, первое слагаемое уменьшается, а второе возрастает, и при соответственном выборе сопротивлений R₂ и R₃ осуществляется полная температурная компенсация напряжения U_оп 1,2 В.

Расчет статического режима ИОН

Дано

Расчёты

При расчете сопротивления R3 допущение, что все Uэб0,6 В не работает (является грубым), поскольку в этом случае UR3 (Uэб1-Uэб2) 0 Поэтому при расчете R3 воспользуемся уравнением для идеального p-n перехода: , где IЭБО - начальный ток эмиттерного перехода, φТ - температурный коэффициент 26 мВ при t=20°С; Исходя из того, что вся схема реализуется в одном кристалле, все транзисторы идентичны по характеристикам, следовательно, уместно допущение: IЭБО1 IЭБО2 и получим итоговое выражение для R3:

3.2.3. Дифференциальный усилитель сигнала рассогласования

ДУ выбираем из банка схемных решений.

На основании следующих соотношений выбираем схему в качестве ДУ для проектирования стабилизатора.

k_U.ДУ  2 k_ст , т.е. k_U.ДУ  , где k_ст= – коэффициент стабилизации ИСН.

R_вых.ДУ

R_вых= Ом → R_вых.ДУ Ом.

Из физики следует: чем больше Kvду, тем больше коэффициент стабилизации стабилизатора, что хорошо.

Чем меньше выходное сопротивление ДУ, тем меньше выходное сопротивление всего стабилизатора, что хорошо. Поэтому выбираем усилитель с k_u.ДУ  и с R_вых.ДУ Ом.

Рис. 8

ДУ имеет два входа и один выход, причем инвертирующий вход

(Вх.1) подключается к выходу делителя выходного напряжения, а не инвертирующий вход (Вх.2) соединяется с выходом ИОН. К выходу ДУ подключается вход РЭ.

VT5, VT11 – цепь параллельного баланса,

VT3, VT9 – активная нагрузка,

VT13, VT14 – эмиттерный повторитель,

VT2, VT8, R1 и VT1, VT6 – источники тока.

Введение в ДУ активной нагрузки и эмиттерного повторителя, а также реализация ДУ по схеме каскадного усилителя VT10, VT11, позволяет значительно повысить коэффициент передачи усилителя по напряжению k_U.ДУ при сохранении невысокого выходного сопротивления.

Статический режим:

I_э1= I_э2= I_э6=1,8 мА,

I_э3=I_э4=I_э5=I_э7=I_э9=I_э10=I_э11=I_э12=I_э13=0,3 мА,

I_э8=I_э14=0,6 мА.

Параметры:

k_u.ДУ =(0,6-1)10⁵;

R_вых.ДУ=10…20 кОм;

R_вх.ДУ=25…30 кОм.

Основные правила для нахождения пути передачи сигнала со входа на выход усилителя.

1. через биполярный транзистор может проходить только в следующих схемах:

а) ОБ – вход Э, выход К (фазу не инвертирует);

б) ОЭ – вход Б, выход К (фазу инвертирует);

в) ОК – вход Б, выход Э (фазу не инвертирует);

2. т. о. по приращению сигнала в К нельзя входить или из Б выходить;

3. для того чтобы определить в сложной схеме схему включения транзисторов нужно найти электрод-вход и электрод-выход, оставшийся свободным электрод будет указывать на схему включения;

4. приращением сигнала нельзя попадать на общую шину или источник постоянного напряжения – сигнал пропадает.

Пусть на вход 1 поступает положительное приращение напряжения, то приращение на выходе ДУ будет следующим.

1-ый путь передачи сигнала:

VT11 ОЭ (инвертирует), VT10 ОБ (не инвертирует), VT13, VT14 (ОК не инвертирует).

По этому пути фаза инвертируется (1 инверсия ОЭ VT11).

2-ой путь:

VT11 (ОК не инвертирует), VT5, VT4 (ОБ не инвертирует), VT9 (ОЭ инвертирует), VT13, VT13 (ОК не инвертирует).

По этому пути усилитель также инвертирует фазу (ОЭ VT9 – 1 инверсия).