Поиск по сайту
Рубрики
Статистика
Rambler's Top100


Генераторы стабильного тока

На транзисторах ТЗ и Т5 реализованы генераторы стабильного тока (ГСТ), являющиеся одним из основных узлов практически любой усилительной схемы. ГСТ обычно используются для запи-тывания точки соединения эмиттеров входного дифференциального каскада (ТЗ), повышая стабильность, быстродействие, усиление, подавление синфазного сигнала и помех по цепям питания по сравнению с пассивным (резистивным) квазигенератором тока. Генератор стабильного тока также является идеальной коллекторной нагрузкой (Т5) в каскадах усиления напряжения (КУН).

Следует отметить, что при использовании общей ООС параллельного типа база транзистора Т1 входного каскада заземляется, а входной сигнал подается на нижнюю (по схеме) обкладку конденсатора С2 (см. рис. 3.10). В этом случае необходимость в активном ГСТ на транзисторе ТЗ в принципе отпадает, поскольку напряжение в точке соединения эмиттеров дифференциального каскада фиксируется на уровне примерно -0,7 В ввиду отсутствия синфазной составляющей на базах транзисторов Т1 и Т2. Замена ГСТ постоянным резистором в таком случае практически не влияет на динамические свойства каскада.

Два прямосмещенных диода 01, 02 используются в качестве источника опорного напряжения или стабилитрона. Ток через диоды (желательно не менее 1 мА) обеспечивает резистор Я6. Падение напряжения на последовательно соединенных диодах, составляющее примерно 1,34 В, приложено к база-эмиттерному переходу транзистора ТЗ (Т5) и токозадающему резистору ЯЗ (Я7), включенным последовательно. Падение напряжения на эмиттерном переходе Т1 компенсируется смещением на одном из диодов, поэтому напряжение 0,67 В приложено к резистору ЯЗ (Я7), что задает постоянный ток эмиттера ТЗ (Т5) равным примерно 1,3 (6,7) мА. Таким образом, ток коллектора транзистора ГСТ поддерживается на заданном уровне в пределах, определяемых коэффициентом передачи тока транзистора ((3 = /?213) и напряжением на его переходе коллектор-база.

Дифференциальное (динамическое) выходное сопротивление простого ГСТ в определенных пределах напряжения и тока коллектора пропорционально эмиттерному сопротивлению ИЗ ((37). Его значение можно оценить, как статическое сопротивление коллектор-эмиттер в схеме с ОЭ, умноженное на Р. Например, для (33 = =510 Ом ир=100 дифференциальное сопротивление составит примерно 270 кОм, что всего на порядок (в 10 раз) превышает номинал резистивного источника квазипостоянного тока при том же напряжении питания. На практике, при больших значениях эмит-терного сопротивления, дифференциальное выходное сопротивление может быть ниже расчетного, что объясняется наличием внутренней отрицательной обратной связи в транзисторе ГСТ, под влиянием которой происходит понижение дифференциального выходного сопротивления. Однако в схемах КУН альтернативы ГСТ в качестве активного сопротивления нагрузки не существует.

Значение токозадающего эмиттерного резистора 133 ((37) не должно быть менее 50 Ом (при меньшем значении зависимость тока коллектора от токозадающего резистора становится нелинейной). Хотя в ГСТ, реализованных в схеме рис. 3.10, используется прямое падение напряжение на двух диодах, аналогичные схемы ГСТ часто выполняются на большем числе диодов, светодиодах (например, светодиод красного свечения обеспечивает стабильное напряжение около 1,6 В) или стабилитронах, которые используются в качестве источников опорного напряжения. Коэффициент стабилизации таких источников по цепи питания примерно равен значению сопротивления токозадающего резистора (36 (рис. 3.10), деленному на суммарное дифференциальное сопротивление последовательно включенных диодов или стабилитрона (при напряжениях более 3 В). При небольшом рабочем токе, когда дифференциальное сопротивление диодов велико (например, при токе 1 мА оно равно 26 Ом для каждого диода), источник опорного напряжения целесообразно шунтировать электролитическим конденсатором для уменьшения его выходного сопротивления в области звуковых частот, что способствует ослаблению помех от пульсаций в цепях питания и, в ряде случаев, снижению интермодуляционных искажений.

На рис. 3.12 приведен усовершенствованный вариант блока ГСТ для типового УМЗЧ рис. 3.10. Добавление транзисторов в каскод-ном включении и одного диода позволяет повысить дифференциальное выходное сопротивление ГСТ примерно в Р раз, по сравнению с ГСТ на одном транзисторе, что позволяет улучшить динамические и точностные характеристики КУН и усилителя в целом. К каскодной схеме (ОЭ-ОБ) мы еще обратимся не раз.

На рис. 3.13 представлено другое, менее распространенное схемотехническое решение ГСТ, содержащее транзисторы Т1 и Т2, токозадающие резисторы Ж и И2, а также источник опорного напряжения на стабилитроне

При включении питающего напряжения ток начинает протекать через резистор И2, эмиттерный переход транзистора Т1 и токоза-дающий резистор Ж. Когда напряжение на нем достигает порога включения Т2 (примерно 0,67 В), ток коллектора последнего начинает протекать через Я2. Отбор тока из базы Т1 становится пропорциональным падению напряжения на Ж. Если напряжение на резисторе увеличивается, Т2 отбирает больше тока из базы Т1, стабилизируя напряжение на Ж. Если напряжение на резисторе Ж пытается упасть, Т2 отбирает меньше тока из базы Т1, и снова напряжение на Ж поддерживается постоянным. В конечном счете,

падение напряжения на токозадающем резисторе Ж строго стабилизировано по отношению к напряжению база-эмиттер транзистора Т2. Падение напряжения на токоограничивающем резисторе в цепи базы Т2 не оказывает существенного влияния на параметры ГСТ. Ток стабилизации определяется Ж и равен 1,3 мА, как и в предыдущих схемах. Номинал резистора И2 определяется, исходя из рабочего напряжения стабилитрона 01 и тока через транзистор Т2, который примерно равен току через Т1. Стабилитрон 01 можно заменить электролитическим конденсатором емкостью 10…50 мкФ, при этом стабильность ГСТ практически не пострадает, а номинал И2 можно существенно увеличить. Точка А (рис. 3.13) может служить источником опорного напряжения для дополнительных каскадов ГСТ.

Выходное сопротивление и стабильность ГСТ по схеме изображенной на рис. 3.13 выше, чем у типового генератора (см. рис. 3.10), поскольку данный ГСТ представляет собой каскад по схеме с общей базой (ОБ), охваченный 100%-ой ООС по току. Основной недостаток данного ГСТ — сдвиг фазы между током и напряжением на коллекторе Т1, что делает нежелательным использование ГСТ при больших синфазных сигналах и в схемах КУН. Дело в том, что всякое изменение напряжения на коллекторе Т1 через внутреннюю обратную связь транзистора Т1 (до 0,5%, в зависимости от типа биполярного транзистора) и емкость перехода коллектор-база (на высоких частотах) приводит к изменению напряжения на его базе, которое с некоторым запаздыванием отслеживается описанным выше регулятором тока на транзисторе Т2. В мощном усилителе с коэффициентом передачи 20…30 В/В максимальное синфазное напряжение в точке соединения эмиттеров входного каскада составит 1…2 В, и данным эффектом можно пренебречь, но в высоковольтном усилительном каскаде он приводит к ухудшению динамических параметров и устойчивости УМЗЧ в целом, а также к росту интермодуляционных и дифференциально-фазовых искажений. В каскодной схеме ГСТ (см. рис. 3.12) паразитная обратная связь блокирована, а емкостная связь значительно ослаблена, поэтому изменение напряжения на коллекторе верхнего (по схеме) транзистора в конечном счете не приводит к изменению тока через нижний транзистор, который является токозадающим элементом всего ГСТ. Для стабильности последнего важно, чтобы на токозадающем транзисторе рассеивалась постоянная мощность.

Следует отметить, что высоким статическим выходным сопротивлением и хорошей линейностью обладают ГСТ на основе полевых транзисторов (ПТ), как с р-п-переходом, так и с изолированным затвором, у которых принципиально отсутствует внутренняя обратная связь по току. Такие свойства ПТ объясняются их вольт-амперной характеристикой (ВАХ): график изменения тока стока от напряжения на нем практически горизонтален в большом диапазоне напряжений (пример зависимости показан на рис. 3.14), чего нельзя сказать о ВАХ биполярного транзистора (см. рис. 3.15).

Дифференциальное (динамическое) выходное сопротивление ГСТ на полевом транзисторе ниже, поскольку крутизна ПТ существенно меньше, чем крутизна биполярных транзисторов. Но при токах стока менее 0,2 мА крутизна полевых транзисторов превосходит крутизну биполярных, поэтому в схемах интегральных ОУ получили распространение слаботочные ГСТ на основе специализированных полевых транзисторов, называемые пинч-резисторами. Большой производственный разброс параметров ПТ и не очень высокое дифференциальное выходное сопротивление, присущее ГСТ на полевых транзисторах, ограничивает их применение. Но если разброс тока не столь критичен, как например в параметрических стабилизаторах напряжения (не образцового класса), то на основе полевого транзистора с начальным током 7…20 мА (хорошо подходит КП302А) можно реализовать довольно приличный ГСТ для стабилитрона, повысив коэффициент стабилизации на порядок по сравнению с обычной схемой с балластным резистором, без увеличения количества элементов.

Уважаемые посетители если Вы ищете работу в Киеве. Или другом любом городе Украины. Советую воспользоватся услугами сайта Дом Кадров (www.domkadrov.ua). На сайте вы легко сможете найти работу, создать резюме, или если Вы работодатель то так же легко сможете найти себе сотрудников. Продуманная форма поиска вакансий поможет Вам подобрать себе вакансию.

Комментарии запрещены.

Реклама