16.4.2. ПОЛУЧЕНИЕ МАЛЫХ ОПОРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Стабилитроны могут использоваться для получения опорных напряжений не ниже 2,5 В. Более низких напряжений достигают, включая последовательно в прямом направлении несколько кремниевых диодов. При трех диодах получается напряжение с температурным коэффициентом около — что соответствует величине Хорошие результаты достигаются при использовании светодиодов, причем прямое падение напряжения на них в зависимости от цвета свечения имеет следующие значения:

Температурный коэффициент напряжения светодиодов составляет около что соответствует величине Кроме того, они обладают существенно более низким дифференциальным сопротивлением, что наглядно видно из сравнения характеристик диодов, приведенных на рис. 16.26.

Полевой транзистор как источник опорного напряжения

Температурный коэффициент напряжения затвор-исток полевого транзистора при больших токах стока положителен, а при малых отрицателен. При некотором среднем значении тока стока он проходит через нуль (рис. 5.16). При этом токе полевой транзистор можно использовать в качестве источника опорного напряжения. Как показано на рис. 16.27, при помощи токовой обратной связи можно получить желаемую величину напряжения затвор-исток, которая и используется как опорное напряжение. Величину определим, исходя из передаточной характеристики

Рис. 16.26. Характеристики прямого включения диодов. 1 - кремниевый диод; 2 два последовательно включенных кремниевых диода; 3 - светодиод красного свечения; 4 - при последовательно включенных кремниевых диода; 5 светодиод желтого свечения.

Рис. 16.27. Полевой транзистор в качестве стабилизатора тока.

полевого транзистора:

и соотношения при этом для величины получим

Биполярный транзистор как источник опорного напряжения

В принципе напряжение база эмиттер биполярного транзистора тоже можно использовать в качестве опорного напряжения. Температурный коэффициент напряжения составляет обычно около — что соответствует величине — т.е. достаточно большой. Он может быть уменьшен, если это напряжение суммировать с другим напряжением, имеющим положительный температурный коэффициент. Практически такое напряжение получают как разность напряжений база-эмиттер двух транзисторов, которые работают при различных токах коллектора. В схеме на рис. 16.28 для этих целей служат транзисторы

Транзистор Ту используется в качестве диода. Его коллекторный ток составляет

Транзистор охвачен отрицательной обратной связью по напряжению, осуществляемой с помощью резистора На коллекторе транзистора так же как и на коллекторе транзистора устанавливается потенциал 0,6 В. Ток коллектора транзистора составляет

Соотношение коллекторных токов транзисторов Ту и таким образом, не зависит от и составляет

Определим теперь напряжение Оно равно разности напряжений база-эмиттер транзисторов и

Чтобы эта разность была положительной, необходимо выполнение условия: т.е. Допустим, что при этом получим

Температурный коэффициент этого напряжения является положительным и составляет. согласно формуле (16.10),

При комнатной температуре При этом температурный коэффициент напряжения в рассмотренном примере составит около Для получения компенсирующего напряжения с требуемым температурным коэффициентом, составляющим необходимо увеличить величину в 10 раз. Эту задачу выполняет

Рис. 16.28. Источник опорного напряжения на биполярных транзисторах. Выходное напряжение Параметры схемы

транзистор в цепи эмиттера которого находится сопротивление Для получения коэффициента усиления, равного 10, необходимо, чтобы При этом получим с требуемым положительным температурным коэффициентом. За счет отрицательной обратной связи, осуществляемой каскадом на транзисторе выходное напряжение установится равным величине

и почти не будет зависеть от температуры.

Можно показать, что в такой схеме температурный коэффициент напряжения равен нулю, если подобраны так, чтобы выходное напряжение равнялось

где ширина запрещенной зоны для кремния. Поэтому эту величину иногда называют «зонным опорным напряжением».

Для вывода этого соотношения необходимо выражение для температурного коэффициента напряжения база-эмиттер транзистора. Исходя из того, что

где теоретический обратный ток насыщения транзистора. Из уравнения диода [16.3] следует

Подстановка этого выражения в уравнение (16.12) дает следующее соотношение:

Если достигается полная температурная компенсация, то температурный коэффициент напряжения должен иметь такую же величину. Из формулы (16.11) получаем

Сравнение с формулой (16.14) дает выражение

и, следовательно,

Вариант схемы, реализующей рассмотренный принцип, представлен на рис. 16.29. Выходное напряжение операционного усилителя устанавливается таким, что, как и в предыдущей схеме, выполняется условие Разность напряжений база-эмиттер транзисторов снимается с сопротивления усиленной в раз. Опорное напряжение в соответствии с изтоженным составляет

Если подобрать коэффициент таким, что , то температурный коэффициент напряжения будет точно равен нулю. Выходное напряжение

Рис. 16.29. Источник опорного напряжения на биполярных транзисторах с операционным усилителем. Выходное напряжение Параметры схемы

схемы можно варьировать путем изменения коэффициента деления делителя напряжения при постоянном Сопорн.

Обе схемы выпускаются в интегральном исполнении (например, в серии или с той лишь обычно разницей, что коллекторные токи транзисторов устанавливаются равными, а площади p-n-переходов транзисторов относятся друг к другу как