Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Усиление по току й (или йм) для ИС-транзисторов много больше единицы, поэтому можно сказать, что Ус, = Ус, ж 1ь Для типичного усиления по току ! 00 учет влияния базового тока даст лишь 2 %-ное различие между Ус и У,. Даже такое низкое усиление по току, как 50, приведет только к 4 %-ному различию между Ус и 1,.
Следовательно, на практике в большинстве случаев можно пренебречь влиянием базового тока и считать, что 1с,= Ус„=б Рассмотренную схему будем называть гпоковым зеркалом, так как ток, текущий через левую часть схемы, является по существу зеркальным отражением тока в правой части.
Эта схема служит основой большинства схем источников тока, которые будут здес~ рассматриваться, а также большинства схем активной нагрузки дифференциального усилителя, которые исследуются ниже. Предыдущий анализ транзисторной пары токового зеркала быч проведен в предположении полной идентичности обоих транзи !тсточники постоянного тока, напрянсгния и опорного напряженсис ! сторон. оров. Рассмотрим, что происходит в реальной ситуации, когда это п предположение не выполняется. Например, даже у двух ИС- транзисторов идентичной конструкции, которые расположены в непосредственной близости друг к другу на одном кристалле ИС, „пществуют небольшие различия в электрических характеристиках.
Наиболее важное Различие между двумя идентичными транзисторами состоит в ширине базы )У. Это различие в ширине базы двух в остальном идентичных транзисторов проявляется в различии усилений по току и становится причиной напряжения смещения Уов. Т оса и 1ссаа = "о Рнс. 3.2. Основная схема ис- точника тока. Для схемы токового зеркала различие усилений по току не играет большой роли вследствие малости базового тока, тогда как напряжение смещения может оказаться существенным.
Понятие напряжения смещения пары транзисторов будет важно также при рассмотрении дифференциального усилителя. Для двух транзисторов, которые в активной области характеризуются соотношениями 1с, = 1то, ехр (Увв,1Уг) для !1» (3.!) 1с, = lто, ехр (Увв,1Уг) для 1~т, (3.2) напРЯжение смещениЯ Уов бУдет опРеделатьса УРавненнем ехр (Уоз1Ут) = 1со,11то„. Поэтому в паре транзисторов токового зеркала (при Увв, = Увв,) токи коллекторов не будут точно Равны, а будут подчиняться соотношению 1с,11с, = 1то,11то, = ехр (Уов1Ут). Для идентичных транзисторов, как правило, напряжения смещения порядка ь! мВ. Это соответствует отиоше. нию токов lс,11в, — — ехр (Уоз1Уг) = ехр (~! мВI25 мВ) = ! ~ ~ !123 = 1 ~ 0,04, или +-4 )е-ному различию между коллектор- ными токами пары транзисторов, Расстютрим простой источник постоянного тока, показанный на Рис.
3,2. Ток 1, равен 1х = (" "вв )1)с» (3.3) 6* Глава 3 где У+ — постоянное положительное напряжение питания схемы. /а = /с, = /с, ж /ь поэтому расчет этой схемы сравнительна прост. Если, например, требуется, чтобы этот источник давал ток /, = 1,0 мА, нужно, чтобы ток /, был равен 1,0 мА. Если (/+ = = 15 В, то й, = ($" — )'ви)//> = (15 — 0,7) В/1,0 мА = 14,3 кОм. ак„, калили ыа и и Рнс. З.З. Выходные характеристики источника тока. Важно отметить, что /.
остается приблизительно постоянным и равным 1,0 мА в том диапазоне аначений )'а„при котором транзистор Яа находится в активной области. Если В)'ева = 50 В, то диапазон напряжений ке, для раба>ы источника постоянного тока составит от +0,2 до +50 В. Вне этого диапазона напряжений схему даже приблизительно нельзя считать источником постоянного тока.
Диапазон напряжений, в котором схема работает приблизительно как источник постоянного тока, называется диапазоном линейнаеа изменения напряжения. Таким образом, для рассматриваемой схемы диапазон линейного изменения напряжения ог +0,2 до +50 В. Однако даже в диапазоне линейного изменения напряжения схема является всего лигаь хоргипим приближением к идеальному источнику тока, На рис, З,З для сравнения представлены выходные характеристики данной схемы и идеального источника постоянного тока. В пределах диапазона линейного изменения напряже. ния выходной ток рассматриваемого источника слабо возрастает с увеличением напряжения на источнике )ло = )лс,. Вольт-ам.
перная характеристика /а (ко) источника постояни>го тока имеет Игпычнпяо поспюяпного тока, нопрявгенпя и опорного напряжения 16З „иблизительно постоянный наклон в большей части диапазона „„ейного изменения напряжения. Этот наклон определяется п взводной г(/о/г(Уо = до* которая представляет собой дина„„,ческую выходную проводимость источника поетпоянного тока. Величина, обратная йо го = 1/до, является динамическим выяоднаьи сопРотивлением источника тока, Заметим, что идеальный источник тока имеет нулевую динамическую выходную проводи- ость (уо = 0) и соответственно бесконечно большое динамическое выходное сопротивление. ч о и чо Рис.
3.4. Эквивалентные схеиы источников тока: о — реальный источник тока;  — идеальный источник тока (Во = О). На рис. 3.4 показаны эквивалентная схема реального источника постоянного тока н для сравнения схема идеального источника тока, для которого до —— О, Это представление справедливо только в пределах диапазона линейного изменения напряжения источника.
Определим несколько типичных значений для выходной проводимости. о/о ")с, ~/с г)ио арс, "Усе, ""' Ул ' (3.4) где кгг, — динамическая проводимость между коллектором и эмиттером транзистора Я„а ӄ— начальное напряжение, или величина, обратная коэффициенту модуляции ширины базы для с/а (см приложение В).
Типичные значения У„для ИС-транзисторов л~жат в диапазоне от 100 до 300 В; здесь выбрано значение 250 В. Поскольку /с, = 1,0 мА, до = д „= /с/Ул = 1,0 мА/250 В = = 1000 мкА/250 В = 4 мкА/В = 4 мкСм и соответственно го = = 250 В/1,0 мА = 250 кОм. Следовательно, /о /с, изменяется "а 4 мкА пРи изменении Уо на 1 В. В пРоцентном выРажении из"ененпе /о при изменении У на ! В определяется равенствами с) (г(/о/г(Ус) Х 100 оо~ = 4 мкА/В/!000 мкА Х 100 % = о = 04 "' = 0,4 .г'В. Следовательно, выходной ток этого источника тока увеличивается на 0,4 ой при увеличении напряжения на 1 В.
166 Заметим, что этот результат не зависит оз уровня выходного тока. у"= "аоа ! 4 Рнс. 3.6. Схема источника тока, В результате анализа основной схемы источника тока получаем следующее. Выходной ток источника тока в диапазоне линейного изменения напряжения от +0,2 до +50 В равен 1 мА. Динамиче. ская выходная проводимость 4 мкСм, или 0,4 %~В. Поскольку ток на верхнем, незаземлениом выводе направлен внутрь схемы источника тока, то данный тип источника относят к источникам отрицательной полярности в отличие от источника тока, в котором ток вытекает из верхнего, незаземленного вывода. Чтобы получить источник, обратный источнику тока отрипательной полярности, можно использовать ту же конфигурацию основной схемы, но вместо напряжения питания уе взять отрицательное напряжение постоянного тока У и прп-транзисторы заменить рпр-транзисторами (рис.
3.51. Этот источник тока имеет диапазон линейного изменения напряжения от — 0,2 до — 50 В. ЗЛ.!. Источник така с симметричным диапазоном линейного пзмемения мапряженсся. Для многих применений ИС желательно иметь источник тока с симметричным диапазоном линейного изменения напряжения, т. е.
включающим как положительные, так и отрицательные значения напряжения. На рис. 3.6 представлена Итак, поскольку др — — !ой'„, то выражение относительного изменения выходного тока при изменении выходного иапряжени„ на 1 В имеет вид Лго ! 1 lо 1 — — = — Ко = —— 10 охо 10 10 аА 1'А Соответственно изменение lо при изменении Уо на ! В, выраженное в процентах, имеет вид — — Х 100оа =100аУ$ 1 Л1о (3.6) Истгтники погтонннот токи, напряжения и опорного напряжении 167 „ема источника тока отрицательной полярности с симметричным „апазоном линейного изменения напряжения.
Основные прин„ипы работы этой схемы те же, что и у схемы, рассмотренной выше. тг+ рнс. Э.б. Источник тока с симметрпчпмм диапазоном линейного нзмевения напряжения. ч- Поскольку змиттер транзистора (~з подключен к 1г", а не к «земле», диапазон линейного изменения напряжения этого источника сдвинут в отрицательном направлении на 1г вольт. +0~2 а Диапазон линейного †-~ нтеаненне нзнреегения -1а,п в +за а Рнс З.т. Сравнение диапазонов лннснного изменения напряжения.
Например, если 1г+ = 18 В и Р = — 15 В, то диапазон линейно ейного изменения напряжения составит от — 14,8 до +35 В, е ~одержит как потенциал земли, так и отрицательные значения напряжения. 168 Глава 3 Для определения Р! воспользуемся соотношением 1, = (р« — У вЂ” 'и'на)Я,. При 1, = 1,0 мА соответствующее значение 1,, будет 17, = (30 — 0,7) В11,0 мА = 29,3 кОм. Если, с другой стороны, верхний конец Й! снова подсоединить к «земле», а не к р+, то требуемое значение Гс! уменьшится до 14,3 кОм. Динамическая выходная проводимость этой схемы та же, что у схемы, рассмотренной выше, а именно 4 мкСм (или 0,4 %1В) На рис.
3.7 для сравнения приведены выходные характеристики рассмотренных, а также идеального источников тока. 3.1.2. Источи!!к тока для низких дровней я!ока. В рассмотренных выше схемах источников тока для уровня тока 1 мА требовалось сопротивление 17! = !4,3 кОм. Для меньших уровней тока значение 17! следует пропорционально увеличивать.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
