Полевые транзисторы

ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ НА ПТ


3.06. Источники тока на ПТ с p-n - переходом


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:


транзистор

Рис. 3.16.


мы выбрали ПТ с p-n - переходом, а не МОП - транзистор, поскольку ему не требуется смещения затвора (режим с обеднением). Из стоковых характеристик ПТ (рис. 3.17) видно, что ток будет приблизительно постоянным при Uси больше 2 В. Однако в силу разброса IСинач величина этого тока непредсказуема. Например, устройство 2N5484 (типичный n- канальный транзистор с p-n - переходом) имеет паспортную величину IСнач от 1 до 5 мА. И все же эта схема привлекает своей простотой двухвыводного устройства, дающего постоянный ток. Существуют дешевые серийные «диодные стабилизаторы тока», представляющие собой всего лишь отобранные по току ПТ с p-n - переходом, у которых затвор соединен со стоком. Это токовые аналоги стабилитронов (стабилизаторов напряжения). Приведем характеристики таких приборов из серии 1N5283-1N5314:

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.


транзистор

Рис. 3.17. Семейство выходных характеристик n- канального ПТ с p-n - переходом типа 2N5484: зависимость Ic (Uси) при различных значениях Uзи при полном масштабе изменений параметров (а) и на начальном участке (б).

транзистор

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 IсR, уменьшая Iс 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 IСнач), 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 Iс от Uзи, тем она ближе к горизонтали. Однако, конечно, надо помнить, что значение Iс, полученное при каком-то значении Uзи для данного конкретного ПТ, может отличаться от взятого из характеристики на значительную величину ввиду технологического разброса. Если надо получить строго заданный ток. то можно использовать в цепи истока подстроечный резистор.


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 IСнач 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 Zвых. 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. IСнач) 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 IСнач, 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 IСнач, 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