1. ФОРМИРОВАТЕЛИ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Стабилитроны. Серийно выпускаемые стабилитроны имеют разные вольт-амперные характеристики. Максимальной крутизной обладают стабилитроны с опорным напряжением 7 — 8 В. Температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилитронов с напряжением стабилизации менее 5 В имеет отрицательное значение. Для опорного напряжения около 5,4 В при токе 7 мА ТКН равен нулю. Стабилитроны с опорным напряжением более 6 В имеют положительный ТКН.Минимальным внутренним дифференциальным сопротивлением обладают диоды с опорным напряжением 7 — 8 В. Все остальные диоды имеют большое внутреннее сопротивление. Это сопротивление сильно зависит от тока, протекающего через диод. Рабочим то¬ком стабилитронов следует считать ток более 3 мА. Ряд графических зависимостей, характеризующих работу стабилитронов, приведен на рис. 1.

Управляемый стабилитрон. В обычных стабилитронах при изменении протекающего тока в некоторых .пределах меняется опорное напряжение Е0. В приведенной схеме (рис. 2, а) ток, протекающий через стабилитрон, контролируется ОУ. Если ОУ не может обеспечить требуемый ток нагрузки, то на выход ОУ целесообразно включить транзистор (рис. 2, б). Транзистор полезен и в случае протекания значительного тока через стабилитрон, например, более 5 — 10 мА (при этом стабилитрон обладает меньшим внутренним сопротивлением). Выходное напряжение определяется выражением U=EO/[1 — R3/(R2+R3)]. При изменении соотношения между сопротивлениями R2 и R3 можно регулировать выходное напряжение в широких пределах. Временной дрейф выходного напряжения не превышает 1 мВ, температурный дрейф в диапазоне от 0 до 85°С не превышает 1 мВ. Выходное сопротивление при изменении тока нагрузки до 20 мА составляет 0,025 Ом. Общая нестабильность выходного напряжения не превышает 0,05 %.

Стабилизатор напряжения на светодиоде. С помощью светодиодов можно получить стабилизатор с индикацией (рис. 3). Интенсивность свечения диода зависит от протекающего через него тока. Этот ток определяется сопротивлением резистора R1.

Рис. 3.

Дифференциальное, сопротивление прямой ветви светодиода АЛ 108 равно 0,3 — 12 Ом. Температурный коэффициент изменения прямого напряжения равен приблизительно 0,12 % на градус. Прямое напряжение при токе 100 мА для АЛ108 равно 1,15 — 1,25 В, а для АЛ109 — 1,0-1,15 В, емкость переходов равна соответственно 130 — 300 пФ и 200 — 400 пФ.
Схема термостабильного опорного напряжения. Схема (рис. 4) позволяет получить стабильное напряжение в широком диапазоне температур. Опорное напряжение, имеющее нулевой ТКН, устанавливается потенциометром: U0п = Uд+ТКНд/ТКНстUст, где Uд — падение напряжения на диоде; Uст — опорное напряжение стабилитрона, ТКНД и ТКНст — температурные коэффициенты напряжения диода и стабилитрона. Если вместо одного диода VD2 включить два кремниевых диода, то опорное напряжение увеличится в два раза.

Рис. 4.

Низковольтный стабилитрон. Стабилитрон (рис. 5) имеет опорное напряжение 0,65 В для кремниевых и 0,3 В для германиевых транзисторов. Внутреннее сопротивление стабилитрона менее 5 Ом. Стабилитрон обладает коэффициентом стабилизации 103. Изменение выходного напряжения при изменении температуры составляет 2 мВ/град или 1 % на градус для германиевых транзисторов и 0,3 % на градус для кремниевых транзисторов.

Рис.5.

Полевой транзистор в качестве низковольтного стабилитрона. При включении резистора в цепь истока полевого транзистора возникает напряжение ОС. Это напряжение слабо зависит от питающего напряжения. Напряжение ОС определяется потенциалом отсечки полевого транзистора. Схема с одним транзистором (рис. 6, а) обеспечивает внутреннее сопротивление приблизительно 30 Ом, а с двумя транзисторами (рис. 6, б) имеет внутреннее сопротивление менее 5 Ом. Кроме того, схема с двумя транзисторами обладает и большим коэффициентом стабилизации (более 103). Температурная стабилизация может быть обеспечена, если режим работы транзистора вывести в термостабильную точку, а также применить терморезисторы в цепи истока.

Рис. 6.

Увеличение максимального тока стабилитрона. Устройство (рис. 7) служит для стабилизации напряжения в цепях, в которых ток нагрузки превышает максимальный ток стабилитрона Когда напряжение на коллекторе транзистора превышает опорный уровень стабилитрона, начинает протекать базовый ток транзистора, который в h21Э раз меньше коллекторного тока. В результате основной ток резистора R1 будет протекать через транзистор Схема выполняет функции стабилитрона с увеличенным максимально допустимым током. Внутреннее сопротивление устройства составляет 0,6 Ом.

Рис. 7.

Схема с отрицательным коэффициентом стабилизации. Схема формирования опорного напряжения (рис. 8, а) имеет отрицательный коэффициент стабилизации K=ДE/ДU. Этот коэффициент можно регулировать изменением сопротивлений резисторов R1 и R2.
Зависимость этих параметров выражается формулой К= — K1/K2. Графическая интерпретация зависимостей представлена на рис.8, б.

Рис. 8.

Схема с регулируемым коэффициентом стабилизации. Схема формирования опорного напряжения (рис.9, а) обладает как положительным, так и отрицательным коэффициентами стабилизации. Знак коэффициента стабилизации определяется отношением сопротивлений резисторов R2/R4. При R4<R2 коэффициент стабилизации имеет положительный знак, а для R4>R2 — отрицательный. Зависимость изменения выходного напряжения от входного при различных сопротивлениях R4 представлена на рис.9, б.

Рис. 9.

Схема низковольтного опорного источника. Источник опорного напряжения (рис.10, а) построен на интегральной микросхеме К101КТ1. С помощью этой схемы можно получить стабильное напряжение 0,7 В с внутренним сопротивлением менее 10 Ом. Выходное напряжение зависит от температуры с коэффициентом 2 мВ/град. Коэффициент стабилизации равен приблизительно 5-10³ На рис. 10, б представлена зависимость напряжения стабилизации от подводимого напряжения.

Рис. 10