Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Отметим взаимную компенсацию действия базовых 174 Гвоаа 3 токов. В реальной схеме полной взаимной компенсации базовых токов не происходит из-за несогласованности транзисторов, но разность между 1, и /, будет чрезвычайно мала, Диапазон линейного изменения напряжения. Для правильной работы этой схемы все три транзистора должны находиться в активной области. Поскольку падение напряжения на 9в равно У т.
е. -0,6 В, и напряжение, необходимое для того, чтобы предот- а|о т1 аооп )ЬК МО. дннавичвваяв вавяавввв проваявммпь токового варнава увлсона вратить насыщение транзистора с/„составляет примерно +0,2 В, иа 4/в и на 9а суммарное напряжение будет 0,8 В. Например, если У = — 15 В, то нижняя граница диапазона линейного изменения напряжения составит — !4,2 В. Динамическая выходная проводимость схемы токового зеркала Уилсона. Для определения динамической выходной проводимости этой схемы представим динамическую проводимость между коллектором и эмиттером транзистора Я„д,в в виде проводимости, внешней по отношению к транзистору (рис.
3.10). Считая, что выходное напряжение изменилось на ЛГо, определим соответствующее изменение выходного тока Л /о. Тогда отношение Л /о к ЛУо определит выходную проводимость: до = Л/о/ЛМо. Изменение выходного тока /з1о, проходящего через Щ вызовет равное изменение тока через Щ.
Если считать, что ток питания 1, остается постоянным, то изменение базового тока транзистора с/а равно — /х/о. Это изменение базового тока транзистора г/а Вызовет изменение тока коллектора на — ДЛ /о. 1лспигснипи поспдопннего псоки, наприппнип и опорного напрпиглнип 1гб Изменение выходного напряжения Л У~ повлечет за собой изменение тока через д на д„ЛУо. Складывая токи на коллекторе с в получаем А)0 () А/О + йссе АУО Приводя подобные члены при /0 в левой части, получаем А/о(1+ ()) = й,. ЛУо* откуда динамическая выходная проводимость равна а ГО все с ос ЕЛ ко= — =— ДУО 1+3 1+Р (3.33) (3.34) (3.35) Если, например, /о = /с, = 10 мкА, Уп = 250 В (начальное напряжение) и Р = 100, получаеьд для до со = (10 мкА/250 В)/101 = 0,4 нА/В = 0,4 нСм.
(3.36) Это ничтожно малая выходная проводимость. В нормированном или процентном выражении получаем 4.!О-д/В 4,10-э о~/В (3 ЗТ) сУо 1 10 с1УО Гл11+й) Таким образом, при изменении выходного напряжения на 1 В выходной ток изменяется всего лишь на 0,004 есге. ЗЛ,б, Составной источник гпоко отрицательной полярности (два источника, один из когпорых смещает. другой). На рис.
3.11 представлен еще один тип составного источника тока. Эту схему можно рассматривать как источник тока отрицательной полярности, смещенный другим источником тока отрицательной полЯРности, где (',>, и 11д (вместе с /ддд и гсд) Работают как обычнаЯ схема источника тока; в свою очередь ток коллектора транзистоРа ч)д пРедназначен длЯ смеЩениЯ ф„котоРый Работает как источник тока. Полное падение напряжения на транзисторах 1~ и дче в диодном включении (2Упе — — 1,3 В) используется, чтобы обеспечить падение напряжения база — змпттер фд, необходи"ое для его работы в активной области, а падение напряжения ~оллектоР— база тРЕбУетсЯ длЯ Работы тРанзистоРа Яд в актив"ой области.
Если бы ие было 9, и Яе (т. е. если бы схема здесь была замкнУта накоРотко), то Щд и 9д не могли бы одновРеменно оставаться в активной области. Рассмотрим пример расчета. Пусть 10 — — !О мкА и /д = О мА при У = — 15 В. Учитывая, что /д = (1" — ЗУвв /Юв н полагая 1'в . = 0,7 В, получаем )сд = (15 — 2,1) В/1,0 мА = нап яж = 12 й кОм. Поскольку отношение токов /// = 100, падение Р ения на гс, имеет вид /д/1, = ЛУви Уг 1п 100 д, й 25 мВ 4,6 = 115 мВ. Поскольку /, /о 10 мкА, имеем 176 Глава а Ра = 1!5 мВ!10 мкА 11,5 кОм. Отсюда следует, что расчет этой схемы очень похож на расчет простого источника для низ ких уровней тока, приведенный выше. Диапазон линейного изменения напряжения. Чтобы источник тока отрицательной полярности работал в диапазоне линейного ~ге в, ч- и- ййяа, а,!1.
составной источник тока отрицательной нолнрности амтачияк тока, смещенный другим источником тока). изменения напряжения, все транзисторы в схеме должны быть в активном режиме. Нижняя граница диапазона линейного изменения напряжения равна и 1 + ) Вез + т Вев + )ГВев + )ГсВ алт~ — 15 + 3 0,7 — 0,5 = — 13,4 В. (3,38) Значит, диапазон линейного изменения напряжения сдвинут на 1,5 В по отношеншо к отрицательному напряжению питания. Верхняя граница диапазона линейного изменения напряжения определяется напряжением пробоя коллектор — база транзи- стора !3.30) 9 13. 40) ~'е~ = В1'сво, + 3)гвв + 1' ° Для напряжения пробоя 50 В это дает 'к'„г = 50 + 2,1 — 15 +37,1 В. ! 1 ! но уатаиники паппаяннага така, напряжения и апарнага напряжения 177 динамическая выходная проводимость источника тока отрицаьной полярности, смещенного таким же источником.
Основное тличие источника тока, смещенного таким же источником, от „ остых схем источников тока в его очень низкой выходной пронмости, Это отличие определено очень высоким импедансом включенного последовательно с эмиттером транзистора (/„ который служит выходным импедансом транзистора (~,, Из уравнения для выходной, или коллекториой, проводимости транзистора — 1+ (/а/Уг) (гл+ г,)/а (3.41) +(/а/рт)Уа+(га4 г 1/р) следует, что в предельном случае, когда Ла становится очекь большим, д, стремится к (/с/)/я)/3. Это примерно соответствует рассматриваемому здесь случаю, поэтому схема характеризуется очень малой динамической проводимостью. Если принять, что типичное значение )г,, = 250 В, а й = 100, получим у, ж (/с/)га)/3 = (10 мкА/250 В)/100 = 0,4 нА/В = 0,4 нСм.
(3.42) Соответствующее значение для го = !/уо — — 1/(0,4 нСм) = 2,5 ГОм. Изменение го на 1 В приводит к изменению /а на (1//о) (Ыо/'Л' о) Х 100 а/о = 0 004 а4/В, (3.43) Следовательно, выходной ток лежит в диапазоне линейного изменения напряжения, и эта схема является хорошим приближением к идеальному источнику тока. Динамическая выходная комплексная проводимость.
Очевидно, что лишь на низких частотах динамическая выходная активная проводимость источника тока отрицательной полярности имеет очень низкое значение. При переходе к более высоким частотам следует принимать во внимание паразитные емкости в схеме и, следовательно, рассматривать динамическую выходную комплексную проводимость источника тока отрицательной полярности Уа = ко + /ыСшь Если ИС-транзнстор имеет емкость коллек- тоР— база 1 пФ и емкость коллектор — подложка Саа = 2 пФ, то полнаЯ емкость Сми в коллектоРе тРанзистоРа Щ Равна С,а, = 3 пФ. Выходная комплексная проводимость имеет вид Уа до -1- /вСьм = 0,4 нСм + /о 3,0 пФ. (3.44) Частота в точке пРобоЯ /ьр Дла комплексной пРоводимости опРЕ- деляется выражением 1ь = до/(2пСьаь) = 21 Гц.
(3.45) Следовательно, только для частот ниже 10 Гц выходная провод"мость уо жпо — — 0,4 нСм. Выше -50 Гц преобладающий 17В Глава а вклад в выходную комплексную проводимость вносит реактив пая составляющая 1ьтСтот. Например, прн ~ = 1 кГц выходная комплексная проводимость равна уо = 119 нСм, а динамический выходной импеданс равен — 153 МОм. При 1 = 1 МГц соответ ствуютцие значения будут уо — — +1'19 мкСм и го = — 153 кОм.
8,1.7. Схема из нескольких истпочникое тока отприцательной полярности. На рис. 3.!2 показана схема из нескольких источ. у+ и, у1Рыс. 3.12, Схема ив тмскольких источников тока отрицательной нолирноетн. т ников тока отрицательной полярности (групповая схема). Транзистор ь1в и резистор )че служат опорными источниками тока для тРанзистоРов Яв — 1,тв. Заметим, что посколькУ базы тРанзистоРов 1ев — !',1в соединены, все тРанзистоРы имеют одинаковое базовое напряжение. Кроме того, нижние выводы резисторов йв — )тв подсоединены к одному и тому же источнику отрицательного напряжения питания.
Если РазмеРы эмиттеРов тРанзистоРов !',1к — 1), поДобРаны так, что плотность тока во всех этих транзисторах одна и та же, то падение напряжения между базой и эмиттером 1'ни для ука. ванных транзисторов будет одинаково. В результате будут созна дать падения напряжения на резисторах )гв — )св. Поскольку кол лекторные и эмиттерные токи приблизительно равны и падение напряжения на всех указанных резисторах одинаково, можно утверждать, что 1втсв = 14йв = 1ь)е, = 1в)ев = 1,нт„т, е.
ток обратно пропорциональны эммиттерным сопротивлениям. /Ггтачники логтоянного глока, налрюкения и олорного нолряяггния !79 Рассмотрим пример расчета. Г!усть /, = 1,0 мА, /г = 1,0 мА, / = 2 0 мА, /, = 4,0 мА и /, = 8,0 мА, а падение напряжения в на всех резисторах, за исключением /к,„4,0 В. Тогда для сопро- тивления резисторов получаем следующие значения: /гв = /тв = 4,0 В/1,0 мА = 4,0 кОм, Рв = 4,0 В/2,0 мА = 2,0 кОм, Рв = 4,0 В/4,0 мА = 1,0 кОм, /вв 4,0 В/8,0 мА = 500 Ом.
Если У' = + 10 В и У = — 10 В, то полное падение напря- жения на /!в + йв составит 20 — 1,4 = 18,6 В. Поскольку !7з 4,0 кОм, это дает /с, = 14,6 кОм, В предположении, что типичное усиление по току равно 100, полный базовый ток транзисторов Д, — Яв будет равен /а пом ° = 16 мА/!00 = 0,16 мА. Если бы не было транзистора Ям ток /в через /св был бы на О,!6 мА больше, чем через Яв. Чтобы умень- шить различие между этими двумя токами, и используют тран- зистор !г„уменьшающий полный базовый ток с коэффициентом усиления по току.
Если усиление по току Я, равно 100, то полный базовый ток 0,16 мА уменьшается до 0,16 мА/100 = 1,6 мкА. Следовательно, разность тока транзистора !!в и /, составляет лишь 1,6 мкА, или 0,16 ой. Чтобы уменьшить площадь, занимаемую транзисторами на кристалле ИС, желательно не выравнивать размеры эмиттеров. Это особенно важно тогда, когда нужны очень большие отноше- ния токов. Если не подобрать размеры транзисторов так, чтобы плотности тока были равны, то падения напряжения между ба- зой и эмиттером транзисторов не будут равны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
