Пауль Хоровиц - Искусство схемотехники. Том 1 [Изд.4-е]

2. Напряжение U БЭ и коэффициент h 21Э зависят от температуры. В связи с этим при изменении температуры окружающей среды возникает дрейф выходного тока. Кроме того, температура перехода изменяется при изменении напряжения на нагрузке (в связи с изменением мощности, рассеиваемой транзистором) и приводит к тому, что источник работает не как идеальный. Изменение напряжения U БЭ в зависимости от температуры окружающей среды можно скомпенсировать с помощью схемы, показанной на рис. 2.23.

Рис. 2.23. Один из методов температурной компенсации источника тока.

В этой схеме падение напряжения между базой и эмиттером транзистора Т 2 компенсируется падением напряжения на эмиттерном переходе Т 1 , который имеет такие же температурные характеристики. Резистор R 3 играет роль нагрузки для Т 1 , необходимой для задания втекающего тока базы транзистора Т 2 .

Улучшение характеристик источника тока.Вообще говоря, изменение напряжения U БЭ , вызванное как влиянием температуры (относительное изменение составляет приблизительно — 2 мВ/°С), так и зависимостью от напряжения U БЭ (эффект Эрли оценивается величиной ΔU БЭ ~= —0,001 ΔU кэ , можно свести к минимуму, если установить напряжение на эмиттере достаточно большим (по крайней мере 1 В), тогда изменение напряжения U БЭ на десятые доли милливольта не приведет к значительному изменению напряжения на эмиттерном резисторе (напомним, что схема поддерживает постоянное напряжение на базе).

Например, если U Э = 0,1 В (т. е. к базе приложено напряжение 0,7 В), то изменение напряжения U бэ на 10 мВ вызывает изменение выходного тока на 10 %, если же U э = 1,0 В, то такое же изменение U бэ вызывает изменение тока на 1 %. Однако, не стоит заходить слишком далеко.

Напомним, что нижняя граница рабочего диапазона определяется напряжением на эмиттере. Если в источнике тока, работающем от источника питания +10 В, напряжение на эмиттере сделать равным +5 В, то диапазон выхода будет равен немного менее 5 В (напряжение на коллекторе может изменяться от U э + 0,2 В до U KK , т. е. от 5,2 до 10 В).

На рис. 2.24 показана схема, которая существенно улучшает характеристики источника тока.

Рис. 2.24. Каскодный источник тока, обладающий повышенной устойчивостью к изменениям напряжения на нагрузке.

Источник тока Т 1 работает, как и прежде, но напряжение на коллекторе фиксируется с помощью эмиттера Т 2 . Ток, текущий в нагрузку, такой же, как и прежде, так как коллекторный (для Т 2 ) и эмиттерный токи приблизительно равны между собой (из-за большого значения h 21Э ). В этой схеме напряжение U КЭ (для Т 1 ) не зависит от напряжения на нагрузке, а это значит, что устранены изменения напряжения U БЭ , обусловленные эффектом Эрли и температурой. Для транзисторов типа 2Ν3565 эта схема дает изменение тока на 0,1 % при изменении напряжения на нагрузке от 0 до 8 В; для того чтобы схема обеспечивала указанную точность, следует использовать стабильные резисторы с допуском 1 %. (Кстати, эту схему используют в высокочастотных усилителях, где она известна под названием «каскод»). В дальнейшем вы познакомитесь со схемами источников тока, в которых используются операционные усилители и обратная связь, и в которых также решена задача устранения влияния изменений U бэ на выходной ток.

Влияние коэффициента h 21Э можно ослабить, если выбрать транзистор с большим значением h 21Э , тогда ток базы будет вносить незначительный вклад в ток эмиттера.

На рис. 2.25 показан еще один источник тока, в котором выходной ток не зависит от напряжения питания. В этой схеме напряжение U БЭ транзистора Т 1 , падая на резисторе R 2 , определяет выходной ток независимо от напряжения U KK

U вых= U БЭ/ R 2.

С помощью резистора R 1 устанавливается смещение транзистора Т 2 и потенциал коллектора Т 1 , причем этот потенциал меньше, чем напряжение U KK , на удвоенную величину падения напряжения на переходе; тем самым уменьшается влияние эффекта Эрли. В этой схеме нет температурной компенсации; напряжение на R 2 уменьшается приблизительно на 2,1 мВ/°С и вызывает соответствующее изменение выходного тока (0,3 %/°С).

Рис. 2.25. Транзисторный источник тока с использованием напряжения U бэ в качестве опорного.

Рассмотрим источник тока, нагрузкой для которого служит резистор (рис. 2.26).

Рис. 2.26.

Напряжение на коллекторе равно

U к= U KK— I кR к

Можно через емкость задать сигнал в цепь базы, тогда напряжение на коллекторе будет изменяться. Рассмотрим пример, представленный на рис. 2.27.

Рис. 2.27. Каскад усиления переменного тока с общим эмиттером с отрицательной обратной связью в цепи эмиттера. Обратите внимание, что выходной сигнал снимается с коллектора, а не с эмиттера.

Конденсатор С выбран так, что фильтр высоких частот, образованный этим конденсатором и последовательно соединенными с ним резисторами смещения базы, пропускает все нужные частоты (резисторы в цепи базы обычно выбирают так, чтобы импеданс со стороны базы, т. е. входное сопротивление транзистора, был гораздо больше и им можно было пренебречь).

Иначе говоря,

С>= 1/2π f( R 1|| R 2)

Благодаря напряжению смещения, приложенному к базе, и наличию эмиттерного резистора сопротивлением 1,0 кОм ток покоя коллектора составляет 1,0 мА. Этот ток создает на коллекторе напряжение +10 В (+20 В минус падение напряжения на сопротивлении 10 кОм при протекании тока 1,0 мА). Допустим теперь, что на базу подан сигнал u Б . Напряжение на эмиттере повторяет изменение напряжения на базе u э— u Б и вызывает изменение эмиттерного тока:

i э= u э/ R э= u Б/ R э

и приблизительно такое же изменение коллекторного тока (транзистор имеет большой коэффициент h 21Э ). Итак, первоначальное изменение напряжения на базе вызывает изменение коллекторного напряжения: