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. IВЫХ 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 Uсм.

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

Разброс параметров транзисторов обусловлен различной шириной базы и выражается в различных значениях IК1, IК2 при фиксированном UБЭ. 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 КВИП можно определить по формуле:

Таким образом при увеличении UПИТ прямо пропорционально увеличивается IВЫХ

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: