Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 [ 71 ] 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

Электрическая схема, чувствительная к температуре, состоит из транзисторов q4, Qe и Q, и стабилитрона Dj. Последний реализован на транзисторе в диодном включении с напряжением пво-боя эмиттер - база 6,3 В. Принимая Vbe = 0,65 В для Qg и Q получаем суммарное напряжение на Ry R Vz~ 2Vbe == = 6,3 - 2-0,65 = 5,0 В. Соответствующий этому напряжению ток через R и R равен 5,0 В/12,2 кОм = 0,41 мА. Этот ток вызовет падение напряжения на R, равное 410 мВ, при 25 °С Отсюда следует, что при комнатной температуре (25 °С) напряжения между базой и эмиттером транзистора q4 будет недостаточно для включения Qt.

Транзистор Q - многоколлекторный р/гр-транзистор. Его конструкция такова, что отношение коллекторных токов равно 0,3; поэтому, когда ток 410 мкА вытекает из второго коллектора, через первый коллектор протекает ток 120 мкА. Этот ток управляет базой Qa- Этого достаточно, чтобы ток коллектора Qi был относительно велик. Поскольку этот ток может стать порядка 600 мА или даже 1 А, при конструировании схемы предусматривается ограничение тока. Ограничение тока реализуется транзистором Qg и ограничивающим резистором с сопротивлением 4,2 Ом. Когда падение напряжения на этом резисторе приближается к 600 мВ, Qg открывается и отбирает с базы транзистора Qa все большую часть коллекторного тока 120 мкА, поступающего с q7. Этот механизм ограничивает ток через Qj примерно до 140 мА.

Если схема начинает работать при 25 °С, первоначальный ток через Qi составит 140 мА. При напряжении питания 15 В рассеиваемая мощность равна 2,1 Вт. Тепловое сопротивление данной ИС с экраном из полисульфона равно ~220 °С/Вт. Следовательно, протекание этого тока в течение некоторого временн вызвало бы значительное повышение температуры.

По мере повышения температуры усиливается падение напряжения на /?2 из-за положительного температурного коэффициента стабилитрона ~3 мВ/°С и отрицательного температурного коэффициента р/г-перехода между базой и эмиттером транзисторов Qe и q7, порядка -2,3 мВ/°С для каждого. Из анализа работы делителя напряжений на R и R следует, что напряжение на R-i повышается со скоростью, равной (3 мВ/°С -f 4,6 мВ/°С) X X (1 кОм/12,2 кОм) = 0,62 мВ/°С. Одновременно напряжение между базой и эмиттером, которое требуется для включения Qj, уменьшается со скоростью около 2,3 мВ/°С. При 25 °С напряжение на R-i, было 410 мВ, а необходимое для включения q4 напряжение при этой температуре составляет ~600 мВ, поэтому повышение температуры, которое требуется для включения q4, будет равно

ЛГ = (600 - 410) мВ/(0,62 -f 2,3) мВ/°С =

= 190 мВ/2,92 мВ/°С = 65 °С. (3.145)



Отсюда следует, что включения q4 надо ожидать при ~90 °С. И действительно, ток через при повышении температуры начинает расти. Это все сильнее изменяет напряжение на базе Q, уменьшая ток через Qi и таким образом уменьшая рассеиваемую мощность в кристалле. Скорость роста температуры кристалла соответственно падает и температура приближается к равновесному значению ~90 °С. Таким образом, схе.ма тепловой стабилизации включает цепь электротепловой обратной связи, которая воспринимает температуру кристалла и управляет рассеянием мощности в кристалле, приводя температуру кристалла к нужному значению.

Транзисторы Qg и Qg вместе с диодом служат для обеспечения начального смещения схемы температурной стабилизации. Как только диод Dy смещается до напряжения пробоя Vz, напряжение на Qg становится равным нулю и Qg выключается, тем самым отключая схему смещения от остальной части схемы тепловой стабилизации. После этого ток через будет обеспечиваться многоколлекторным р/гр-транзистором q5. Ток через Qg управляется диодом Di, транзисторами Q, Q, и резнсторагии Ri и поэтому практически не зависит от напряжения питания. Следовательно, эта схема «самосмещающаяся», так что изменения в напряжении питания фактически не влияют на систему контроля температуры кристалла и на опорное напряжение.

Начальный ток при включении схемы тепловой стабилизации равен 140 мА при 25 °С. По мере приближения к температуре стабилизации 90 °С этот ток уменьшается. Поскольку температура поднимается на 65 °С и тепловое сопротивление равно 220 °С/Вт, рассеяние мощности в кристалле в устойчивом состоянии составит 65 °С/(200 Вт/"С) = 300 мВт. Если для схемы стабилизации используется напряжение питания 15 В, то соответствующий ток составит .~20 мА.

Вследствие малой массы и большого теплового сопротивления ИС серии LM199 разогреваются очень быстро. Если схема начинает работать при 25 "С с напряжением питания 30 В, то время разогрева, за которое напряжение стабилизатора достигает 0,05 % номинального рабочего напряжения 6,95 В, равно всего 3 с.

Схема источника спорного напряжения (рис. 3.36, б) включает температурно-скомпенсированный стабилитрон в качестве основного источника опорного напряжения. Положительный температурный коэффициент стабилитрона Dg компенсируется отрицательным температурным коэффициентом перехода между базой н эмиттером транзистора (?,з. Опорное напряжение, складывающееся из падения напряжения на стабилитроне (6,3 В) и напряжения между базой и эмиттером транзистора Qi (0,65 В), фиксируется на внешних выводах источника в виде суммарного сред-"го напряжения 6,95 В (минимальное 6,8, максимальное 7,1 В).



220 Глава 3

Большая часть тока источника идет не через Dg и Qg, а скорее через Qii. Любое изменение выходного напряжения вызовет соответствующее изменение напряжения Ve транзистора Qg. Транзистор Qi4 служит активной нагрузкой источника тока для Q и, таким образом, изменение коллекторного тока Qs вызовет равное изменение базового тока Q,2- Это изменение базового тока умноженное на коэффициент усиления по току для Q, изменяет ток базы транзистора Q, где оно еще раз умножается на коэффициент усиления по току. Таким образом, любые изменения выход-

(3) (1)

• Опорный диод 6,95 В (Среднее)

Рис. 3.37. Функциональная схема источника опорного . напряжения с термостаби-

(4, (2) лизацией.

ного напряжения сказываются главным образом на изменениях тока через Q. Вследствие высокого коэффициента усиления транзистора Qig и усиления по току транзисторов Qj и Qn скорость изменения выходного тока в зависимости от выходного напряжения, dIo/dVo, представляющая собой динамическую выходную проводимость, будет относительно велика. Большая динамическая выходная проводимость go означает, что у источника малое динамическое выходное сопротивление Гд. По техническим условиям приборов серии LM199 среднее значение Го = 0,5 Ом, максимальное- 1,0 Ом при уровне тока 1,0 мА.

Температурный коэффициент выходного напряжения по техническим условиям равен 0,3 млн"7°С для среднего значения и 1,0 млн"7°С - для максимального. Это соответствует 2 мкВ/°С для среднего значения и 7 мкВ/°С для максимального. Сравнение температурных коэффициентов термостабилизированных и термо-нестабилизированных источников опорного напряжения показывает преимущество первых, так как температурные коэффициенты термонестабилизированных источников в основном лежат в диапазоне от 10 до 100 мкВ/°С.

Применение источников опорного напряжения с тепловой стабилизацией. На рис. 3.37 показана блок-схема источника опорного напряжения с тепловой стабилизацией. Диод D появился в связи с тем, что схема тепловой стабилизации и схема источника опорного напряжения находятся на одном кристалле ИС. Для правильной работы источника этот диод не должен быть прямо-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 [ 71 ] 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193