Источники тока. Простое токовое зеркало. Основные соотношения. Температурный коэффициент

Источник тока - это элемент интегральной схемы, обеспечивающий ток, независимый от параметров нагрузки. Источники тока представляют собой прекрасное средство для обеспечения смещения транзисторов, и кроме того незаменимы в качестве активной нагрузки для усилительных каскадов с большим коэффициентом усиления и в качестве источников питания эмиттеров для дифференциальных усилителей. Источники тока необходимы для работы таких устройств как интеграторы, генераторы пилообразного напряжения. ИТ может быть управляемым, т.е. I_ВЫХ является функцией управляющего сигнала или воздействия.

Рис. 17 Схема простого токового зеркала на биполярных транзисторах

Запишем значение управляющего тока:

Найдем значение выходного тока в зависимости от тока управления. Т.к. в микроэлектронном исполнении транзисторы практически одинаковы и для схемы простого токового зеркала , следовательно . А управляющий ток определяется как . С учетом двух последних выражений можно записать:

, отсюда ;Ф. 1

при b=100 отношение , т.е. разбаланс составляет 2%.

при достаточном большом b . Благодаря последнему свойству эта схема источника тока и получила свое название - «токовое зеркало».

Предыдущий анализ транзисторной пары токового зеркала был проведён в предположении полной идентичности обоих транзисторов. Рассмотрим, что происходит в реальной ситуации, когда это предположение не выполняется. Например, даже у 2-х ИС - транзисторов идентичной конструкции, которые расположены в непосредственной близости друг к другу на одном кристалле ИС, существуют небольшие различия в электрических характеристиках. Наиболее важное различие между двумя идентичными транзисторами состоят в ширине базы W.

Это различие в ширине базы проявляется в различных коэффициентах усиления по току и становится причиной появления напряжения смещения U_см.

Для схемы ТЗ различия в усилении по току не играют большой роли вследствие малости базового тока в то время как влияние U_см может оказаться существенным.

Разброс параметров транзисторов обусловлен различной шириной базы и выражается в различных значениях I_К1, I_К2 при фиксированном U_БЭ. Напряжение смещения определяется для пары транзисторов как разница базоэмиттерных напряжений при одинаковых токах коллектора:

Ток коллектора связан с базо-эмиттерным напряжением основным соотношением для биполярного транзистора - уравнением Эберса-Молла:

;

Запишем выражения для токов коллектора VT1 и VT2 через уравнение Эберса-Молла:

Найдем отношение токов коллектора:

Типичное значение напряжения смещения ±1-3 мВ. При напряжении смещения 1мВ разбаланс токов коллектора для пары транзисторов составляет:

Ф. 2

Выходная проводимость определяется как наклон выходной характеристики биполярного транзистора включенного по схеме с ОЭ:

Найдем относительное изменение выходного тока по формуле:

Ф. 3

Коэффициент влияния источника питания определяется следующим образом:

т.к. , Ф. 4

то производная от выходного тока по напряжению питания будет иметь вид:

,

а значение коэффициента влияния источника питания К_ВИП можно определить по формуле:

Таким образом при увеличении U_ПИТ прямо пропорционально увеличивается I_ВЫХ

Температурную нестабильность выходного тока можно определить следующим образом: найдем производную выходного тока (См. Ф. 4)по температуре:

Подставив последнее выражение в формулу для ТКI получим следующее выражение: