Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 43
Текст из файла (страница 43)
ДляПТ диапазон допустимых значений И уменьшается на величинупорогового напряжения (Изи пор) (см. п.6.2).Глава8. Аналоговые231интегральные схемыДля многих схем источников тока, а также большинствасхем дифференциальных усилителей с активной нагрузкой основой является схема токового зеркала (рис.нияR 1 ).8.1без сопротивлеПри полной иден'fичности транзисторовVT 1 и VT 2 ток,текущий через левую часть схемы, является зеркальным отражением тока в правой части, поэтому схема и называется токовым зеркалом. На практике в большинстве случаев влияниембазового тока можно пренебречь и считать, что коллекторныетоки транзисторов Iю и Iк 2 равны, т.
е. Iю= Iк 2 ~1 1~1 2 •В реальных ИС параметры транзисторов различаются, поэтому в паре транзисторов токового зеркала токи коллекторов небудут точно равны. В результате появится небольшое напряжение смещения (единицы мВ) пары транзисторов.На рис.8.1показана схема простого источника стабильного тока, построенная на основе токового зеркала, в котором ток равен(8.1)где{) -постоянное положительное напряжение питания схемы(ЭДС источника питания), И вэ-эмиттером транзисторов. Токв цепи коллектора второго 'rран12напряжение между базой и12 = 1 к 2 = 1 ю ~ 1 1 , поэтому расчет этой схемы достаточно прост. При заданном токе источника1 2 и Ивэ и известзистора равенной (выбранной) ЭДС источника питания{) изсопротивление(8.1) определяетсяR 1 • Следует обратить внимание, что ток 1 2 остается приблизительно постоянным, равным заданному значению втом диапазоне значений И кэ' при котором транзисторVT 2находится в активном режиме вплоть до напряжения пробоя коллекторного перехода Икэпроб (рис.Если принять Инас~8.2).Идеальный источник токаg= go=О0,2В и111---------t--Наклон dlк 2 /dИкэ=gкэ2 :11111Икэпроб ИкэРис.8.1Рис.8.2Раздел232Икэпроб =50 В,2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫто область напряжений Ик 2 от+0,2до+50 В составляет рабочий диапазон источника постоянного тока.Область изменения напряжений И кэ• в которой схема работает практически как источник стабильного тока, иногда называется диапазоном линейного изменения напряженияНа рис.8.2[3 7].сплошной линией показана как выходная харак8.1),теристика источника тока (схема на рис.так и характеристика идеального источника стабильного тока (штрихпунктирная прямая).
ВАХ источника токаI 0 = I кz = f(U кэ) в диапазонелинейного изменения напряжения имеет постоянный наклон.В этой области производнаяdJк 2 / dUкэ =gк 82 определяет динамическую выходную проводимость источника стабильного тока, а обратная величина1/g = Rявляется динамическим выходным сопротивлением. Идеальный источник стабильного тока имеетнулевую выходную проводимостька1 0 = f(U 0 )или Iк 2=g=g0=О. ВАХ источника то-f(Икэ) позволяет определить типичныезначения для выходной проводимости:(8.2)где gкэ 2 -динамическая проводимость между коллектором иэмиттером транзистораVT2 ,ИА -напрлжение Эрли (см. гл.4),т.
е. величина, обратная коэффициенту модуляции ширины базы для(8.2) следует, что для относительногоизменения тока dJ кz/ I к 2 = dJ0 / I 0 = dU кэz/UА при изменении выходного напряжения на 1 В (dU0 = dИкэ 2 = 1 В) имеемVT 2 •Из формулы(8.3)Поскольку в рассматриваемой на рис.8.1 схеме ток на верхнемнезаземленном выводе направлен внутрь схемы источника тока,то данный тип устройств относится к источникам отрицательной полярности. В обратном случае, когда ток12 =10направлен в противоположную сторону, потенциал в коллекторной цепи транзистора VT 1 должен быть противоположной полярности, т.
е.-S.Для многих применений ИС необходимо иметь источник тока с симметричным диапазоном линейного изменения напряжения, когда выходное напряжение имеет как положительные,так и отрицательные значения. В этом случае схема будет аналогична показанной на рис.8.1,но вместо заземления эмиттеров необходимо подать на них отрицательный потенциал.233Глава В. Аналоговые интегральные схемыСхема источника тока для низких уровней тока по сравнению с рассмотренной включает сопротивлениецепи транзистораR2в эмиттернойVT 1 •Разработано достаточно много различных схем источниковстабильного тока, которые являются значительно более сложными, но при этом имеют значительные преимущества по сравнению с простыми схемами токового зеркала. В качестве примера на рис.8.3приведена схема из нескольких источников токаотрицательной полярности (групповая схема). Здесь транзисторVT 2 с резистором R 2 служит опорным источником тока для транзисторов VT 3 ••• VT 6 • Транзистор VT 1 улучшает стабильностьопорного тока, поскольку он уменьшает различие токоврезистор R 1 и1 2 через транзисторров транзисторовVT 2 ••• VТ6VT 2 [37].I1 черезЕсли размеры эмиттеподобраны таким образом, что плотности тока в них одинаковы, то и падения напряжения на резистоR 2 •• •R 6 будут одинаковыми для всех указанных транзисторов.В рассматриваемой схеме I 3 R 3 = I 4R 4 = I 5R 5 = I 6 R 6 = I 1 R 2 ,рахт.
е. токи обратно пропорциональны эмиттерным сопротивлени:Ям.Чтобы уменьшить площадь, занимаемую транзисторами накристалле ис, желательно не выравнивать размеры эмиттеров.Это особенно важно при больших изменениях токов. Когда размеры транзисторов не обеспечивают равенство плотностей токав них, то напряжения Ивэ транзисторов будут различаться. Длякомпенсации этого расхождения необходимо изменить номиналы сопротивлений в цепях эмиттеров.Б+-(5Рис.8.3Раздел2342.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫПолевые транзисторы (как с управляющими электрическими переходами (ПТУП), так и МДП (МОП)-транзисторы) широко используются в ИС как стабилизаторы и источники стабильного тока. ПТУП может быть использован в качестве стабилизатораилиисточникатока,еслионвключаетсякакдиодсзакороченным на исток затвором.
В этом случае ВАХ такогоПТУП в диодном включении является, по сути дела, токовой характеристикойiси=f(Иси) при Изи= О. При Иси> Uотс (см. гл. 6)ток Iси насыщается, т. е. при увеличении напряжения Иси он изменяется весьма незначительно вплоть до напряжения пробоястокового перехода. Таким образом, ВАХ ПТ в области насыщения также формирует диапазон линейного изменения напряжения подобно характеристике, показанной на рис.8.2.ПодобноПТУП в качестве стабилизаторов тока можно использовать иМОП-транзисторы в режиме обеднения. Существует множествосхем источников тока на МОП-транзисторах, похожих на схемы рассмотренных источников на ВТ.В различных усилительных, цифровых логических и аналоговых ИС источники тока часто используются в качестве активной нагрузки.
Например, токовое зеркало часто применяют какактивную нагрузку в дифференциальных усилителях на ВТ иПТ (см. п.8.2.2.8.3).Источники напряжения.В источниках напряжения выходное напряжение И0 не зависит от величины нагрузки или, что одно и то же, от выходноготока. Существует два основных способа реализации источниканапряжения, которые могут применяться не только по отдельности, но и совместно.
В первом случае реализуются свойстватранзистора преобразовывать импеданс, зависящий от усиления транзистора по току. Другой способ основывается на использовании свойств усилителя с обратной связью.Анализ характеристик преобразования импеданса рассмотрим на примере схемы, изображенной на рис.8.4, где база транR 0 подключена к источнику напряженияивх• Если выходной ток Io возрастает на dio, ТО базовый ТОК изменяется на величину diв = diэ/(~ + 1) = dJ 0 /(~ + 1) (см.
гл. 4).Изменение падения напряжения на сопротивлении R 0 будет равноdIвRо = dI0R0 /(~ + 1 ). Падение напряжения между базой и эмиттером увеличится в соответствии с формулой dИвэ = (dИвэ/diэ)diэ,зистора через резисторГлава В. Аналоговые интегральные схемыРис.где dИвэ/dlээмиттер-Рис.8.4=rвэ-2358.5динамическое сопротивление переходабаза транзистора. В активном режимеlэ::::: lк== 10 ехр (Ивэ/<J>т) и, следовательно, dlэ/dИвэ = (rвэ)- ::::: dlк/dИвэ:::::::::: lэ/<i>т• т.
е. rвэ = <i>т/Iэ·1Используя результаты этого анализа, получим для полногоизменения выходного напряжения выражение(8.4)откуда следует формула для выходного сопротивления рассматриваемой схемы:(8.5)Из(8.5)следует, что за счет усиления (коэффициент~) значение rвых уменьшается по сравнению сПоскольку обычно~- 100,R0пропорционально(~+1).то изменение импеданса (в данномслучае rвых> существенно. Проведенный анализ справедлив длямалых изменений выходного тока. В общем случае полное изменениевыходногонапряжения,вызываемоеувеличениемвыходного тока от 1 01 до1 02 , определяется формулойЛИвых = -ЛloRo/(~ + 1)- <\)т ln (102/101),где Лl0 =102 -(8.6)1 01 •Использование отрицательной обратной связи для уменьшения выходного импеданса иллюстрируется рис.8.5, где К - коR 0 - выходэффициент усиления в отсутствие обратной связи,ной внутренний импеданс усилителя без обратной связи (длянаглядности изображен отдельно от усилителя).
Выходное напряжение данной схемы определяется выражением(8.7)Раздел236гдеR 0 = R 0 /(1+К)-2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫвыходное сопротивление рассматриваемой схемы при наличии обратной связи.Так какR 0 z R 0/ Кпри К»1,то выходное сопротивлениепри наличии обратной связи много меньше, чем в ее отсутствие.Полученные выше значения динамического выходного сопротивления для источника напряжения справедливы при работе на низких частотах. На высоких частотах происходит уменьшение коэффициента усиления (см. гл.4) ипоявляется фазовыйсдвиг между напряжением и током, что приводит к изменениювыходного импеданса, который становите.я комплексным, а наочень высоких частотах-чисто реактивным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
