Источник тока

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности задания коэффициента изменения выходного тока. Источник тока содержит транзисторы 1-8 и дифференциальный каскад с транзисторами 9 и 10 динамической нагрузки. При этом транзисторы 1 и 2 образуют токовое зеркало, обеспечивающее преобразование опорного тока, протекающего через транзисторы 2 - 4, в выходной ток, протекающий через транзистор 1. Транзисторы 5 и 6 образуют аналоговый инвертор. В устройстве формируются два напряжения с отличающимися температурными коэффициентами. Эти напряжения подаются на транзистор 4, управляя определенным образом током через него. Эти напряжения формируются при помощи схемы на транзисторах одной структуры. Схема источника тока обеспечивает юстировку температурных характеристик внешней цепи. За счет повышения стабильности изменения выходного тока источника тока при изменении температуры повышается стабильность выходного напряжения относительно изменения температуры. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) Н 03 Р 3/04, 1/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4434598/24-09 (22) 31.05.88 (46) 30.08.90. Бюл. И 32 (72) Д.В.Бородин и В.Н.Богатырев (53) .621.375.024 (088.8) (56) Патент США Ь" 4636742, кл. H 03 F 1/30, опублик. 1987. (54) ИСТОЧНИК ТОКА (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение точности задания коэффициента изменения выходного тока. Источник тока содержит транзисторы 1-8 и дифференциальный каскад с транзисторами 9 и

10 динамической нагрузки. 11ри этом транзисторы 1 и 2 образуют токовое зеркало, обеспечивающее преобразование опорного тока, протекающего через

2 транзисторы 2 — 4, в выходной ток, протекающий через транзистор 1 ° Транзисторы 5 и 6 образуют аналоговый инвертор. В устройстве формируются два напряжения с отличающимися темnepaòóðHûìè коэффициентами. Эти на-. пряжения подаются на транзистор 4, управляя определенным образом током через него. Зти напряжения формируются при помощи схемы на транзисторах одной структуры. Схема источника тока обеспечивает юстировку температурных характеристик внешней цепи..За счет повышения стабильности изменения выходного тока источника тока при изменении температуры повышается ста" бильность выходного напряжения относительно изменения температуры. 5 ил.

1589376

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах, содержащих источники тока. с требуемым коэффициентом изменения тока относительно изменения величины порогового напряжения транзисторов, происходящего вследствие каких-либо внешних воздействий, например, изменения температуры, флюктуаций парамет- 10 ров техпроцесса и т.д.

Цель изобретения — повышение точности задания коэффициента изменения выходного тока.

На фиг. 1,представлена принципиаль-15 ная электрическая схема источника тока; на фиг, 2 — температурные зависимости напряжений, управляющих током токозадающей цепи; на фиг. 3 — температурная зависимость тока токозадаю- 20 щей цепи; на фиг. 4 — принципиальная электрическая схема источника тока для дифференциального усилителя; на фиг. 5 — температурная зависимость выходного напряжения дифференциального усилителя, Источник тока содержит (на фиг. 1) первый — восьмой транзисторы 1 — 8, На фиг. 4 источник тока дополнитель. но содержит дифференциальный каскад 30 с транзисторами 9 и 10 динамической нагрузки °

Источник тока работает следующим образом.

Транзисторы i и 2 образуют токовое 35 зеркало, обеспечивающее преобразоваI ние опорного тока, протекающего через транзисторы 2 — 42 в выходной ток, протекающий через транзистор 1.

Допустим, что транзисторы 2 и 3 идентичны, а также, что в результате каких-либо внешних воздействий пороговые напряжения U увеличились на (!1Б ..

Тогда напряжение U (см. фиг. 1), поданное на затвор транзистора 5 уве- 45 личивается на 25U, собственное по,роговое напряжение транзистора 5 увеличивается íà g U и„ таким образом, на вход аналогового инвертора, образованного транзисторами 5 и 6 подается эффективно возросшее напряжение.

Следовательно, напряжение Б7 (фиг, 1) уменьшается, а U< (см. фиг, 1) увеличится на К >U, где (определяется соотношением геометрий транзисторов

5 и 6 и 7 иФ8. Если pL, = 3, то изменение напряжения на затворе транзистора 4 равно сумме изменений напряжения У и собственного порогового напряжения транзистора 4. Ток 14 остается неизменным. Если К с 3, то ток уменьшается, а при oL > 3 — увеличивается с ростом порогового напряжения.

Обозначим через I,, U; ток истоксток и напряжение на затворе

К; = — Ц С xWl/L (ãäå p — подвижность

1 носителей заряда в канале; С удельная емкость подзатворного диэлектрика; W; и L — ширина и длина

i-ro транзистора, i = 1-8), E — напряжение питания.

Тогда для напряжения U3 имеем

U = 2U2 = 2U, + 2JIE/E . (1)

Из соотношений

2 к (u -U,)

К6(Е 7 U7) 2 6 к 6 кб

Ig получают

U, = К вЂ” U,(1 —, К,/К,) — (U, К)/К„ или с учетом (1)

U = E — V,(1 + /К /Кж) — 21К1/КД/К2,(2)

Далее из соотношений

7 К7(к1 7 Цт)

=к(е — u и) °

I = Ig

7 имеют

U =E — 11(1 —. к /К ) — и1 /к и с учетом (2)

4 Е(1 -1К77К ) 0т 0 - 7

К5 К7 2

+2-,— — — ° (3)

К К Kg

Из уравнения для транзистора 4

Г

Т /Кq = Uq — Uк — UT и учитывая; что

I y = Ig можно получить .(к-, 1- 2(Д вЂ” 1)@К

К7 К7 К

Е(1- — ) — U 4 — --(2+ —, (4)

Kg K6

15893

2 + )1 †) (О) — прямая

Кб

К- К

3 (4 — — (2 + — ) = О)—

К8 Кб ч

2) «)((3(4 — — х

8 (т.е. 4—

2 (фиг, 2) 0 =! прямая 3 (фиг.

5 х(2 + — ) > 0) К вЂ” прямая 4 (фиг. 2) .

При r)L = 3 прямая 3 идет параллельно прямой 1, т.е. напряжение U4 — (U + U ), управляющее током транзистора 4, и, следовательно, и величина I4/К с изменением температуры остаются постоянгде и = (K K7,)/(Кбк8)

Выбором соотношений К7/К> и К /Кб можно задавать величину и знак коэффициента перед U, задавая характер изменения тока I<.

В предлагаемой схеме, как и в прототипе, формируются два напряжения с отличающимися температурными коэффициентами, Однако в отличие от прото-1О типа эти напряжения не преобразуются в токи (на сопротивлениях), которые далее усредняются, а подаются на транзистор 4, управляя определенным образом током через него. В отличие от прототипа, эти напряжения формируются при помощи схемы на транзисторах одной структуры.

В йыражение для тока I< входит только два параметра, сколько-нибудь 20 существенно зависящие от внешних воздействий. Это пороговое напряжение Ur и подвижность носителей в канале (входит в коэффициент К ), Известно, что при T ) ЗООК 1Т, а 25

U const — Т. Таким образом, зависимости 4 Ке(Т)-T и р (т) Т вЂ” овретиые и, следовательно, выбором соответствующих размЕров используемых транзисторов можно в данном температурном 3О диапазоне компенсировать изменение р изменением U так, что выходной ток не зависит от температуры.

На фиг. 2 схематично представлены температурная зависимость напряжения

U > + У 3Ur (прямая 1), которая определяется только технологическими параметрами (концентрацией примесей и др.) и напряжения U4 температур)ный коэффициент KQTopoI о опрецеляется 4() температурным коэффициенто)ч U и соотношением геометрий транзисторов

5, 6 и 7, 8, в случае, когдаК > 3

76 6 ными. На фиг, 3 представлены также случаи ф (3 и М > 3.

Данная схема источника тока обеспечивает юстировку температурных характеристик внешней цепи, что на примере дифференциального каскада с динамической нагрузкой на транзисторах

9 и 10 представлено на фиг. 4 (питание может быть и двуполярным, т.е. общая шина может быть заменена второй шиной питания).

Напряжение на каждом из выходов описывается выражением: где I(= I К /Kz,.

2РС î I,/L

W и LH — ширина и длина канала транзистора нагрузки.

Подставляя (4) в (5) получают выражение для V >b )t)в котором только один параметр зависит от внешних воздействий Ur, причем величина, знак (или равенство нулю) коэффициент перед U определяется лишь соотношением т размеров используемых транзисторов.

Выберем для простоты К >>К<, тогда из (5) и (4):

USqiI = Е-"1-- — Т /КН—

= Š— U

4

= Š— U М

2.к,кн

Гт 5

x E (1 — ) — 7. (4 - — (2 + — ) )

Кч К иври (= )+(4- — (2+ — ) -0 выК8 Кб ходное напряжение не зависит îr Ur, а значит и от всех внешних воздейстЬий, влияющих на 0т (например, температура).

Зависимость UIIb от температуры при ((О, = О и ) О показана на фиг. 5. Таким образом, выходное напряжение в общем случае определяется

U и соотношением размеров транзистоТ ров, в отличие от прототипа, где UIIb));

1 определяется U транзисторов со встроенным каналом, U транзисторов с ин1589376

Дуцированным каналом и отношением геометрий. Следовательно, стабильность выходного напряжения относительно изменения температуры повышается. Это достигается за счет повышения стабильности изменения выходного тока источника тока при изменении температуры.

Формула изобретения

Источник тока, содержащий токовое зеркало, выполненное на первом и втором транзисторах, истоки и подложки которых соединены с общей шиной,, сток 5 первого транзистора является выходом

Источника тока, затворы первого и второго транзисторов соединены со стоком второго транзистора и первым выводом

Фокозадающей цепи, второй вывод ко- 20 торой соединен с шиной источника питания, о .т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьш1ения точности задания коэффициента изменения выходного тока, токозадающая цепь выполнена на третьем транзисторе, подложка и исток которого являются первым выводом токоэадающей цепи, а затвор и сток соединены и подключены к подложке и истоку четвертого транзистора и затвору пятого транзистора, подложка и исток которого соединены с общей шиной, а сток — с подложкой и истоком шестого транзистора и затвором седьмого транзистора, подложка и исток которого подключены к общей шине, а сток соединен с подложкой и истоком восьмого транзистора и затвором четвертого транзистора, сток которого является вторым выводом токозадающей цепи и соединен с затворами и стоками шестого и восьмого транзисторов.

1589376

Iy

К Т

Т

U8ba

Составитель И.Водяхина..

Редактор Л.Пчолинская Техред Л.Олийнык Корректор Н.Ревская

Заказ 2546 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СЧСР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101