ной сигнал при любом значении отношения R2/RU целесообразно использовать схему на рис. 5.24. Отмеченные ее достоинства получены благодаря включению последовательно с ограничивающим элементом (диодом VD1) дополнительного усилителя А2, задающего выходное напряжение ограничения Uorp. Если [/огр>вых, выходное напряжение усилителя А2 равно -10 В, диод VD1 смещен в обратном направлении и А1 работает в режиме инвертирующего повторителя. Если же Ubux>Uotp, диод ограничивает вых на уровне t/orp-

Глава 6

ИСТОЧНИКИ и СТАБИЛИЗАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Применение универсальных АИС является наиболее очевидным средством миниатюризации современных источников вторичного электропитания. В микроэлектронной аппаратуре многие функционально законченные узлы выполняются на нескольких ИС или БИС, потребляющих небольшую мощность, но требующих различные значения напряжения питания. Например, АЦП последовательного приближения, включающий ЦАП, регистр последовательного приближения, компаратор, устройство выборки--хранения, требует по меньшей мере три значения напряжения питания: 5 или 9 В для цифровых ИС и ±15 В для аналоговых. Избежать использования нескольких автономных источников в функциональных узлах такого типа, перейдя к одному источнику питания (например, 5В), позволяют описанные ниже стабилизированные преобразователи напряжений. Такие преобразователи состоят из нескольких элементов и могут быть включены в общую с функциональным узлом конструкцию (плату или модуль).

Структурная схема простейшего источника электропитания показана на рис. 6.1. Первый блок, вырабатывающий нестабилизи-рованное напряжение, является обычно общим узлом, питающим

Источник

OnOOHOSO

напряжения

Выпрямитель и фильтр НЧ

Усилитель раооагпасавания

Выходной каскад

Делитель напряжения

стабилизаторы различного назначения. Поэтому в дальнейшем под стабилизатором напряжения будем подразумевать совокупность остальных четырех блоков.

6.1. ИСТОЧНИКИ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Для построения источника опорного напряжения на основе ОУ могут быть использованы резисторный делитель, батарея или стабилитрон. Последний применяется чаще всего, так как имеет меньшие габаритные размеры, чем любая батарея, и обеспечивает лучшую стабильность опорного напряжения, чем любой резисторный делитель. Вольт-амперная характеристика стабилитрона (рис. 6.2,а) не параллельна оси тока в рабочей области стабилитрона, поскольку его динамическое сопротивление Гст = = Аст/А/ст конечно и примерно равно 10 Ом. Сопротивление Гст

Rr /,2л-

Рис. 6.2. Вольт-амперная характеристика (о) и схема включения (б) стабилитрона

образует с нагрузкой R делитель (рис. 6.2,6), уменьшающий выходное напряжение [/вых. Например, при отключенной нагрузке /ст = 7,5 мА, а [/вых=[/ст = 6 В. Однако при подключении нагрузки с сопротивлением 5 кОм в нее ответвляется ток 1 мА и поэтому /ст = 6,5 мА, а напряжение С/вых уменьшается на 10 мВ. Следовательно, относительное изменение (/вых равно 0,16%. Кроме того, уменьшение /ст изменяет относительный температурный коэффициент изменения напряжения [/ст. В то же время при изменении напряжения питания на А[/п изменяется [/вых на величину А[/вых= = А[/пГст/(?ст + /?г). Например, если А[/п=1,2 В, то А[/вых~10 мВ.

Зависимость [/вых от [/ можно существенно уменьшить, включив вместо Rr транзисторный генератор постоянного тока с выходным сопротивлением R-выхГст. Несмотря на то, что сопротивление Rbux генерзтора тока может меняться при изменении Оп, его значение (200 кОм) остается значительно больше Гст. В свою очередь, зависимость [/вых от /н можно практически исключить, подключив Rn к стабилитрону через повторитель на ОУ.

Использование ОУ в источниках опорного напряжения позволяет не только значительно ослабить влияние изменений напряжения питания и нагрузки на выходное напряжение, но и проектировать

схемы с температурным дрейфом, близким к собственному дрейфу усилителя.

Однополярные источники опорного напряжения. В одной из наиболее простых практических схем источника опорного напряжения на ОУ почти исключено влияние [/ на иых благодаря введению положительной ОС (рис. 6.3,а). Цепь положительной ОС с выхода на неинвертирующий вход ОУ образуют резисторы R1,

а) 6)

Рис. 6.3. Простейший (а) и прецизионный (б) источники опорного напряжения

R2. Коэффициент передачи по цепи положительной ОС, равный Рп = /?2/(.1+ /?2), должен быть меньше единицы, чтобы исключить самовозбуждение усилителя. Выходное напряжение источника вых= [/ст/(1-Рп). Неинвертирующий вход ОУ смещается цепью R1 R2 в сторону положительного напряжения U+n, благодаря чему можно заземлить резистор R3, задающий ток в стабилитроне VD1, и вывод подключения отрицательного напряжения источника питания ОУ. В этой схеме ток через стабилитрон /ст=Рп[/ст ?з(1 - -Рп). Диод VD2 обеспечивает надежный запуск источника опорного напряжения при включении источника питания. При выборе значения Рп необходимо учитывать, что для нормальной работы большинства современных ОУ напряжение на неинвертирующем входе должно быть больше на 2-3 В напряжения Un- Выбирать сопротивления R1, R2 необходимо с учетом максимально допустимого выходного тока использованного ОУ. Дрейфовые характеристики описанного источника определяются стабилитроном VD1.

Для того чтобы получить температурный дрейф выходного напряжения меньше дрейфа напряжения стабилитрона, в схему источника включается компенсатор на ОУ (рис. 6.3,6). Использование компенсатора (обведен штриховой линией) позволяет в широком диапазоне изменения температуры (от -55 до -fl25°C) обеспечивать стабильность выходного напряжения 10 В с точностью 0,1% [94]. В этой схеме сопротивления R2, R5 подбираются в зависимости от температурных характеристик диодов VD1, VD2 и стабилитрона VD3.