Страница
3
Для получения малых значений часто используют параллельное соединение делителя
и Т VT (рис. 4, б). Здесь напряжение
и, значит, ток через сопротивление
стабильны. Приращение внешнего напряжения приложено к сопротивлению
и изменяет ток базы, влияющий на ток коллектора. Напряжение стабилизации (пренебрегаем током базы) составляет
. Варьируя значениями
и
, можно регулировать величину
. Очевидно, в схеме
, где
(
) – приращение тока (напряжения) ГСН;
– крутизна последнего. Поэтому выходное сопротивление рассматриваемого ГСН равно
и составляет примерно 50…200 Ом.
Вместо диодов в ГСН часто применяют стабилитроны. Они имеют следующие недостатки: конечный набор значений и большой допуск на них (кроме дорогих прецизионных стабилитронов); большой уровень шума; достаточно большое дифференциальное сопротивление; зависимость напряжения
от температуры (например, стабилитрон с
= 27 В из серии 1N5221 производства США имеет коэффициент
= 0,1 % /град).
Рис. 5. Зависимость ТКН Стабилитронов от напряжения стабилизации и рабочего тока |
Исследованиями фирмы Motorola, Inc. установлено, что в окрестности точки = 6 В стабилитроны имеют значительно меньшее, чем при других напряжениях, дифференциальное сопротивление и почти нулевой коэффициент
, который зависит от рабочего тока (рис. 5). Это связано с используемыми в стабилитронах двумя механизмами пробоя: зенеровским (туннельным) при низком и лавинном при высоком напряжении. С учетом отмеченных закономерностей применяют так называемые компенсированные опорные элементы в виде последовательного соединения стабилитрона с напряжением
5,6 В и прямосмещенного диода. Выбирая величину
и рабочий ток, можно компенсировать отрицательный температурный коэффициент диода, равный –2,1 мВ/град. Такой подход использован в производимых фирмой Motorola, Inc. дешевых опорных элементах с напряжением
= 6,2 В, имеющих коэффициент
от 10–4 % /град (1N821) до 5×10–6 % /град (1N829). Указанные значения справедливы при токе
= 7,5 мА. При этом в случае стабилитрона 1N829 приращение тока на 1 мА изменяет напряжение
в три раза сильнее, чем изменение температуры от –55 до +100 оС.
в Рис. 6. Реализация ГСН на ИС |
а б |
Имея компенсированный опорный элемент VD с фиксированным напряжением = 6,2 В, можно построить с помощью буферного операционного усилителя DA1 ГСН на любое требуемое напряжение
(рис. 6, а). Опорный элемент, представляющий последовательное соединение стабилитрона и диода, включается в любой полярности. Необходимый рабочий ток его
= 7,5мА задается сопротивлением
, величина которого, например, при
= 10 В составляет 510 Ом (при этом
= 3,83 кОм и
= 6,19 кОм ). По рассматриваемой схеме строятся так называемые стабилитронные ИС, обеспечивающие
= 30×10–6 % /град. Они, как и их дискретные аналоги, обладают существенным недостатком: имеют высокий уровень шума, который сильнее в стабилитронах с лавинным пробоем (
> 6 В). Для уменьшения шума используют стабилитронную структуру с так называемым захороненным, или подповерхностным, слоем.
В последнее время в ГСН в качестве опорных элементов все шире применяют так называемые стабилитроны с напряжением запрещенной зоны, которые было бы точнее назвать -стабилитронами (рис. 6, б). В них элементы VT1, VT2 и
образуют ТЗ с коэффициентом передачи
< 1. Очевидно,
,
,
=
,
,
,
где ,
,
– напряжения база – эмиттер Т VT1…VT3;