Синтезирование и исследования генератора стабильного тока (ГСТ) на транзисторах

Страницы работы

10 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Цель работы: синтезировать и провести исследования генератора стабильного тока (ГСТ) на транзисторах.

Теоретические сведения. Распространенными представителями ГСТ являются отражатели тока (токовые зеркала), получившие широкое применение в аналоговых микросхемах. Отражателем тока называется устройство, ток которого, протекая в одной ветви цепи, точно воспроизводится в другой независимо от параметров последней.

Стабильный, не зависящий от параметров цепи, ток может обеспечить только идеальный генератор тока с бесконечно большим динамическим выходным сопротивлением, ВАХ которого параллельна оси напряжения. ВАХ неидеального генератора тока, например ГСТ, несколько отличается от идеальной, а его динамическое выходное сопротивление хотя и очень большое (десятки-сотни мегаом), но не равно бесконечности.

На практике в микросхемах для реализации ГСТ используют не один, а два и более транзисторов, параметры которых практически идентичны.

Известны две основные схемные реализации ГСТ в микросхемах: источники тока и токоотводы. Поскольку транзисторные ГСТ, являясь своеобразными вторичными источниками питания, в идеале должны обладать бесконечно большими выходными сопротивлениями, то их выходной транзистор всегда подключается к нагрузке коллектором или стоком. Другое подключение выходного транзистора к нагрузке не обеспечивает большого выходного сопротивления ГСТ. Т.о. ГСТ, реализованный на р-п-р или с р-каналом транзисторах, подключается к выводу «плюс» источника питания, а нагрузка, которая последовательно соединяется с ГСТ, - к выводу «минус». При таком последовательном соединении источника питания, ГСТ и нагрузки получается, что ГСТ задает ток нагрузке, являясь источником тока. ГСТ, реализованный на п-р-п или с п-каналом транзисторах, должен подключаться к выводу «минус» источника питания, а нагрузка – к выводу «плюс». В результате ГСТ как бы отводит стабильный ток от нагрузки. Отсюда такое название – токоотвод.

Т.к. основными транзисторами современных микросхем являются транзисторы п-р-п типа, то в микросхемах чаще всего находят применение не источники тока, а токоотводы.

В микросхемах часто применяют токоотводы с резисторным смещением (рис 1).

Для этой схемы выполняется равенство   

В зависимости от рабочих токов сопротивления резисторов R1 и RЭ выбираются в пределах от сотен ом до десятков килоом и увязываются с падением напряжений на эмиттерных переходах транзисторов. Пренебрегая током базы транзистора VT2 IБ2, можно записать , . При равенстве сопротивлений резисторов и идентичных параметрах транзисторов наблюдается равенство токов I0=I1. Т.о. выходной ток I0 повторяет (отражает) входной ток I1.

, где φТ – температурный потенциал (φТ=Т/11600), m – коэффициент. Из полученного выражения находят соотношение токов:

Можно получить отношение токов d≈0,1÷0,9.

Динамическое выходное сопротивление (ДВС) такого токоотвода определяют по формуле:

, где Dб=h11бh22б-h12бh21б; с учетом параметров схемы Rб=h11б, h21б=-1. Тогда формула для ДВС принимает вид:

Средние значения h-параметров интегрального транзистора для схемы с общей базой имеют следующие значения: h11б=30 Ом, h22б=3*10-7 См, h12б=3*10-4.

Исходные данные:

1. генератор стабильного тока на двух транзисторах с отрицательной обратной связью(ООС) по току (через резисторы);

2. фиксированный ток I0=4 мА;

3. транзисторы КТ361Б, КТ361Г, КТ361Е;

4. напряжение питания Еп1=10 В.

Расчеты.

Пусть схема реализована на транзисторах КТ361А.

1.  Для данной схемы ГСТ можно записать равенство

Пренебрегая током базы транзистора VT2 , величина которого пренебрежимо мала по сравнению с величиной задающего тока I1 и величиной выходного тока I0, можно принять, что ,. Тогда

Транзисторы КТ361Б, КТ361Г кремниевые, поэтому для них можно принять UБЭ1=UБЭ2=0,7 В. Значит

Из данного равенства отношение токов равно

Для данной схемы ГСТ можно получить отношение токов d≈0,1÷0,9. Пусть d=0,8. Тогда величина задающего тока I1=I0/0,8=5 мА.

Для цепи транзистора VT1 можно записать равенство

Отсюда

Пусть R1=R2=0,93 кОм. По ряду стандартных значений сопротивлений выбираем R1=R2=1 кОм.

Учитывая равенство , можно найти сопротивление резистора RЭ:

По ряду стандартных значений сопротивлений выбираем RЭ=1,5 кОм.

Тогда в пересчете величины задающего и выходного токов равны соответственно

Для цепи транзистора VT2 можно записать соотношение

Напряжение стабилизации Еп2 по значению может отличаться от напряжения питания Еп1, поскольку нагрузкой ГСТ часто являются другие каскады, например каскады дифференциальных усилителей, поэтому цепи транзисторов VT1 и VT2 необходимо стабилизировать отдельно. Предположим, что Еп2=10 В, тогда UКЭ2≈4,4 В.

Для транзисторов КТ361А при комнатной температуре статический коэффициент передачи тока h21Э=20÷90. Пусть h21Э=80, тогда

Итак, соотношение выходного тока I0  и задающего тока I1 составляет .

Оцениваем ДВС токоотвода:

Т.о. получили очень большое значение ДВС, что соответствует назначению ГСТ. На практике ДВС токоотвода не может быть таким большим, оно достигает нескольких десятков килоом.

2. В пункте 1 рассматривался случай, когда оба транзистора VT1 и VT2 работают при комнатной температуре.

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Отчеты по лабораторным работам
Размер файла:
126 Kb
Скачали:
0