ION с напрежение в честотната лента
Съвременната тенденция за увеличаване на ефективността на електронните устройства изисква намаляване на захранващото напрежение. Понастоящем много видове аналогови и цифрови интегрални схеми се захранват от 5V, 3V или по-малко. Тези вериги изискват източници на напрежение 2,5 V или по-малко, които отнемат по-малко от 1 mA.
По принцип напрежението на базовия излъчвател на транзистора може да се използва като еталон. Но неговият TKN е -3 · 10 -3 K -1, което съответства на приблизително -2,1 mV/K, т.е. достатъчно голям. Тя може да бъде намалена чрез добавяне на това напрежение към друго напрежение с положителен температурен коефициент. На практика се получава такова напрежение като разликата между напреженията на базовия емитер на два транзистора, които работят при различни колекторни токове. Схемата на еталонния източник на напрежение на биполярни транзистори, разработена от R. Widlar през 1968 г., е показана на фиг. 13.
Транзисторът VT1 се използва в диодна връзка. Токът на колектора му е
Транзисторът VT3 е покрит с обратна връзка с отрицателно напрежение, извършена с помощта на резистор R. На колектора на транзистора VT2, както и на колектора на транзистор VT1, е зададен потенциал от 0,6 V. Колекторният ток на транзистора VT2 е
Фигура: 13. Референтен източник на напрежение на биполярни транзистори
По този начин съотношението на колекторните токове на транзисторите VT1 и VT2 е
Нека сега определим напрежението U1. Тя е равна на разликата между напреженията на базовия емитер на транзистори VT1 и VT2:
Напрежението на базовия емитер на биполярен транзистор е свързано с колекторния ток от уравнението на Ebers-Moll:
където Iк0 е теоретичният обратен ток на колектора, e0 е електронният заряд, k е константата на Болцман. Като се вземат предвид (3) и (4), отношението (2) приема формата:
За да бъде положителна разликата в напреженията на базовия емитер на транзисторите VT1 и VT2, трябва да е изпълнено условието n1> 1, т.е. Ik1> Ik2. Да предположим, че n1 = 10, тогава получаваме от (5) при стайна температура U1 е приблизително равна на 60 mV. Температурният коефициент на това напрежение е положителен и възлиза, съгласно формула (5),
При стайна температура (T е приблизително равна на 300 K), TKN в разглеждания пример ще бъде около +0,2 mV/K. За да се получи компенсиращо напрежение с необходимия TKN, което е +2 mV/K, е необходимо напрежението U1 да се увеличи с 10 пъти. Тази задача се изпълнява от транзистор VT2, в емитерната верига на който е свързан резистор със съпротивление R/n2. За да се получи печалба от 10, е необходимо n2 = 10. В този случай получаваме U2 = 0.6V с необходимия положителен TKN. Поради отрицателната обратна връзка, извършена от каскадата на транзистора VT3, напрежението на неговия колектор (това е и изходът) ще бъде зададено равно на
и почти няма да зависи от температурата.
Може да се покаже, че в такава схема TKN е нула, ако n1 и n2 са избрани така, че изходното напрежение да е равно на
където Wg - лентова разлика за силиций. Следователно тези препратки към напрежение често се наричат препратки към честотната лента.