Источники тока на биполярных транзисторах

Новосибирский Государственный Технический Университет

Лабораторная работа №1

Источники тока на биполярных транзисторах

Факультет: АВТ

Группа: АИ-42

Студенты:      Шантанов С. П., Попов С.Ф.

Проверил:      Квеглис С.В.

Вариант: 2

Новосибирск 2006

Цели работы:

1.         Исследовать характеристики источников тока на биполярных транзисторах и на операционном усилителе.

2.         Научиться в среде моделирования B2 Spice Workshop выполнять анализ поведения схемы на постоянном токе, параметрический анализ.

1. Исследование зависимости выходного тока и напряжения U_БЭ транзистора от температуры окружающей среды.

Рис. 1 Результаты параметрического анализа (зависимость выходного тока от температуры)

Как видно из графика, с точки зрения температурной стабильности данный источник тока довольно посредственен: при изменении температуры от +00°С до +60°С ток изменяется на 39 мкА, при начальном токе 0,986 мА, т.е. изменение составляет

                                         

Это изменение линейно, поэтому для описания температурной погрешности удобно использовать температурный коэффициент тока:

                         

Зная температурный коэффициент, определяем изменение величины с температурой:

                                                                                           

Например, при изменении температуры от 0°С до 60°С ток изменится на

Зная номинальное значение тока можно перейти от относительной погрешности к абсолютной:

            2. Определение диапазона допустимых значений сопротивления нагрузки. Для этого диапазона исследование зависимости выходного тока и напряжения UКЭ транзистора от сопротивления нагрузки.

Рис. 2 Результаты параметрического анализа (зависимость выходного тока от сопротивления нагрузки)

Идеальный источник тока имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление, благодаря чему, какую бы нагрузку к нему не подключали, его выходной ток остается неизменным. Определим, насколько хорошо данная схема приближается к идеальному источнику тока. Для этого в укажем в качестве изменяемого параметра сопротивление нагрузки R2. Этот параметр будет изменяться от 100 Ом до 8100 Ом с шагом 500Ом. В результате моделирования видим, что выходной ток рассматриваемой схемы источника тока слегка изменяется при изменении сопротивления нагрузки.

При рабочем токе 1,0мА получаем максимально допустимое сопротивление нагрузки: .

Рис. 3 Результаты параметрического анализа (зависимость выходного тока и напряжения на транзисторе от сопротивления нагрузки при изменении R2 до 30кОм)

Рис. 4 Исследование зависимости выходного тока от нестабильности источника питания.

К=(0,002/1,002)/10=0,2*10^-3

3. Улучшенный источник тока на биполярных транзисторах

На рисунке 5 приведена схема, в которой опорное напряжение на базу транзистора Q1 подается переход база-эмиттер вспомогательного транзистра Q2. При этом:

                                                               

Выходной ток источника тока:

                 

Поскольку , получаем:

                                                                                            

Таким образом, в этой схеме отсутствует погрешность, обусловленная температурным дрейфом напряжения  транзистора.

Рисунок 5. Источник тока с улучшенной температурной характеристикой

            4 . Выполнение исследования зависимости выходного тока источника от температуры окружающей среды.

Рис. 6 Результаты параметрического анализа (зависимость выходного тока от температуры)

Как видно из графика, при изменении температуры от +00°С до +60°С ток изменяется на 4 мкА, при начальном токе 2,733 мА, т.е. изменение составляет

                                    

Это изменение линейно, поэтому для описания температурной погрешности удобно использовать температурный коэффициент тока:

  (4)           

5. Внутреннее сопротивление источника тока для допустимых значений сопротивления нагрузки.

Рис. 7 Результаты параметрического анализа (зависимость выходного тока и напряжения на транзисторе от сопротивления нагрузки при изменении R2 до 5кОм)

Допустимое значение сопротивления нагрузки R2= 3,1 кОм.

Рис. 8 Исследование нестабильности источника тока (минимальное значение V1 = 4В).

К=((2,737-2,699)/2,699)/(14-6)=0,0176 – коэффициент нестабильности

6 Внутреннее сопротивление источника тока (по данным п.2.3 для допустимых значений сопротивления нагрузки).

По данным в п. 2.3 сопротивления транзистора получили равными:

r₁=1.5kOm

r₂=3.1kOm

i₁=2.735mA

i₂=2.732mA

рассчитаем по закону Ома для замкнутой цепи:

r= i2*R2-i1*R1/i2-i1= 1,46 MOm

Получили r_вн=1.46 MOm

Вывод: Исследовали схемы CurrSource1.ckt и CurrSource2.ckt. В результате вычислили зависимости токов и напряжений от температур и сопротивлений нагрузки. Установили максимально допустимое сопротивление нагрузки, а также напряжение стабилизации, при котором ток стабилизирован. Пронаблюдали поведение тока при напряжении меньшем, чем U стабилизации, а также при изменении нагрузки и при превышении ее допустимого значения. Ток при этом уменьшается.