Источники тока

В качестве простейшего источника тока может быть использован БТ, у которого задано и стабильно напряжение на базе.

Е_б = U_бэ + I_эR_э  I_эR_э

I_э = Е_б/R_э

I_к  I_э

При изменении R_н или внешнего питания, ток I_к @ const.

R_вых @ r*_кэ = r_кэ/

В схеме ОБ: R_вых = r_кэ

т. е. источник тока в схеме ОБ имеет более высокое R_вых.

Токовое зеркало (отражатель тока)

Используют согласованные транзисторы:

VT₁  VT₂

I₀ = I₁

Если >1050, то током базы можно пренебречь, т.е .

i_б1, i_б2  0

I₁ = Е₁/R (i_бэ  0)

U_бэ1 = U_бэ2

₁ = ₂, I₁ = I_к1  I₀ = I_к2  I_к1 = I_к2 = I₀

С помощью VT₁ задаем ток, который отдает дальше VT₂.

R_вых  r_к

Токовое зеркало с масштабированием токов

Параметры источника тока можно улучшить, если ввести ООС по току, т. к. ООС по току увеличивает R_вых  и увеличивается эквивалентное сопротивление источника тока. В рассматриваемой схеме это обеспечивается с помощью R₂. Величина резистора берется такой, чтобы падение напряжения на нем было не очень большим  0,10,7 В, при этом потери напряжения на нем небольшие, а ООС сохраняется во всем диапазоне (практически) питающего напряжения. При этом, чтобы I₀ = I₁обходимо исполнение R₁ = R₂. В этом случае ток задания I₀ = I₁. Если выбрать R₁  R₂, то можно маштабировать токи I₀ и I₁.

Если R₁ > R₂, то I₀ > I₁.

Если R₁ < R₂, то I₀ < I₁.

I₀ /I₁  ln R₁/R₂

Такое свойство источника тока широко используется в интегральной схеме для получения наборов токов от одного источника.

Однако введение R₁все же не до конца устраняет влияние эффекта Эрме, т. е. изменение толщины базы при измененииU_кэ, что приводит к изменению=f(U_кэ). Это означает, что выходное сопротивление такого источника все же не очень высокое.

Часто бывает необходимо, чтобы

R_вых^тока > 110 МОм.

Улучшенным вариантом простого токового зеркала является токовое зеркало Уилсона.

С помощью VT₁ и VT₂ (согласованных) обеспечивается задание и отражение тока. С помощью VT₃ фиксация потенциала коллектора VT₁ и передача тока. В рабочем режиме U_кэ = U_бэТ2  U_бэ0  0,7 В  const

U_кэТ1 = U_бэТ2 + U_бэТ3 = 2 U_бэ0  1,4 В = const

Таким образом потенциал коллектора VT₁ фиксируется с помощью VT₃ на уровне 2 U_бэ0 ниже, чем напряжение питания и при всех изменениях R_н и питающего напряжения практически остается постоянным, поэтому эффект Эрме для VT₁ устраняется, что обеспечивает I₁ = const во всем рабочем диапазоне (Е - 2 U_бэ0).

Возможно дальнейшее каскадирование схемы, что еще больше повышает R_вых такого источника тока.

Если транзисторы согласованы, т. е. (VT₁  VT₂) имеют одинаковые параметры и находятся в одинаковых температурных условиях, то температурный коэффициент такого источника тока приближается к 0, т. е. получаются температурно-независимые источники тока.

Многовыводные источники тока

VT₁ º VT₂ º VT₃

I₁ = I₂ = I_{задания}

Когда необходимо получить одинаковые токи в разных нагрузках, то это может быть достигнуто путем || - го выключения транзисторов, VT₁, VT₂, VT₃ и т. д., в схему задания токов или многоколлекторный транзистор.

Если транзисторы согласованы по параметрам, то согласованы и токи.

Масштабирование токов с помощью транзисторов

Маcштабирование токов в нагрузке может быть осуществлено и путем || - го включения транзисторов. В варианте а) || - но включены VT₂ и VT₃, каждый из них

I_кТ2 = I_зад

I_кТ3 = I_зад Þ

I_S = 2I_зад, т. е. выходной ток в 2р. > I_зад

В б) || - но включены VT₁иVT₂ÞтранзисторVT₃обеспечивает ½ суммарного токаVT₁иVT₂.

Практически в интегральных схемах такое масштабирование обычно обеспечивается за счет площади транзисторов. Например в а) VT₂иVT₃– один из транзисторов в 2р. большей площади.

Геометрические соотношения выдерживаются строго, поэтому такое масштабирование обеспечивает строгое умножение / деление токов.

Чаще используется масштабирование за счет площади транзисторов, а не резисторов, т. к. резисторы в интегральных схемах занимают площадь, >> чем транзисторы и резисторы большого номинала могут занимать площади нескольких транзисторов.