Работа 3.1

Источники тока на МОП-транзисторах

3.1.1. Источники тока на МОП-транзисторах

Простейшим источником тока на МОП-транзисторах является отражатель тока, показанный на рис. 3.1.1. Такую схему часто называют токовым зеркалом. «Сердцем» токового зеркала является транзистор VТ2, затвор которого соединен со стоком. При таком включении , поэтому VТ2 работает в режиме насыщения.

Зависимость между током стока и напряжением затвор-исток транзистора VТ2 определяется напряжением

        (3.1.1)

Здесь  – пороговое напряжение второго транзистора. Управляющий ток  равен току стока второго транзистора  и определяется напряжением источника питания Eс и сопротивлением резистора Ro:

       (3.1.2)

Величину Ro можно определить из уравнений (3.1.1) и (3.1.2). Резистор Ro может быть навесным, т. е. располагаться вне интегральной схемы.

Рис. 3.1.1

Напряжение затвор-исток транзистора VТ1  такое же, как у транзистора VТ2, а ток стока равен

.

Поскольку пороговые напряжения VТ1 и VТ2 одинаковы, то отношение токов пропорционально отношению удельных проводимостей транзисторов:

.

Как правило, длины каналов обоих транзисторов выбирают одинаковыми, поэтому отношение токов можно регулировать, изменяя ширину каналов:

.

Отражатели тока на МОП-транзисторах очень удобны для задания смещения в многокаскадных интегральных усилителях. Схема токового зеркала содержит минимальное число резисторов и за счет этого занимает малую площадь на кристалле. Управляющий ток задается с помощью одного резистора (часто навесного), а токи отдельных каскадов формируются с помощью токовых зеркал.

Пример 3.1.1. Расчет отражателя тока. В схеме на рис. 3.1.2 . Пороговые напряжения транзисторов одинаковы и равны 1 В. Удельная крутизна канала второго транзистора . Каналы транзисторов имеют одинаковую длину, а ширина канала первого транзистора . Определить сопротивление резистора , при котором ток нагрузки .

Рис. 3.1.2

Решение. Ток нагрузки пропорционален отношению ширины каналов транзисторов, поэтому .

Для цепи на рис. 3.1.2 справедливы уравнения

,

.

Подставив в первое уравнение параметры транзистора VT2, найдем, что напряжение затвор-исток .
Сопротивление резистора  найдем из второго уравнения

.

3.1.2. Модифицированный источник тока на МОП-транзисторах

Отражатель тока на рис. 3.1.1 эквивалентен источнику тока, показанному на рис. 3.1.3. Выходное сопротивление источника  равно выходному сопротивлению МОП-транзистора.

Рис. 3.1.3

Схема отражателя тока с улучшенными характеристиками показана на рис. 3.1.4.

Рис. 3.1.4

Сопротивление модифицированного отражателя тока пропорционально произведению выходных соспротивлений транзисторов VT1 и VT3:

.

Здесь  - передаточная проводимость транзистора VT3.

3.1.3. Рекомендации по выполнению предварительного расчета

Расчет отражателя тока, показанного на рис. 3.1.2, рассмотрен в примере 3.1.1.
Исходные данные для расчета приведены в табл. 3.1.1.

3.1.4. Рекомендации по сборке схем

При сборке схем источников тока использовать модели МОП-транзисторов из библиотеки EVAL.slb. Примеры схем можно найти в файлах W3_1_1, W3_1_2, W3_1_3 в папке EMF\Labs

3.1.5. Рекомендуемая литература

1. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: учеб. для вузов / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 790 с.
2. Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов / И.П. Степаненко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. – 488 с.: ил.
3. Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл: пер. с англ. – 6-е изд. – М.: Мир, 2003. – 704 с., ил.
4. Довгун, В. П. Электротехника и электроника: учеб. пособие: в 2-х ч. Ч. 2 / В. П. Довгун. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 252 с.