- •Исследование схем источников тока для работы светодиодов и лазерных диодов в непрерывном режиме
- •( Внимание: на рисунке изображен p-канальный транзистор вместо n-канального)
- •(Внимание: на рисунке изображен p-канальный транзистор вместо n-канального)
- •(Внимание: на рисунке изображен p-канальный транзистор вместо n-канального)
- •(Внимание: на рисунке изображен биполярный n-p-n транзистор вместо n-канального моп-транзистора)
- •Анализ схем накачки. Работа в pSpice
- •Порядок выполнения работы
( Внимание: на рисунке изображен p-канальный транзистор вместо n-канального)
Рис. 4
I
φ
UЗИ
Рис. 5
При такой аппроксимации ток стока I связан с напряжением затвор-исток Uзи линейно
Uзи= Uпор+RgI (4)
В этом выражении Uпор — пороговое напряжение, имеющее у разных типов транзисторов величину 1—4 В; Rg — 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 Rg можно пренебречь, а напряжение Uзи принять равным Uпор. 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 Uоп или сопротивления R в цепи истока.
Напряжение источника питания Uип выбирается из условия работы транзистора T в активном режиме при максимальном токе накачки I и максимальном числе последовательно соединенных светодиодов или лазерных диодов:
Uип> (R+Rкан )I + Uлд (7)
Здесь Rкан – сопротивление канала транзистора, Uлд − 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 UD =3В, а величина опорного напряжения Uоп =2Uпор =6В. Найти минимальное напряжение источника питания, если сопротивление канала транзистора Rкан =0,5 Ом.
Из выражения (6) следует:
Ом;
Uип=2UD+ (R+Rкан )I = 4+0,01∙300,5 = 7 В.
Если величина Uоп 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 ID1, который может быть принят равным 2−3 мА.
При расчете задания исходными данными являются:
диапазон изменения тока накачки Imin—Imax ;
число светодиодов или лазерных диодов;
напряжение на одном приборе при токе Imax;
пороговое напряжение МОП-транзистора Uпор (для биполярного транзистора Uпор= Uбэ≈0,6В);
опорное напряжение Uоп, если находится диапазон изменения сопротивления R;
значение сопротивления R, если находится диапазон изменения напряжения Uоп;
Требуется найти:
диапазон изменения сопротивления R при заданном Uоп, обеспечивающий изменение тока накачки в пределах Imin—Imax или диапазон изменения опорного напряжения Uоп при заданном R, обеспечивающий изменение тока накачки в пределах Imin—Imax;
величина минимального напряжения источника питания Uип;
Пример 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 Uбэ транзистора принять равным 0,6 В.
Найти величину сопротивления R в цепи эмиттера транзистора, обеспечивающего ток нагрузки I=0,05 А, если опорное напряжение (Uоп)min=4 В. При найденном значении R определить диапазон изменения опорного напряжения Uоп, обеспечивающий изменение тока нагрузки в указанном диапазоне. Найти минимальную величину напряжения источника питания.
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 Uпроб.=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 ID1=3 мА. Коэффициент усиления по току транзистора β=100.
Найдём величину сопротивления R в цепи эмиттера транзистора, соответствующего току Imin=50 мА
Ом
Найдём максимальную величину опорного напряжения, соответствующего максимальному значению тока Imax=0,1 А
Таким образом, диапазон изменения опорного напряжения Uоп=4—7,4 В.
Определим минимальную величину напряжения источника питания
Примем напряжение источника питания Uип=12 В.
В схеме на рис. 3 Uоп= Uпроб.=5 В
Найдём величину сопротивления R2 в цепи эмиттера транзистора, соответствующего минимальному значению тока Imin=0,05 мА
Ом
Определим величину сопротивления R2, соответствующего максимальному значению тока Imax=0,1 А
Ом
Найдём минимальную величину напряжения источника питания
Примем Uип=12 В.
Рассчитаем величину сопротивления R1, ограничивающего ток через стабилитрон на уровне ID1=3 мА
КОм
Пример 2
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 Uпор=3 В, сопротивление канала Rкан=0,2 Ом.
Найти величину сопротивления R в цепи истока транзистора, обеспечивающего ток нагрузки I=0,05 А, если опорное напряжение (Uоп)min=2Uпор=6 В. При найденном значении R определить диапазон изменения опорного напряжения Uоп, обеспечивающий изменение тока нагрузки в указанном диапазоне. Найти минимальную величину напряжения источника питания.
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 Uпроб=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 ID1=3 мА.
Найдём величину сопротивления R в цепи истока транзистора, соответствующего току Imin =0,05 А
Ом
Найдём максимальную величину опорного напряжения, соответствующего максимальному значению тока Imax =0,1 А
Таким образом, диапазон изменения опорного напряжения Uоп=6÷9 В.
Определим минимальную величину напряжения источника питания
Примем напряжение источника питания Uип=12 В.
В схеме на рис. 6 Uоп= Uпроб=6,8 В
Найдём величину сопротивления R2 в цепи истока транзистора, соответствующего максимальному значению тока Imin =0,05 А
Ом
Определим величину сопротивления R2, соответствующего максимальному значению тока Imax =0,1 А
Ом
Рассчитаем величину сопротивления R1, ограничивающего ток через стабилитрон на уровне ID1=3 мА
КОм
Если напряжение источника питания является стабилизированным, то при экспериментальном исследовании зависимости тока накачки I от опорного напряжения Uоп можно использовать схему, показанную на рис. 7.
Рис. 7