Temperaturkompensation im Transistorstromverlauf

Beginnen Sie mit einer statischen Analyse.

Die Spannung am Emitter von T2 ist dieselbe (unter der Annahme einer angepassten Vbe) wie die an der Basis von T1. (Die Basis von T2 liegt ein Vbe über der Basis von T1, und der Emitter von T2 liegt ein Vbe unter der Spannung an seiner Basis).

I (Last) ist also V (Verbindung R1, R2) / R4, wobei der Basisstromfehlerterm ignoriert wird.

Erhöhen wir nun die Temperatur um (z. B. 10 °C). Vbe für T1 wird um etwa 21 mV reduziert , wodurch der Emitter um diesen Betrag nach unten gezogen wird.

Dies wiederum reduziert die Basisspannung von T2 um denselben Betrag, wodurch die Durchlassspannung um dieselben 21 mV reduziert wird. T2s Vbe hat sich ebenfalls um 21 mV verringert, und daher bleibt die Spannung am Emitter von T2 konstant, und es gibt keine Änderung im Verhältnis von V / R4, was zu einem Strom führt, der über die Temperatur konstant ist.

Dies setzt eine perfekte Übereinstimmung voraus (die Sie mit diskreten Teilen nicht erhalten). Trotzdem ist der Temperaturkoeffizient der Gesamtschaltung deutlich besser als ohne die Kompensation.

Update: Stromfluss hinzugefügt

An einem Punkt im stationären Zustand ist der Strom in R2 gegeben durch (V/(R1+R2)) + Ib(T1). Unter der Annahme, dass der Basisstrom in T1 im Vergleich zum Strom in R2 aufgrund des Teilers sehr niedrig ist, können wir dies wie oben ohne den Basisstromterm annähern.

V(R2) ist also I(R2) x R2.

Der Strom in R3 ist ((V+ - V(R2) - 0,6 V) / R3) + Ib (T2). Unter der Annahme, dass der Basisstrom in T2 sehr viel kleiner als I (Last) ist, können wir den Basisstromterm ignorieren. Der Term von 0,6 V liegt daran, dass der Emitter von T1 einen Diodenabfall über der Spannung an der Basis liegt, wodurch die Spannung an R3 um diesen Betrag reduziert wird.

Der Strom in der Last ist V = V (R2) - 0,6 V + 0,6 V) / R4. Die zwei Terme von 0,6 V sind darauf zurückzuführen, dass zwei Vbe-Terme beteiligt sind und der Emitter von T2 einen Diodenabfall unter seiner Basis liegt.

Erhöhen Sie nun die Temperatur um 10 °C. In einem Transistor verringert sich die Basis-Emitter-Spannung um 2,1 mV pro Grad für einen bestimmten Strom I , sodass die Spannung an jedem Basis-Emitter-Übergang um 21 mV verringert wird. Lassen Sie das jetzt in die Ströme an jedem Knoten fallen:

Vorausgesetzt, der Strom in R2 ist sehr viel größer als der Basisstrom von T1, ändert sich die Basisspannung von T1 nicht, und daher fällt die Emitterspannung um 21 mV.

Da sich die Emitterspannung von T1 um 21 mV verringert hat, wird die Basisspannung von T2 ebenfalls um 21 mV abfallen.

Also haben wir:

Der Strom in R3 ist ((V+ - V(R2) - 0,58 V) / R3)

Der Strom in der Last ist V = - V (R2) - 0,58 V + 0,58) / R4.

Beachten Sie, dass beide Basis-Emitter-Spannungen um gleiche Beträge abgefallen sind, wodurch der Fehlerterm aufgrund von Temperaturschwankungen effektiv aufgehoben wird.

Ihre Schaltung funktioniert am besten mit einer festen Versorgungsspannung. Tatsächlich ist der Ausgangsstrom fast proportional zur Versorgungsspannung. Wenn T1, R1, R2 nicht vorhanden wären und stattdessen nur ein einziger Widerstand vorhanden wäre, hätten Sie immer noch eine Stromquelle, aber Änderungen in Vbe von T1 würde den Strom ändern. Ich habe gesehen, dass diese Schaltung verwendet wird. Denken Sie daran, dass Vbe temperaturabhängig ist. Die aus der Halbleiterphysik abgeleitete und an anderer Stelle gut dokumentierte erbers-moll-Gleichung beschreibt diese Temperaturschwankung mit angemessener Genauigkeit hat kein T1. Dies könnte in einigen Anwendungen sehr unerwünscht sein. Die Rolle von T1 besteht darin, die Auswirkungen von T2 aufzuheben. Wenn T1 und T2 ähnliche Transistoren sind und ihre Verlustleistung ähnlich ist, können Sie eine angemessene Temperaturstabilität erwarten.