3.06. Источники тока на ПТ с p-n

Полевые транзисторы

ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ НА ПТ

Подразделы: 3.06 3.06a 3.07 3.08 3.09 3.10

ПТ используется в качестве источников тока в составе интегральных схем (в частности, в ОУ), а также иногда и в схемах на дискретных элементах. Простейший источник тока на ПТ показан на рис. 3.16:

Рис. 3.16.

мы выбрали ПТ с p-n — переходом, а не МОП — транзистор, поскольку ему не требуется смещения затвора (режим с обеднением).

Номинальный ток стабилизации от 0,22 до 4,7 мА

Допуск 10%

Температурный коэффициент ± 0,4%/°С

Диапазон напряжений 1 — 2,5 В мин., 100 В макс.

Стабильность тока 5% тип.

Динамическое (дифференциальное) сопротивление 1 МОм (тип.) для устройств с током 1 мА

Рис. 3.16.

Рис. 3.17. Семейство выходных характеристик n- канального ПТ с p-n — переходом типа 2N5484: зависимость I

Рис. 3.18. «Диод — регулятор тока» 1N5294. а — полный масштаб изменения напряжения; б — начальный участок.

Мы построили график вольт-амперной характеристики устройства 1N5294, имеющего номинальный ток стабилизации 0.75 мА: рис. 3.18, а демонстрирует хорошее постоянство тока вплоть до напряжения пробоя (140В для данного конкретного образца), тогда как из рис. 3.18. б видно, что полный ток данного устройства достигается при падении напряжения на нем несколько меньше 1.5 В. В разд. 5.13 мы покажем, как можно использовать такого рода устройство для создания генератора пилообразного напряжения с острыми вершинами сигнала.

Источник тока с автоматическим смещением. Вариация предыдущей схемы дает регулируемый источник тока (рис. 3.19). Резистор автоматического смещения R задает обратное смещение затвора I_сR, уменьшая I_с и приводя ПТ с p-n — переходом в состояние, близкое к отсечке. Можно рассчитать значение R по выходным характеристикам для конкретного ПТ. Эта схема не только дает возможность устанавливать ток (который должен быть меньше I_Снач), но и сделать это более предсказуемым образом. Кроме того, эта схема является лучшим источником тока (с более высоким динамическим сопротивлением) в силу того, что истоковый резистор обеспечивает обратную связь по току (которую мы рассмотрим в разд. 4.07), а также потому, что характеристики ПТ с p-n-переходом как источника тока при обратном смещении затвора всегда улучшаются, как это видно из приведенных на рис. 3.2 и 3.17 характеристик, где чем ниже кривая зависимости I

Упражнение 3.1. Подберите значение R для получения тока 1 мА в схеме источника тока на ПТ с p-n — переходом 2N5484, используя полученные измерениями кривые, представленные на рис. 3.17. Теперь оцените, к чему приводит тот факт, что паспортные данные I_Снач для 2N5484 имеют разброс от 1 до 5 мА.

Источник тока на ПТ с p-n — переходом. даже с резистором в цепи истока, дает несколько изменяющийся ток при изменении напряжения, т. е. он имеет конечное выходное сопротивление, а не желаемое бесконечное значение Z_вых. Кривые рис. 3.17 показывают, например, что у транзистора 2N5484 при изменении напряжения стока в рабочем диапазоне от 5 до 20 В ток стока при замкнутых накоротко истоке и затворе (т.е. I_Снач) изменяется на 5%. Эту вариацию можно уменьшить до 2% или около того, включив в цепь истока резистор Тот же прием, который был использован в схеме рис. 2.24 можно использовать и для источников тока на ПТ с p-n — переходом, как это и сделано на рис. 3.20. Идея (как и в случае с биполярными транзисторами) состоит в том. чтобы использовать второй ПТ с p-n — переходом для поддержания постоянным напряжения сток-исток в источнике тока. Т₁ в этом случае является обычным источником тока на ПТ с p-n — переходом с истоковым резистором.

Т₂ — ПТ с p-n — переходом с большим значением I_Снач, включенный «последовательно» с источником тока. Он пропускает постоянный ток стока Т₁ в нагрузку, удерживая в то же время напряжение на стоке Т₁ неизменным, а тем самым и напряжение затвор-исток, что вынуждает Т₂ работать с тем же током, что и Т₁. Таким образом, Т₂ «экранирует» Т₁ от колебаний напряжения на выходе; поскольку Т₁ не подвержен вариациям напряжения стока, он «сидит на месте» и обеспечивает постоянный ток. Если вернуться к схеме зеркала Вилсона (рис. 2.48). то мы увидим, что здесь используется та же идея фиксации напряжения.

Вы можете распознать в этой схеме на ПТ с p-n — переходом «каскодную» схему, которая обычно используется для преодоления эффекта Миллера (разд. 2.19). Каскодная схема на ПТ с p-n — переходом проще, чем на биполярных транзисторах, поскольку здесь не требуется напряжения смешения на затворе верхнего ПТ ввиду того, что он работает в режиме с обеднением, можно просто заземлить его затвор (сравните с рис. 2.74).

Упражнение 3.2. Объясните, почему верхний ПТ с p-n — переходом в каскодной схеме должен иметь более высокое значение I_Снач, чем нижний ПТ. Помочь в этом может рассмотрение каскодной схемы на ПТ с p-n — переходом без истокового резистора.

Важно осознавать, что источник тока на хороших биполярных транзисторах обеспечит намного лучшие предсказуемость и стабильность, чем источник тока на ПТ с p-n — переходом. Более того, построенные на ОУ источники тока, которые мы увидим в следующей главе, еще лучше. Например, источник тока на ПТ в типичном диапазоне температур и вариаций напряжения нагрузки может давать ток с отклонениями на 5%, даже если подгонкой истокового резистора установить желаемый ток; в то же время источник тока на ОУ из биполярных или полевых транзисторов даст без особых усилий со стороны разработчика предсказуемость и стабильность лучше 0,5%.

Подразделы: 3.06 3.06a 3.07 3.08 3.09 3.10

Ключи на ПТ

Источник тока — Источники питания

Источники питания

Идеальный источник тока — это устройство, производящее ток i ( t ), который не зависит от напряжения на клеммах источника. Это означает, что ток источника остается i ( t ) независимо от того, что подключено через клеммы источника. Если i ( t ) постоянная, источник называется источник постоянного тока .

Если на клеммах источника имеется сопротивление Ом , то напряжение ( Ri ). Это напряжение будет увеличиваться при больших значениях R , потому что ток остается независимым от R . С увеличением R мощность, отдаваемая источником тока, увеличивается, и это стать бесконечным, если R были бесконечными. Это необоснованная ситуация, это означает, что источник тока не должен быть разомкнут. источник тока простаивает при коротком замыкании, потому что напряжение на его клеммы равны нулю, и источник питания не подается. Концепция идеального источника тока подразумевает, что он должен иметь нулевая внутренняя проводимость.

Источник тока обозначен кружком с i ( t ) написано рядом (см. рисунок ниже). Ссылка на текущий обозначено стрелкой либо рядом с кругом, либо внутри него, как показано на фигура.

Текущий источник.

Регуляторы тока

Схема, обеспечивающая постоянный выходной ток, называется стабилизатором постоянного тока или просто ток регулятор . Схема, показанная на рисунке ниже, упрощенная схема регулятора тока. показанный на схеме переменный резистор используется для иллюстрируют концепцию действующего регулирования. Обратите внимание, что амперметр имеет был включен в эту цепь, чтобы указать, что цепь показан регулятор тока. Когда цепь работает исправно, текущее показание амперметра остается постоянным. В этом случае переменный резистор ( Р _В ) компенсирует изменения нагрузки ( R _L ) или входного напряжения постоянного тока. Любое увеличение сопротивления нагрузки вызывает падение тока. Чтобы поддерживать постоянный ток, сопротивление R _V должно уменьшаться всякий раз, когда нагрузка сопротивление увеличивается. Это приводит к полному сопротивлению Остаются неизменными. Увеличение входного напряжения должно компенсируется увеличением сопротивления R _V , тем самым поддерживая постоянный ток.

Регулятор тока (упрощенный).

Поскольку использование переменного резистора нецелесообразно для управления флуктуациями или изменением тока транзистор и стабилитрон вместе с необходимыми резисторами. используется (см. ниже). Стабилитрон обеспечивает постоянное опорное напряжение. Резистор R ₁ есть подключен последовательно с нагрузкой и воспринимает любой ток изменения нагрузки. R ₂ предназначен для работает как токоограничивающий резистор для стабилитрона диод.

Транзисторный регулятор тока.

Давайте подробно рассмотрим, как различные компоненты работают для поддержания выход постоянного тока. Снижение сопротивления нагрузки вызывает соответствующее увеличение тока. Это приводит к большему напряжению падение на R ₁ из-за увеличения тока. Падение напряжения на D ₁ остается постоянный. Из-за повышенного падения напряжения на R ₁ , прямое смещение Q ₁ есть уменьшается, а сопротивление транзистора увеличивается. Таким образом, общая сопротивление вокруг внешнего контура цепи остается постоянным. Поскольку схема представляет собой регулятор тока, выходное напряжение будет меняться, поскольку регулятор поддерживает выход постоянного тока.

Источник постоянного тока JFET

Диод постоянного тока

Источник постоянного тока может быть сформирован из JFET (см. рисунок выше). Эту конфигурацию иногда называют диодом постоянного тока. Напряжение на истоке JFET ( V _S ) автоматически поддерживается рядом с напряжение отсечки и

При увеличении или уменьшении напряжения питания (стока) соответственно изменяется сопротивление JFET r _DS , таким образом поддержание I на почти постоянном уровне.

Источники тока и стоки | mbedded.ninja

Содержание

Обзор

Источники тока и стоки тока — это электронные схемы, которые позволяют протекать через них фиксированному току, независимо от напряжения на них. Источник тока (или сток) — это не один пассивный компонент, а небольшая схема, обычно состоящая из активного элемента (транзистора, операционного усилителя) и нескольких пассивных элементов (таких как резисторы). Источники/приемники тока используются в качестве подсхемы во многих крупных схемах.

Использование источников тока:

• Приводные светодиоды (особенно мощные светодиоды).
• Смещающие резисторы для подтягивания/подтягивания.
• Зарядка конденсаторов для обеспечения линейного увеличения напряжения на них (например, для создания пилообразной или треугольной формы волны).

Источники тока очень распространены в схемотехнике, и поэтому обычно изображаются с использованием схематических символов, как показано ниже. Независимый источник тока — это один раз, который имеет заранее заданный фиксированный ток. Управляемый (или зависимый ) источник тока — это источник, который определяется другим измеряемым значением в цепи, обычно напряжением (например, \(I_{источник} = кВ_{\text{где-то еще}}\) ). Возможно, вы видели символ управляемого источника тока в модели слабого сигнала для BJT. Многие аналоговые функциональные схемы ИС будут отображать источники тока с этими символами, скрывая дискретные компоненты, из которых они сделаны.

Популярные символы на схемах для обозначения источников тока.

Соответствие источника тока — это диапазон напряжения, в котором источник тока может работать и функционировать правильно. За пределами этого диапазона либо компоненты повреждены (превышены максимальные номинальные значения напряжения), либо ток выходит из-под контроля.

Источники тока могут либо подавать питание в цепь (например, источник питания), либо требовать внешнего питания для работы.

Стабилитрон и источник тока BJT

Ниже показан один из популярных способов построения источника тока из стабилитрона и BJT.

Схема стабилитрона + источник тока BJT.

Как это работает

. Стабилитрон \(D1\) , смещенный в свой диапазон регулирования напряжения резистором \(R1\) , поддерживает постоянное напряжение \(V_B\) на базе транзистора BJT. . Используя правило, согласно которому на переходе база-эмиттер BJT имеется падение напряжения \(0,7 В\), это также помещает фиксированное напряжение на эмиттер. . Поскольку это означает, что через \(R_E\) проходит фиксированное напряжение, это означает, что по закону Ома через \(R_E\) проходит фиксированный ток. . Поскольку большая часть тока, подаваемого на эмиттер биполярного транзистора, поступает с коллектора (только около 100-800-й части тока поступает с базы, в зависимости от коэффициента усиления 9).0150 \(h_{FE}\) BJT), это означает, что через \(R_{load}\) также проходит фиксированный ток!

Ток через нагрузку определяется как:

\begin{align} I_{нагрузка} = \frac{V_Z — 0,7 В} {R_E} \end{align}

где:
\(V_Z\) — напряжение стабилитрона в \(V\)\(R_E\) — сопротивление резистора \(R_E\) в \(\Omega\) \(I_{нагрузка}\) — результирующий ток через нагрузочный резистор, в \(А\)

Диод постоянного тока (источник тока JFET)

Диод постоянного тока (он же JFET источник тока , токоограничивающий диод (CLD) или регулирующий диод ¹ ) представляет собой очень простой источник тока, состоящий из JFET и дополнительного резистора.

Ниже показана схема диода постоянного тока:

Схема диода постоянного тока, также известного как источник тока JFET. Источник тока очень прост и состоит только из N-канального JFET и (дополнительного) резистора. Этот двухконтактный источник тока не привязан к какой-либо шине, поэтому нагрузка может быть на стороне высокого напряжения, на стороне низкого напряжения или где-то посередине!

Как это работает

Диод постоянного тока работает за счет использования резистора \(R_S\) для отрицательного смещения N-канального JFET в определенной рабочей точке. В этой рабочей точке ток от стока к истоку (и, следовательно, к нагрузке) будет относительно постоянным ² .

СОВЕТ: Из-за обычно больших \(R_S > 100\Омега\) эта схема подходит только для создания маломощных источников тока до \(10мА-100мА\) 9Диапазон 0151. Кроме того, из-за большой неопределенности в \(V_{GS(off)}\) (например, для 2N5457 в техническом описании указано, что это где-то между \(-0,5 В\) и \(-6,0 В). \) ! 3 ), из них получаются не очень точные источники тока (без обрезки). Но они стабильны!

Как рассчитать номинал резистора

• Операционный усилитель питается здесь со слегка отрицательной шиной напряжения на выводе \(V_{SS}\) . Это заключается в том, что операционный усилитель остается работоспособным, когда вы устанавливаете его на низкие уровни тока. При низких уровнях тока напряжения на 92 R\) при максимальном токе. Рассеиваемая мощность MOSFET будет зависеть от тока нагрузки и падения напряжения на нем. МОП-транзистор используется в своей активной области — области, где он не полностью включен и не полностью выключен. МОП-транзистор сбрасывает оставшееся напряжение от источника напряжения, подаваемого на нагрузку, после вычитания падения напряжения на нагрузке и падения напряжения на чувствительном резисторе. Используйте уравнение \(P = VI\) для определения рассеиваемой мощности в МОП-транзисторном транзисторе.
• Емкость затвора полевого МОП-транзистора может нагрузить выход операционного усилителя до такой степени, что это приведет к достаточному отставанию по фазе, что приведет к нестабильности схемы. Ниже приведены рекомендуемые схемы компенсации, которые можно добавить к базовой схеме, чтобы сделать конструкцию более стабильной.

Точность втекания тока

Точность втекания тока в основном зависит от трех аспектов:

• Входное напряжение смещения операционного усилителя.
• Точность ЦАП (или другого источника напряжения), обеспечивающего напряжение до \(V_{in}\) .
• Допуск токоизмерительного резистора.

Компенсация емкости затвора полевого МОП-транзистора

Емкость затвора полевого МОП-транзистора может нагрузить выход операционного усилителя до такой степени, что она вводит достаточную фазовую задержку, вызывающую нестабильность схемы. Схема компенсации может быть добавлена, как показано на схеме ниже, чтобы ограничить отставание по фазе и предотвратить нестабильность схемы.

Схема, показывающая схему компенсации емкости затвора на стоке тока на основе операционного усилителя с использованием LT1492 ⁵ .