Генераторы стабильного тока (ГСТ)

Выше была установлена важная роль, которую шрает в ДК источник, или тонератор тока /о. Совокупность источника напряжения Е" и резистора Л, с большим значением сопротивления в качестве источника тока применяется редко. Это обусловлено тем, что такой способ построения источника тока связан с большой площадью подложки, занимаемой резистором, и требует источника питания с повышенным напряжением. В интегральных схемах источники тока строятся на транзисторах. При этом используется то обстоятельство, что транзистор в схемах с ОЭ и ОБ обладает различными значениями сопротивлений переменному и постоянному токам: высоким (порядка сотен килоом) выходным сопротивлением по переменному току и небольшим сопротивлением по постоянному току, благодаря чему нс требуется высоковольтный источник питания.

Рассмотрим особенности реализации и основные свойства генератора стабильного тока, схема которого приведена на рис. 4, а. Допустим, что ток /бо в базовой цепи транзистора УТо равен нулю. Тогда, в силу того, что транзистор УТ в диодном включении подсоединен к базе транзистора УТо, должно выполняться следующее соотношение:

Используя (9), определим температурный коэффициент тока /о:

так как при одинаковых площадях транзисторов разность ДС/бЗа счет различных токов утечки /_П|, /_по не превышает 0,5 мВ.

После подстановки (11) в (7) получим соотношение, связывающее ток I] с током /₀:

Рис. 4. Схемы генератора стабильного тока.

Из (12)следует, что:

=> ток /₀ токопитающего каскада зависит от температуры <�р_т = kT/q и соотношения сопротивлений R! Rq. При заданных /_ь R путем выбора /?₀ можно изменять /о в пределах 2−5-3 декад [49];

=> при равенстве сопротивлений R = Rq выполняется равенство токов 7i = /о (так как In 1Нъ = 0), т. е. транзистор VT$ является «зеркалом» для тока /], отображая любые его изменения в собственном токе /₀.

В частном случае R = /?о = 0 схема генератора тока принимает более простой вид (рис. 4,6). Дадим оценку зеркальных свойств этой схемы. Критерием качества выберем коэффициент передачи К = I Ток 1 складывается из трех токов:

где /₀ = /"о — ток генератора стабильного тока (ГСТ), или коллекторный ток транзистора VT₀; 5 = /_к-о//_К| соотношение токов, определяющееся разбросом геометрических размеров транзисторных структур; (3₀ ⁼ Ло^/ю" Pi = /_к,//_б, коэффициенты усиления коллекторного тока транзисторов.

Если 5 = 1, Ро = Р1 = Р «1, то из (13) находим показатель качества «зеркального» отражения схемы.

т.е. /о практически повторяет ток 1.

В ряде случаев получение требуемог о значения тока /о достигается изготовлением транзисторов VTq и VT с различными площадями эмиттеров, в результате чего изменяется отношение токов покоя /_п]//_п0, появляется разность AUfo (11), приводящая к изменению /₀. Такая мера нормирования /₀ позволяет уменьшить номинал резистора R или полностью исключить его из схемы на рис. 4,а.

На рис. 4,в приведена схема токопитающего каскада, достоинством которой является то, что транзистор VT_{) не входит в насыщение даже при малых значениях напряжения на коллекторе. Это обусловлено наличием отрицательной обратной связи, которую обеспечивает транзистор VT. С помощью резистора R устанавливается напряжение (У_бэ| на базе транзистора VT. Значение тока /₀ определяется по формуле /о = U^IRq. Такой токопитающий каскад используется в схемах с низковольтным (2−5-3 В) питанием.

В приведенной на рис. 4, г схеме ГСТ, так же как в схеме на рис. 4Д базы транзисторов VTq и VT соединены друг с другом, отличие проявляется в том, что между коллектором и базой транзистора ^/Т вместо перемычки включен транзистор VT₂ по схеме с ОК. Для этой схемы К = I (JI ~ 1 — 2/р², т. е. использование дополнительного транзистора улучшает зеркальные свойства (14).