( Внимание: на рисунке изображен p-канальный транзистор вместо n-канального)

Рис. 4

I

Принцип работы этой схемы такой же, как схемы на рис.1. Различными в этих схемах являются передаточные характеристики транзисторов. На рис.5 приведена кусочно-линейная аппроксимация передаточной характеристики n-канального МОП-транзистора с индуцированным каналом.

φ

U_ЗИ

Рис. 5

При такой аппроксимации ток стока I связан с напряжением затвор-исток U_зи линейно

U_зи= U_пор+R_gI (4)

В этом выражении U_пор — пороговое напряжение, имеющее у разных типов транзисторов величину 1—4 В; R_g — дифференциальное сопротивление, равное тангенсу угла наклона φ характеристики к оси тока.

Составляя уравнение по второму закону Кирхгофа для входного контура схемы, с учетом (4) найдем выражение тока стока, равного току нагрузки:

(5)

При использовании транзисторов с большей крутизной величиной R_g можно пренебречь, а напряжение U_зи принять равным U_пор. При этом выражение (5) принимает вид:

(6)

Как и в схеме на основе биполярного транзистора (рис.1), в данной схеме величину тока I накачки можно регулировать за счет изменения опорного напряжения U_оп или сопротивления R в цепи истока.

Напряжение источника питания U_ип выбирается из условия работы транзистора T в активном режиме при максимальном токе накачки I и максимальном числе последовательно соединенных светодиодов или лазерных диодов:

U_ип> (R+R_кан )I + U_лд (7)

Здесь R_кан – сопротивление канала транзистора, U_лд − суммарное напряжение на светодиодах или лазерных диодах при токе I.

Пример

В схеме на рис.4 нагрузкой являются два последовательно включенных светодиода, работающих при токе I =10 мА. Величина напряжения на одном светодиоде при токе I =10 мА =2В. Определить сопротивление резистора , обеспечивающего ток нагрузки I =10 мА, если пороговое напряжение транзистора U_D =3В, а величина опорного напряжения U_оп =2U_пор =6В. Найти минимальное напряжение источника питания, если сопротивление канала транзистора R_кан =0,5 Ом.

Из выражения (6) следует:

Ом;

U_ип=2U_D+ (R+R_кан )I = 4+0,01∙300,5 = 7 В.

Если величина U_оп постоянна, то как и в схеме на рис.3 в качестве источника опорного напряжения может быть использован стабилитрон с напряжением пробоя равным величине опорного напряжения (рис.6)

Рис. 6

(Внимание: на рисунке изображен p-канальный транзистор вместо n-канального)

Сопротивление R₁ ограничивает ток через стабилитрон на уровне I_D1, который может быть принят равным 2−3 мА.

При расчете задания исходными данными являются:

• диапазон изменения тока накачки I_min—I_max ;

• число светодиодов или лазерных диодов;

• напряжение на одном приборе при токе I_max;

• пороговое напряжение МОП-транзистора U_пор (для биполярного транзистора U_пор= U_бэ≈0,6В);

• опорное напряжение U_оп, если находится диапазон изменения сопротивления R;

• значение сопротивления R, если находится диапазон изменения напряжения U_оп;

Требуется найти:

• диапазон изменения сопротивления R при заданном U_оп, обеспечивающий изменение тока накачки в пределах I_min—I_max или диапазон изменения опорного напряжения U_оп при заданном R, обеспечивающий изменение тока накачки в пределах I_min—I_max;

• величина минимального напряжения источника питания U_ип;

Пример 1.

1. Схема накачки двух последовательно соединённых лазерных диодов, работающих в непрерывном режиме, построена на основе биполярного транзистора (рис. 1). Схема должна обеспечить диапазон изменения тока нагрузки I=0,05—0,1 А. Напряжение на лазерном диоде при токе 0,1 А составляет 2 В. Напряжение база-эмиттер U_бэ транзистора принять равным 0,6 В.

Найти величину сопротивления R в цепи эмиттера транзистора, обеспечивающего ток нагрузки I=0,05 А, если опорное напряжение (U_оп)­_min=4 В. При найденном значении R определить диапазон изменения опорного напряжения U_оп, обеспечивающий изменение тока нагрузки в указанном диапазоне. Найти минимальную величину напряжения источника питания.

2. Схема накачки, показанная на рис. 3, должна обеспечить изменение тока нагрузки в том же диапазоне, что и предшествующая схема. В схеме используется тот же транзистор и те же лазерные диоды, а напряжение пробоя стабилитрона U_проб.=5 В.

Определить диапазон изменения сопротивления R₂ в цепи эмиттера транзистора, обеспечивающий изменение тока нагрузки в заданном диапазоне I=0,05—0,1 А. Найти величину сопротивления R₁ из условия ограничения тока через стабилитрон на уровне I_D1=3 мА. Коэффициент усиления по току транзистора β=100.

1. Найдём величину сопротивления R в цепи эмиттера транзистора, соответствующего току I_min=50 мА

Ом

Найдём максимальную величину опорного напряжения, соответствующего максимальному значению тока I_max=0,1 А

Таким образом, диапазон изменения опорного напряжения U_оп=4—7,4 В.

Определим минимальную величину напряжения источника питания

Примем напряжение источника питания U_ип=12 В.

2. В схеме на рис. 3 U_оп= U_проб.=5 В

Найдём величину сопротивления R₂ в цепи эмиттера транзистора, соответствующего минимальному значению тока I_min=0,05 мА

Ом

Определим величину сопротивления R₂, соответствующего максимальному значению тока I_max=0,1 А

Ом

Найдём минимальную величину напряжения источника питания

Примем U_ип=12 В.

Рассчитаем величину сопротивления R₁, ограничивающего ток через стабилитрон на уровне I_D1=3 мА

КОм

Пример 2

1. Схема накачки двух последовательно соединённых лазерных диодов, работающих в непрерывном режиме, построена на основе МОП-транзистора (рис. 4). Схема должна обеспечить диапазон изменения тока нагрузки I=0,05—0,1 А. Напряжение на лазерном диоде при токе 0,1 А составляет 2 В, пороговое напряжение транзистора U_пор=3 В, сопротивление канала R_кан=0,2 Ом.

Найти величину сопротивления R в цепи истока транзистора, обеспечивающего ток нагрузки I=0,05 А, если опорное напряжение (U_оп)_min=2U_пор=6 В. При найденном значении R определить диапазон изменения опорного напряжения U_оп, обеспечивающий изменение тока нагрузки в указанном диапазоне. Найти минимальную величину напряжения источника питания.

2. Схема накачки, показанная на рис. 6, должна обеспечить изменение тока нагрузки в том же диапазоне, что и предшествующая схема. В схеме используется тот же МОП-транзистор и те же лазерные диоды, напряжение пробоя стабилитрона U_проб=6,8 В.

Определить диапазон изменения сопротивления R₂ в цепи истока транзистора, обеспечивающий изменение тока нагрузки в заданном диапазоне I=0,05—0,1 А. Найти величину сопротивления R₁ из условия ограничения тока через стабилитрон на уровне I_D1=3 мА.

1. Найдём величину сопротивления R в цепи истока транзистора, соответствующего току I_min =0,05 А

Ом

Найдём максимальную величину опорного напряжения, соответствующего максимальному значению тока I_max =0,1 А

Таким образом, диапазон изменения опорного напряжения U_оп=6÷9 В.

Определим минимальную величину напряжения источника питания

Примем напряжение источника питания U_ип=12 В.

2. В схеме на рис. 6 U_оп= U_проб=6,8 В

Найдём величину сопротивления R₂ в цепи истока транзистора, соответствующего максимальному значению тока I_min =0,05 А

Ом

Определим величину сопротивления R₂, соответствующего максимальному значению тока I_max =0,1 А

Ом

Рассчитаем величину сопротивления R₁, ограничивающего ток через стабилитрон на уровне I_D1=3 мА

КОм

Если напряжение источника питания является стабилизированным, то при экспериментальном исследовании зависимости тока накачки I от опорного напряжения U_оп можно использовать схему, показанную на рис. 7.

Рис. 7