 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Джерела опорної напруги на основі ширини забороненої зони напівпровідника
 |
Крім параметричних стабілітронів, в ДОН можуть використовуватись інші напівпровідникові пристрої. Найчастіше використовується емітерний перехід планарного транзистора, який працює в проміжній області між польовим та лавинним пробоєм. Як правила використовується схема рис. 3.7 [39, 40]. Для ДОН рис. 3.7 величина паразитного опору бази зменшується в коефіцієнт
Рис. 3.7. ДОН на основі емітерного переходу транзистора
підсилення транзистора разів, напруга стабілізаціїUст=6...9 В, а ТКН – порядку 0,01 %/К.
При побудові низьковольтних ДОН виникають додаткові проблеми через необхідність застосування високоомного подільника напруги, що відповідно суттєво збільшує вихідний опір та ТКН (додатково впливатиме температурний коефіцієнт опору резисторів).
Досконалішими є міри напруги на базі прямо зміщених p-n переходів транзисторів. У цьому випадку опорною напругою є фундаментальна стала напівпровідникового матеріалу, з якого виготовлений p-nперехід - ширина його забороненої зони, яка визначається енергією зв’язку електронів з атомами решітки і встановлює різницю енергій між зоною валентності (зоною нижчих енергетичних рівнів атомів) та зоною провідності (зоною вищих енергетичних рівнів, в якій обов’язково є вільні рівні) [40-44]. Для найрозповсюдженішого напівпровідникового матеріалу - кремнію - значення ширини забороненої зони при кімнатних температурах складає Ек=1,2050 В. Типова спрощена схема міри, побудованої на основі ширини забороненої зони напівпровідника, наведена на рис. 3.8 [41]. Вихідна напруга Uвих такої міри визначається сумою напруг база-емітер транзистора VT3 та спадком напруги на резисторі R2
, (3.10)
де I2 – струм транзистора VT2.
Рис. 3.8. Структурна схема міри напруги на основі ширини забороненої зони напівпровідника
 |
Незмінність вихідної напруги цієї міри при зміні напруги живлення пояснюється так. Зміна напруги живлення, наприклад її збільшення, приводить до збільшення струмів I1 та I транзисторів VT1 та VT3 і, враховуючи властивості транзисторів і схеми їх ввімкнення, до зменшення струму I2 транзистора VT2. Параметри елементів схеми вибрані таким чином, що при збільшенні напруги живлення збільшується напруга Uбе транзистора VT3, а це приводить до такого ж зменшення спадку напруги на резисторі R2, обумовленого зменшенням струму I2.
При зменшенні напруги живлення зменшується напруга Uбе на транзисторі VT3 і відповідно збільшується спадок напруги на резисторі R2. Така міра виготовляється як єдина інтегральна схема, в якій передбачені також додаткові елементи для покращення технічних і метрологічних характеристик.
Температурний коефіцієнт цієї міри є близьким до нуля, в той час як температурний коефіцієнт напруги Uбе є від`ємним і складає декілька мВ/0С. Це доволі велике значення, для прикладу, воно на два порядки більше від температурного коефіцієнту ЕРС стандартних термоелектричних перетворювачів і на порядок – від спадку напруги на терморезистивних перетворювачах. Встановлено, що практично нульового значення температурного коефіцієнта міри можна досягти тільки за умови рівності значення опорної напруги Uвих значенню ширини забороненої зони напівпровідника Ек. Дійсно, напруга база-емітер транзистора VT3 визначається рівнянням
(3.11)
де Eк – значення ширини забороненої зони напівпровідника; k – стала Больцмана; q – заряд електрона; I – струм емітерного переходу; Iso – тепловий струм емітерного переходу при кімнатній температурі T0 (струм, що генерується в об’ємі самого транзистора); T – абсолютна температура p-n переходу.
Як видно з цього рівняння, напруга база-емітер залежить від температури (із температурним коефіцієнтом для кремнію –2 мВ/K). Можна визначити співвідношення між параметрами схеми рис. 3.8. при якому вихідна напруга Uвих не залежатиме від температури, а її значення визначиться напругою ширини забороненої зони напівпровідника. Дійсно:
(3.12)
Значення струму I 2 визначимо за другим законом Кірхгофа для контуру база-емітерні переходи транзисторів VT1 та VT2 і резистор R 3
звідки 
(3.13)
де I1, I2 – струми емітер них переходів відповідно транзисторів VT1 та VT2.
Підставивши значення струму I2 у формулу для вихідної напруги Uвих остаточно отримаємо
(3.14)
Вихідна напруга міри Uвих буде термоcкомпенсованою, якщо виконуватиметься рівність нулю виразу у квадратних дужках: 
. Тоді її значення дорівнюватиме Uвих=Ек, а це можна досягнути, як вже відзначалось вище, вибором певних співвідношень між параметрами схеми рис. 3.8.
Вихідний динамічний опір 
цієї міри напруги доволі великий, практично визначається опором паралельно сполучених резисторів R1 та R 2 і може сягати декількох кілоом. Тому практична схема міри напруги містить ряд додаткових елементів для зменшення його значення до декількох десятих ома.
Коефіцієнт стабілізації напруги визначається як
, (3.15)
і при виконанні умови Rб>>Rвих, 
Сучасна інтегральна технологія дає змогу серійно виготовляти такі міри напруги з температурним коефіцієнтом в межах ±(0,0001…0,005) %/К при значенні напруги Uвих =1,2 В±2 %.
Поиск по сайту: