Для любого полупроводникового стабилитрона существует значение тока, при котором минимален температурный дрейф его напряжения. Обычно именно прп этом токе в технических условиях на стабилитрон приводятся его дрейфовые параметры. Если значение тока /ст.о неизвестно, то его нетрудно определить экспериментально. Для этого получаются зависимости С/ст от /ст при трех значениях температуры: наибольшей, наименьшей и нормальной. Эти зависимости при некотором значении тока /ст.о будут пересекаться либо различия в ст при некотором /ст.о будут минимальны. Таким образом, будет получено оптимальное напряжение стабилитрона С/ст.о. При требуемом выходном напряжении q сопротивление резистора /?/, определяющего ток в стабилитроне, вычисляется из выражения Ri= (Uq-Uct.o)Ihr. Сопротивления резисторов R7, R8, определяющих коэффициент передачи А2, устанавливаются так, чтобы о= С/ст.о(/?7 + /?8) ?7. Сопротивления R7, R8 рассчитываются с точностью выше 0,1%-

Обычно для полупроводниковых стабилитронов дрейф напряжения положительный, т. е. Uct увеличивается при повышении температуры. В компенсаторе, выполненном на А1, цепь R5R6VD2 обеспечивает отрицательный температурный дрейф выходного напряжения иб, а цепь R2R3VD1 дает положительный температурный дрейф напряжения Ua- Таким образо.м, если температурный дрейф Uct положителен, то цепь R2R3VD1 можно исключить из схемы. При отрицательном температурном дрейфе ст исключается цепь R5R6VD2.

Рассчитаем сопротивления R2, R5, предполагая положительным температурный дрейф Uct- Для расчета необходимо знать значение напряжения ия при нормальной температуре (25°С). Падение напряжения на диоде VD1 имеет отрицательный температурный дрейф, т. е. уменьшается при повышении температуры. Вследствие этого изменяется падение напряжения на R5 и, следовательно, ток через этот резистор. При уменьшении падения напряжения на R5 ток, отбираемый цепью R5R6, уменьшается и увеличивается ток через стабилитрон. Чтобы вычислить сопротивление R5, необходимо знать максимальные напряжения А ст и А б при изменении температуры от нормальной до максимальной у данного прибора. Тогда /?5 = А б/А/5, где А/5 = АС/стЛст, а Гст - сопротивление стабилитрона при /ст~/ст.о. Сопротивление R6 выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечивался ток через VD2 больше, чем /5 + А/5, где Is = Un/R5, а Up, - падение напряжения на VD2.

В качестве А1, А2 следует выбирать операционные усилители, у которых дрейф напряжения смещения нуля С/см значительно меньше скомпенсированного дрейфа напряжения Uct- В показанной схеме целесообразно использовать ОУ 140УД14 или 140УД17 с дрейфом С/см меньше 5 мкВ/° С.

При разработке прецизионных преобразователей аналоговых величин часто необходимы двухполярные источники опорных напряжений. Известные схемы таких источников [2] строятся на ре-зисторных делителях и имеют большое выходное сопротивление.

источник

в схеме на рис. 6.4 ток стабилитрона задается транзисторными генераторами тока. Если характеристики р~п-р- и п-р- -транзисторов абсолютно идентичны, то /i=/2= [/э.б ?з. В реальных схемах hh, однако ток A/=/i~/г] не влияет на работу схемы благодаря действию цепи обратной связи ОУ. При любых сопротивлениях R1, R2 напряжение ивых2 устанавливается таким, чтобы на инвертирующем входе ОУ напряжение было равно нулю. Пренебрегая входным током ОУ, можно рассчитать ток через резисторы R1, R2 из выражения / = = Uct/(Ri + R2) Значения[7вых1 = = /7?2 и UBbix2 = -IRi определяются падениями напряжений соответственно на резисторах R1 hR2. Изменяя отношение Ri/Ri, можно получить изменение Ubuxi от О

до +[/cT, а г7вых2 от О до -Uct-

Однако независимо от величины R1/R2 будет сохраняться А[/вых = = вых I-[/вых2 = [/ст. Ток через стабилитрон hU.tlRz, где f/э.б -падение напряжения на эмиттерно-базовом переходе транзистора VT1 и VT2. При увеличении температуры этот ток уменьшается с температурным коэффициентом, примерно равным 0,3%/° С. Следовательно, увеличение температуры приведет к появлению отрицательной составляющей температурного дрейфа напряжения Uct, равной (3-10-[/э.б?ст ?з)/° С, уменьшающей либо полностью компенсирующей собственный положительный дрейф

Сопротивление R4 задает ток через транзисторы VT1 и VT2. Этот ток, равный (t/n-2[/э.б)/4, достаточно установить около 1 мА. Если необходимо однополярное положительное опорное напряжение, то А2 можно исключить из схемы. Дополнительное преимущество источника опорного напряжения на рис. 6.4 состоит в том, что стабилитрон не подключается непосредственно ни к одному источнику напряжения питания. Тем самым полностью исключается влияние на выходное напряжение высокочастотных флуктуации потенциалов, имеющих место даже на общей шине в сложном приборе.

Рис. 6.4. Двухполярный опорного напряжения

6.2. ИСТОЧНИКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Преобразовав напряжение в ток, иногда можно обеспечить более качественное решение задачи в измерительных системах, системах обработки сигналов, при передаче сигналов по длинным линиям, при работе ОУ на индуктивную нагрузку и т.д. Ниже описаны одно- н двухполярные источники тока, используемые как для заземленной, так и для незаземленной нагрузки.

в простейших однополярных источниках тока (рис. 6.5) усилитель управляет выходным транзистором. Током /ц можно управлять по входам С/вх и Un. Различие в управлении по этим входам обусловлено только разницей их входных сопротивлений. По входу С/вх входное сопротивление определяется ОУ, а по входу

<

а) Ю

Рис. 6.5. Генераторы втекающего (а) и вытекающего (б) токов

f/n ОНО равно R. Диоды в этих генераторах тока обеспечивают надежный выход ОУ в линейный режим работы после включения источника питания. Ток, принимаемый от нагрузки генератором на рис. 6.5,а, равен (Увх- Vn)/A2i6/?, а отдаваемый в нагрузку в схеме на рис. 6.5,6 /i2i6(Vn-вх) ?, где Нхь - коэффициент передачи эмиттерного тока в выходных транзисторах.

Практически исключить влияние кхь и Un на / можно, соединив последовательно показанные на рис. 6.5 генераторы тока (рис. 6.6,а). В этом случае напряжение на неинвертирующем вхо-

RZ /л-

R5 1М

RZ 1к

ШУД7

Z5,5k

W 50 мВ

R1 1к

-CZ]-I

R1 1

RZ 51

Рис. 6.6. Прецизионный (а) и мощный (б) генераторы тока

де А2 будет равно (7+п -hlxtUByiRilRx, а ток InhxbRiUyiblxby. XRxRs уже не будет зависеть от Un- Если Лш и Нхб транзисторов VT1 и VT2 равны, то неидеальность также не влияет на /н- Влияние кхб на III в генераторах тока можно существенно уменьшить или даже исключить, используя составные транзисторы или полевой транзистор вместо биполярного. Во втором случае выходное сопротивление генератора тока значительно больше. Однако при использовании полевых транзисторов максимальный ток /н ограничен током насыщения. Одновременно с этим большое выходное сопро-