Двухполюсный источник тока, основанный на базовой схеме, показанной на Рисунке 1а, можно усовершенствовать, добавив независимую подсхему, использующую вырождение эмиттера p-n-p транзистора для достижения нулевого температурного коэффициента. Эта недорогая конструкция является результатом сбора данных о многих полупроводниковых устройствах на протяжении более чем 15 лет и периодического анализа данных. («Вырождение» – это включение резистора последовательно с эмиттером, уменьшающее коэффициент усиления усилителя, но улучшающее такие характеристики, как линейность и входной импеданс).
 |
|
| Рисунок 1. | В схеме двухвыводного источника тока 1 мА самый левый p-n-p транзистор (Q4) добавлен для съема с левого вывода (маленький квадрат на схеме) тока с температурным коэффициентом около 0 (а). «Связующая» схема позволяет сопрячь верхний источник тока с нижним (б). |
Решающее значение для этой схемы имеют основные полупроводниковые компоненты из Таблицы 1, поэтому схему следует проектировать и тестировать только с этими деталями. Возможность выбора компонентов и их поставщиков делает эту конструкцию жизнеспособной, и схема была собрана с использованием деталей из различных партий, приобретенных у разных дистрибьюторов. Каждый из транзисторов MMBT4401 и MMBT4403 должен быть выбран из одной ленты, взятой из собственной оригинальной упаковки.
| Таблица 1. | Перечень основных компонентов схемы | ||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
Инженеры, занимающиеся разработкой аудиотехники, уже давно знают, что выпускаемые компанией onsemi транзисторы MMBT4401 и MMBT4403 отличаются очень низкими значениями сопротивления базы и тепловых шумов и отлично подходят для схем источников тока и токовых зеркал. MMBT4401 и MMBT4403 являются комплементарными устройствами в части смещения по постоянному току и температурного коэффициента. Комплементарные устройства облегчают понимание конструкции с нулевым температурным коэффициентом, так как «связующая» схема должна пропускать ток от p-n-p устройства Q3 своего зеркала к транзистору Q2. Напряжения база-эмиттер у этих двух транзисторов будут примерно одинаковыми.
Конструкция отказоустойчива и допускает реверсирование полярности. В промышленных конструкциях с более высокими напряжениями питания основная часть прямого падения напряжения приходится на переходы коллектор-база верхних транзисторов MMBT4401 и MMBT4403 (Q1 и Q3), напряжения пробоя которых при разомкнутой цепи эмиттера составляют 40 В. Для защиты от перенапряжений можно использовать последовательный резистор, но за счет некоторой потери запаса по напряжению.
Для исключения тепловых градиентов необходима компактная компоновка печатной платы. Было установлено, что «фотоэлектрический эффект» светодиода здесь не является проблемой, поскольку при монтаже на печатную плату линза светодиода направлена вниз. Также были проведены испытания на светостойкость. При взгляде на светодиод со стороны монтажа кристалла видно красное свечение, которое можно использовать в качестве визуального индикатора работоспособности источника тока.
На Рисунке 1б показана «связующая» схема, в которой используются два n-p-n транзистора MMBT4401 и резистор 1.0 кОм. Она соединяет верхнее токовое зеркало с нижним токовым зеркалом. Две ключевых формулы для расчета дополнительной схемы:
IE(Q2) ≈ IIN2, поэтому:
IOUT1 ≈ IC(Q1), поэтому:
где
IC(Qn) – ток коллектора транзистора Qn,
IB(Qn) – ток базы транзистора Qn,
IE(Qn) – ток эмиттера транзистора Qn,
β – коэффициент передачи ток базы.
 |
|
| Рисунок 2. | Зависимость тока (и, следовательно, температурного коэффициента TC) от температуры для базового двухвыводного источника тока: при I = 250 мкА TC = –660 ppm/°C, при I = 500 мкА TC = –765 ppm/°C, при I = 1 мА TC = –623 ppm/°C, при I = 2 мА TC = –697 ppm/°C, при I = 3 мА TC = –485 ppm/°C. |
На Рисунке 2 показаны значения выходного тока источника и их изменение в зависимости от температуры, а на Рисунке 3 – характеристики в установившемся режиме для различных выходных токов в зависимости от напряжения. Температурный коэффициент дополнительной схемы (Рисунок 4) выгодно отличается от REF200 – коммерчески доступной микросхемы, содержащей два источника тока и токовое зеркало. REF200 имеет температурный коэффициент ±25 ppm/°C и фиксированные значения выходного тока 100 мкА.
 |
|
| Рисунок 3. | Этот график выходного сопротивления (с независимым источником тока ISRC) для расчетных значений тока показывает характеристики в установившемся режиме при различных выходных токах. |
Однако этот источник тока может быть настроен на любой желаемый ток, и он стоит значительно дешевле, чем REF200. Кроме того, типовая емкость REF200 составляет 10 пФ, тогда как для этого источника тока она меньше 10 пФ, а типовое выходное сопротивление REF200 составляет 100 МОм в диапазоне напряжений от 2.5 В до 40 В. Двухвыводной источник тока представляет собой очень хорошо воспроизводимую, недорогую схему и является неплохим выбором для замены некоторых коммерческих микросхем, выполняющих ту же функцию.
 |
|
| Рисунок 4. | График показывает почти нулевой температурный коэффициент схемы на p-n-p транзисторе MMT4403 (Q4), добавленной к источнику тока 1 мА. Красная линия графика для добавленного транзистора показывает TC = –35 ppm/°C. |
Купить MMBT4401 на РадиоЛоцман.Цены
