ГЕНЕРАТОРЫ СТАБИЛЬНОГО МИКРОТОКА НА КРЕМНИЕВЫХ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

May 17, 2010 by admin Комментировать »

А.Аристов

Генераторы стабильного постоянного тока все чаще при­меняются в радиолюбительских конструкциях. Разра­ботано немало подобных генераторов, но в режиме мик­ротоков (от сотен до долей микроампера) обычно исполь­зуют лишь известный генератор стабильного тока на полевом транзисторе. Его большая популярность объ­ясняется тем, что является двухполюсником и может быть без особых сложностей введен в любую цепь. Одна­ко параметры такого генератора не всегда удовлетво­ряют конструктора и, кроме того, полевые транзисторы стоят намного дороже биполярных.

Вот почему члены радиокружка клуба юных техни­ков Первоуральского новотрубного завода, которым ру­ководит автор, решили испытать в режиме микротоков некоторые генераторы на кремниевых биполярных мало­мощных транзисторах. Результаты первых опытов были настолько обнадеживающими, что было предпринято специальное исследование, в ходе которого пришлось испытать многие известные устройства на одном или двух транзисторах, а также их варианты. Испытанные генераторы надежно работали при токах до долей мик­роампера и обладали несколько лучшими параметрами по сравнению с генератором на полевом транзисторе. В настоящей статье описываются лишь некоторые из испытанных генераторов.

clip_image002 


Рис. 1. Схема генератора ста­бильного микротока на полевом транзисторе

clip_image004

Рис. 2. Схема генератора ста­бильного микротока с двупо-лярным источником питания

Прежде всего были измерены параметры генератора стабильного тока на полевом транзисторе, собранном по схеме на рис. 1. На этой схеме, как и на последую­щих, указаны динамическое выходное сопротивление (Rд), а также минимальное напряжение (UMmH), при ко­тором генератор еще сохраняет работоспособность. Под этим напряжением следует понимать разность между напряжением питания и падением напряжения на на­грузке. Ток через нагрузку (RH) во всех генераторах ра­вен 5 мкА. Динамическое выходное сопротивление опре­делялось как частное от деления изменения (в неболь­ших пределах) напряжения питания на изменение тока нагрузки (в роли нагрузки использовался микроампер­метр М273 с током полного отклонения стрелки 6 мкА).

Полевой транзистор взят с начальным током стока 0,9 мА, напряжением отсечки 0,8 В и крутизной харак­теристики 1,1 мА/В. Биполярные транзисторы во всех последующих устройствах выбраны со статическим коэффициентом передачи тока, измеренным при фикси­рованном токе коллектора 1 мА, равным 100.

clip_image006 


Рис. 3. Схема гене­ратора стабильно­го микротока с однополярным источником пита­ния

clip_image008

Рис. 4. Схема про­стого генератора стабильного мик­ротока

clip_image010

Рис. 5. Схема гене­ратора стабильно­го микротока на эмиттерном повто­рителе

Среди генераторов стабильного тока (как выясни­лось, и микротока тоже), собранных на биполярных транзисторах, наилучшие параметры оказались у гене­ратора, схема которого приведена на рис. 2. Стабиль­ность его выходного тока (через нагрузку RH) почти целиком зависит от стабильности напряжения питания U1 и может быть достаточно высокой. Небольшое влия­ние температурной нестабильности напряжения на эмит-терном переходе (Uбэ) уменьшается при увеличении указанного напряжения питания. Динамическое выход­ное сопротивление генератора настолько велико, что удалось определить только гарантированную нижнюю границу его, реальное значение может быть в десятки раз больше.

Двуполярное питание описанного генератора можно создать искусственно (рис. 3) с помощью делителя на­пряжения R1R2. Правда, при этом несколько увеличи­вается напряжение Uмин, приблизительно до значения падения напряжения на резисторе R2. В ряде случаев этот резистор выгодно заменить стабилитроном, напри­мер, при нестабильном напряжении питания.

Генератор, собранный по схеме на рис. 4, несколько проще, но обладает недостатками. Главный из них — значительная нестабильность выходного тока от темпе­ратуры. При ее увеличении на 1 °С ток через нагрузку возрастает примерно на 2 %. Однако этот недостаток превращается в достоинство, если генератор используют как датчик температуры или элемент термокомпенсации. Кроме того, на практике встречаются случаи, когда на первый план выдвигается требование простоты схемы и приемлема даже такая нестабильность. К недостаткам можно отнести и трудность приобретения резистора R1 с большим сопротивлением.

Генератором стабильного тока может стать эмиттер-ный повторитель на кремниевом транзисторе (рис. 5), причем транзистор одновременно способен выполнять функции повторителя напряжения, усилителя мощности, инвертора фазы и другие. Ток нагрузки здесь является -суммой двух составляющих: тока через резистор R2 и тока базы транзистора. Первая составляющая стабиль­на благодаря тому, что напряжение на резисторе R2 стабилизировано на уровне примерно 0,6 В подключен­ным параллельно ему эмиттерным переходом кремние­вого транзистора. Нестабильность создает значительно меньшая по значению вторая составляющая, поскольку базовый ток изменяется при изменении напряжения на нагрузке.

clip_image012 


Рис. 6. Схема генератора ста­бильного микротока с термо­компенсацией

clip_image014

Рис. 7. Схема ждущего мульти­вибратора с генератором ста­бильного микротока

Измерения температурной нестабильности тока на­грузки показали, что увеличение температуры на 1°С уменьшает ток нагрузки примерно на 0,3 %. Именно такое значение имеет температурная нестабильность на­пряжения на эмиттерном переходе транзистора.

Генератор стабильного микротока, построенный по схеме рис. 6, отличается от предыдущего тем, что вместо резистора R1 установлен дополнительный генератор стабильного тока на транзисторе VT1. Очевидным след­ствием такой замены является, во-первых, резкое воз­растание выходного динамического сопротивления. Кро­ме того, генератор позволяет добиться высокой темпе­ратурной стабильности тока нагрузки благодаря тому, что нагрев транзистора VT2 приводит к уменьшению этого тока, а нагрев VT1 — к увеличению. Подбором ре­зистора R2 можно добиться почти полной термокомпен­сации тока нагрузки.

Для иллюстрации возможностей генератора стабиль­ного микротока на основе эмиттерного повторителя слу­жит ждущий мультивибратор (одновибратор), собран­ный по схеме на рис. 7. В нем генератор выполняет роли усилителя, инвертора и элемента зарядки времязадаю-щего конденсатора С2. Благодаря генератору удалось получить заданную длительность выходного импульса (1 мс) при относительно небольшой емкости конденса­тора С2. Длительность импульса прямо пропорциональ­на номиналам деталей R2, С2 и напряжению источника питания.

Разработан ждущий мультивибратор для того, чтобы удовлетворить потребность нашего радиокружка в эко­номичном импульсном устройстве, не потребляющем энергию в паузах между импульсами, надежном и ста­бильном в работе, чувствительном, простом по схеме, допускающем плавную регулировку (изменением сопротивления резистора R2) длительности выходного им­пульса в широком диапазоне, способном работать на мощную нагрузку или при низком напряжении питания.

Мощность входного импульса может быть неболь­шой, но достаточной для приоткрывания транзистора VT2 настолько, чтобы приоткрылся транзистор VTL Тогда последует лавинообразный процесс насыщения транзистора VT2, и напряжение на. выходе мультивибра­тора упадет практически до нуля. Конденсатор С2 нач­нет линейно заряжаться, а ток коллектора транзистора VT1 линейно уменьшаться, пока не станет настолько ма­лым, что транзистор VT2 начнет закрываться. В этот момент произойдет лавинообразный процесс закрывания обоих транзисторов, а затем разрядка конденсатора С2 через резисторы Rl, R2, R4. Время восстановления со­ставляет не более половины длительности выходного импульса, передний фронт которого весьма крутой, а задний немного затянут (около 2 мкс).

Ждущий мультивибратор способен работать, напри­мер, на лампу накаливания, но для этого нужно умень­шить сопротивление резистора R1 пропорционально уменьшению сопротивления нагрузки.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты