Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

Так как коллекторный ток /к отличается от /э на величину тока базы /б1, для больших значений Ро, т. е. PolI, ток эмиттера в уравнениях (4-1) и (4-3) можно заменить на /к, не допуасая при этом заметной погрешности. Из рис. 4-2 видно, как падение напряжения на участке база - эмиттер одного транзистора может быть использовано для фиксации тока в другом. Пренебрегая током базы и приншиая во внимание, что плошади эмиттеров Ti и 72 равны соотвеубтвенно Si и Sz, для отношения коллекторных токов получим:

(4-4)

Аналогично, учтя падение напряжения база- эмиттер, величину тока h токоотвода можно определить из соотношения

Основные уравнения (4-1) - (4-4) справедливы при изменениях тока, составляющих шесть порядков, и в широком диапазоне температур (обычно от -60 до -1-130*С). Таким образом, токоотвод с диодным смещением, изображенный на рис. 4-2, обеспечивает средство получения опорного тока, не зависящего от параметров приборов, кото-

1"

Рис. 4-3. Улучшенный вариант токоотвода с диодным смещением.

рый можно масштабировать подходя.цим выбором площадей эмиттеров двух данных транзисторов.

Принимая, что транзисторы Ti и Tz имеют идентичную геометрию (т. е. Si=Sz), легк8 показать, что учет влияния конечного базового тока /б в Гг приводит к соотношению

/2 = /1~2/б.

(4-6)

Рис. 4-2. Токоотвод с диодным смещением.

Аналогично учет различия в величинах t/бэ для двух транзисторов дает:

где Д[/бэ=/бэ2-/бэ1. Для типичного транзистора интегральной схемы с Д[/бэ=« ± 1 мВ, Ро~ 100 ток /2 токоотвода с точностью до Ъ% совпадает с опорным током в широком диапазоне температур и значений тока.

На рис. 4-3 изображен модифицированный вариант схемы токоотвода с диодным смещением, который обеспечивает гораздо более слабую зависимость согласования токов /1 и /2 от величины Ро. В такой схеме ток базы Tz, который вычитается из опорного тока, затем возвращается в базу опорного транзистора Ti, тем самым поддерживая на постоянном уровне токи в Tj и Tz при изменениях базового тока. Падение напряжения Us на транзисторе Гз в диодн©м включении фиксирует смещение базы, опорного транзистора Ti, который в свою оче-




. д

20 3D

W SD

П 1~

L

Г"

г-I--

70 20 3D 4D ВО В

Рис. 4-4. Семейство вольт-амперных характеристик каскадов источников постоянного тока на рис. 4-2 (а) и рис. 4-3 (б).,

редь фиксирует уровень ток. в Га. Как показывает анализ напряжений и токов в узлах этой схМм, ток токоотвода h связан с опорным током /•1 соотногаением

/2=/1+(/б1+/бз-2/б2). , (4-8)

Заметим, что дополнительный член в- скобках представляет собой поправку третьего порядка, связан-нЮ с рассогласованием базовых токов, и обращается в нуль при полном согласовании значений Ро данных транзисторов. Если величины Ро согласованы с точностью лучще 20%, то отличие h от h не превышают 0,5% для типичных значений Ро~100.

Работу каскада, представленного на рис. 4-3, можно понять, рассматривая его как особый случай каскада с параллельно-последовательной обратной связью при коэффици-циенте обратной связи в шунтирую-

щей ветви, равном единице. В этих условиях равна единице обратная связь по току между эмиттером Tz и базой Tl. Как следствие глубокой обратной С1зязи выходное сопротивление такого каскада сильно возрастает, что иллюстируется вольт-амперными характеристиками рис. 4-4. Кроме того, поскольку в данном случае практически отсутствуют погрешности, связанные с базовыми токами, температурные зависимости /i и h почти совпадают.

Токоотвод с резисторным смещением

На рис. 4-5 изображен еще один вариант токоотвода с диодным смещением, в котором для фиксации токов используется отношение сопротивлений, а не площадей эмиттеров. Пренебрегая током базы Тг, величину тока через каждый из транзисторов можно определить из соотношения

= C/cM. (4-9)

Разность падений напряжения база - эмиттер для двух идентичных транзисторов при данных коллекторных токах h и h можно записать в виде

АС/бэ=С/бэ2-С/бэ1 =

= U\n{Ih). (4-10)

Таким образом, из (4-9) и (4-10) для отношения токов можно получить:

С/т In (/, ,)

(4-11)


Рис. 4-5. Токоотвод с резисторным смещением.



Если падение напряжения на Ri сравнимо с иэ, то второй член в квадратных скобках пренебрежимо мал и отношение токов приблизительно равно отношению сопротивлений:

hfhRifR2. (4-12)

При IiRiUa отношение токов равно отношению сопротивлений согласно (4-12) с максимальной ошибкой меньше ±10% в диапазоне двух порядков величины тока, т. е.

(l/10<(/2 l)<10)

независимо от температурь!

Источник постоянного тока с ре-зисторным смещением предпочтительнее простого источника с диод- . ным смещением, изображенного на рис. 4-2 в случае, .когда отношение (hlh) значительно отличается от единицы, поскольку отношение сопротивлений можно варьировать в более широком диапазоне, чем от-отношение площадей эмиттеров.

На рис. 4-6 показан случай использования каскада постоянного тока с резисторным смещением при Ri = 0. Такая конфигурация особенно полезна для получения очень низких значений тока источника при относительно больших значениях опорного тока. Если геометриитран-зисторов идентичны, то Ti работает при более высоком токе, чем эмит-терно-базовый переход транзистора Т2, и падение напряжения Uz на резисторе Rz определяется как

• f/2=/2i?2 = t/60l-f/632. (4-13)

Решая уравнения (4-10) и (4-13) относительно R2, можно написать:

R2=U/hln(IJ2). (4-14)

Поскольку Rz пропорционально логарифму отношения токов, для достижения большой величины отношения токов не требуется слишком больших сопротивлений. Например, полагая J?2=20 кОм, получим отношение токов 100 :1 при /i=l мА и /2«10 мкА. Дополнительное преимущество источника постоянного тока на рис. 4-6 связано с тем об-

fi о

Рис. 4-6. Каскад источника постоянного то-кадля схем с малыми токами.

стоятельством, что его ток /2 относительно слабо зависит от напряжения питания:

(4-15)

Таким образом, при /1/2 h изменяется как логарифм напряжения питания. Как мы увидим в следующей главе, такая схема особенно полезна при малых токах для создания смещения входного каскада операционного усилителя, где она может быть использована для фиксации уровня тока покоя; данного каскада независимо от -изменений напряжения питания.

Дифференцируя (4-15) по температуре, .можно -показать, что температурный коэффициент /2 обращается в нуль, если температурная зависимость Rz такова, что dR„ dT

(4-16)

При комнатной температуре это соответствует температурному коэффициенту около 3,3-10-3 oQ-i. Монолитный резистор с таким температурным коэффициентом можно изготовить на базе высокоомной р-области либо эпитаксиального слоя п-типа, как описано в. гл. 3.

4-2. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ

В различных схемных приложениях часто необходимо иметь в цепи точку с низким импедансом, которая могла бы служить внутренним источником напряжения. В идеале



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [ 24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0006