Синтезированный низковольтный источник опорного напряжения

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Один из методов, применяемых иногда для получения опорного напря­жения ниже того, что может дать стабилитрон, состоит в использовании обыкновенных кремниевых диодов в режиме прямой проводимости. Та­ким способом на каждом диоде получается около 0,6 В. Для получения опорного напряжения 2,5 В требуется последовательное соединение че­тырех диодов. Этот метод не очень хорош, потому что дает плохую ста­билизацию, высокое динамическое сопротивление и не очень хорошую воспроизводимость. Возможно поэтому кажется удивительным, что один из лучших низковольтных источников опорного напряжения получен с использованием прямой проводимости /?л-перехода.

Давно известно, что зависимость между напряжением база-эмиттер и током коллектора в транзисторах точно предсказуема, и что два транзи­стора в несбалансированной схеме дифференциального усилителя мож­но сделать так, чтобы получить ток, пропорциональный абсолютной температуре (полезное свойство для создания электронных термомет­ров). Желаемый результат наблюдается в том случае, когда стабилизиро­ваны коллекторные токи усилительных каскадов, а когда это условие вы­полнено, то напряжение база-эмиттер третьего транзистора (также работающего с постоянным током коллектора) складывается с разно­стным напряжением база-эмиттер каскадов дифференциального усилите­ля с тем, чтобы получить напряжение, независящее от температуры.

Другими словами, имеется некоторый способ суммирования падения на­пряжений база-эмиттер, чтобы получить опорное напряжение, имеющее нулевой температурный коэффициент. Это происходит при напряжении 1.205 В, соответствующем энергии запрещенной зоны кремния.

Следует принять во внимание, что достижение нулевого температур­ного коэффициента, и других желаемых свойств источника опорного на­пряжения, невозможно было достичь, применяя дискретные элементы. Только при изготовлении интегральной схемы, обладающей хорошей тепловой связью между элементами и превосходной повторяемостью ха­рактеристик, можно успешно реализовать достижения теории в «желе­зе». В результате имеем новый ряд устройств, обладающих исключитель­но низким температурным коэффициентом до уровня 1 В, которые могут использоваться гораздо успешнее, чем обычные стабилитроны, ра­ботающие в диапазоне 6,2 — 8,5 В. А поскольку здесь отсутствует явле­ние пробоя, то создаваемый шум очень низок.

Принципиальная схема интегрального источника опорного напряже­ния ЬМИЪ показана на рис. 14.6. Транзисторы QI и Q2 образуют несбалан­сированный дифференциальный усилитель. Напряжение, пропорциональ­ное разности напряжений база-эмиттер этих транзисторов, появляется на резисторе R4, К этому дифференциальному напряжению добавляется на­пряжение база-эмиттер транзистора Q4 для того, чтобы получить нулевой температурный коэффициент, как было описано выше. Транзисторы Q3, Q5 и Q7 (схема токового зеркала) представляют собой нагрузку для тока тран­зистора Q4. Остальные транзисторы используются как выходные буферы и для формирования низкого динамического сопротивления.

Рис. 14.6. Принципиальная схема ИС Z/M113, прецизионного 1,2-вольтового источника опорного напряжения. Несмотря на то, что это относительно простая ИС, очевидно, что было бы неправильно пы­таться воспроизвести ее с использованием дискретных компонент. National Semiconductor Corp.

clip_image002

Характеристики микросхемы ЬМНЪ приведены на рис. 14.7. Обрати­те внимание на почти вертикальный ход в области «пробоя», из чего следует низкое динамическое сопротивление. Аналогия с характеристи­ками, вызванными явлениями пробоя совершенно удивительная, хотя используется только активная область работы транзисторов. Действи­тельно, ближайший по напряжению обычный стабилитрон с напряжени­ем 2,4 В хуже во всех отношениях в качестве источника опорного на­пряжения. Температурная характеристика подтверждает обоснованность использования в ИС элементов с температурными коэффициентами про­тивоположных знаков, чтобы получить почти нулевой температурный коэффициент в широком интервале температур.

clip_image004

Рис. 14.7. Характеристики источника опорного напряжения с ИС Z/M113. Выходное опорное напряжение становится очень стабильным при прямых токах более 1мА. Обратите внимание на растянутую шкалу напряжения, использованную для иллюстрации влияния температуры. National Semiconductor Corp.

Стабилизатор с выходным напряжением 2 В, использующий И С 1Ш\Ъ как «диод», показан на рис. 14.8. ИС ЬМИЪ запитывается источ-

НИКОМ тока на полевом транзисторе и служит источником опорного на­пряжения для линейного стабилизатора, выполненного с применением операционного усилителя jLAflOS и транзистора 27V2905 в качестве допол­нительного усилителя. Как показано, эта схема будет работать даже при входном напряжении 3 В.

clip_image006

Рис. 14.8. Стабилизатор с выходным напряжением 2 В, исполь­зующий синтезированный источник опорного напряжение на ИС ЬМ\\Ъ. Как будет показано в главе 20, этот источник опорного на­пряжения особенно подходит для низковольтных источников пита­ния. Хотя эта ИС представляет собой сложную схему, обычно она изображается как простой стабилитрон.

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