RU2346383C1 - Токовое зеркало - Google Patents

Токовое зеркало Download PDF

Info

Publication number
RU2346383C1
RU2346383C1 RU2008101006/09A RU2008101006A RU2346383C1 RU 2346383 C1 RU2346383 C1 RU 2346383C1 RU 2008101006/09 A RU2008101006/09 A RU 2008101006/09A RU 2008101006 A RU2008101006 A RU 2008101006A RU 2346383 C1 RU2346383 C1 RU 2346383C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
current
output
current mirror
transistor
Prior art date
Application number
RU2008101006/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Владимир Гавриилович Манжула (RU)
Владимир Гавриилович Манжула
Даниил Николаевич Конев (RU)
Даниил Николаевич Конев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС")
Priority to RU2008101006/09A priority Critical patent/RU2346383C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2346383C1 publication Critical patent/RU2346383C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве функционального узла различных устройств усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), стабилизаторах напряжения, компараторах). Токовое зеркало содержит входной (1) и выходной (2) транзисторы, базы которых объединены, а эмиттеры подключены к шине (3) первого источника питания через первый (4) и второй (5) вспомогательные резисторы, причем коллектор входного транзистора (1) связан со входом (6) токового зеркала, а коллектор выходного транзистора (2) соединен с выходом (7) токового зеркала. В схему введены первый (8) и второй (9) повторители тока, причем вход (10) первого повторителя тока (8) соединен с объединенными базами входного (1) и выходного (2) транзисторов, общий вход (11) первого повторителя тока (8) соединен со входом (6) токового зеркала, выход (12) первого повторителя тока (8) соединен со входом (13) второго повторителя тока (9), общий вход (14) которого соединен с эмиттером входного транзистора (1), а выход (15) связан с цепью смещения статического потенциала (16). Технический результат - повышение точности передачи по току. 11 ил.

Description

Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве функционального узла различных устройств усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), стабилизаторах напряжения, компараторах).
Основой большинства современных операционных усилителей, стабилизаторов напряжения, компараторов являются так называемые «токовые зеркала» (повторители тока), которые по существу являются управляемыми источниками опорного тока [1-56]. В патентной литературе эти устройства с одним и тем же функциональным назначением присутствуют в классе H03F, а также классах G05F, Н03К МПК. Качественные показатели многих аналоговых устройств определяются параметрами токовых зеркал. Именно этим объясняется большое число патентов, посвященных данному подклассу функциональных узлов [1-56].
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является токовое зеркало, описанное в патенте США №6.657.481 (фиг.2), содержащее входной 1 и выходной 2 транзисторы, базы которых объединены, а эмиттеры подключены к шине 3 первого источника питания через первый 4 и второй 5 вспомогательные резисторы, причем коллектор входного транзистора 1 связан со входом 6 токового зеркала, а коллектор выходного транзистора 2 соединен с выходом 7 токового зеркала. Кроме этого, данное техническое решение описано в патентах США №№3.906.386, 4.158.178, 4.352.057, 4.965.510, 4.700.144, 3.950.708, 6.163.216, 5.220.289, 6.429.744.
Существенный недостаток известного токового зеркала состоит в том, что оно не обеспечивает высокую точность передачи по току - его коэффициент передачи Кi=Iвых/Iвх отличается от единицы. Следует отметить, что такой режим работы известных токовых зеркал характерен при их использовании в схемах многих операционных усилителей (ОУ) с типовой архитектурой. Вследствие данного недостатка известного устройства напряжение смещения нуля ОУ на его основе измеряется единицами милливольт. В большинстве случаев это неприемлемо.
Основная цель предлагаемого изобретения состоит в повышении точности передачи по току токового зеркала и, как следствие, в уменьшении напряжения смещения нуля Uсм и повышении коэффициента ослабления входного синфазного сигнала (Kос.сф) в операционных усилителях на его основе.
Поставленная цель достигается тем, что в токовом зеркале фиг.1, содержащем входной 1 и выходной 2 транзисторы, базы которых объединены, а эмиттеры подключены к шине 3 первого источника питания через первый 4 и второй 5 вспомогательные резисторы, причем коллектор входного транзистора 1 связан со входом 6 токового зеркала, а коллектор выходного транзистора 2 соединен с выходом 7 токового зеркала, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 8 и второй 9 повторители тока, причем вход 10 первого повторителя тока 8 соединен с объединенными базами входного 1 и выходного 2 транзисторов, общий вход 11 первого повторителя тока 8 соединен со входом 6 токового зеркала, выход 12 первого повторителя тока 8 соединен со входом 13 второго повторителя тока 9, общий вход 14 которого соединен с эмиттером входного транзистора 1, а выход 15 связан с цепью смещения статического потенциала 16.
Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения показана на фиг.2.
На фиг.3 и 4 показаны варианты выполнения первого 8 и второго 9 повторителей тока.
На фиг.5 представлена схемная реализация токового зеркала в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», построенная на основе прототипа фиг.1, а на фиг.6 - характеристика, иллюстрирующая зависимость его выходного тока от входного.
На фиг.7 представлена схема заявляемого токового зеркала в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар», а на чертеже фиг.8 - характеристика, иллюстрирующая зависимость ее выходного тока от входного.
На фиг.9 и 10 показаны зависимости относительной погрешности передачи входного тока у прототипа (фиг.9) и у заявляемого (фиг.10) токового зеркала.
На фиг.11 показана схема фиг.2 с конкретным выполнением (фиг.3 и 4) повторителей тока 8 и 9.
Сравнительный анализ результатов моделирования (фиг.9 и фиг.10) показывает, что точность повторения входного тока Iвх у заявляемого устройства в 6-10 раз выше, чем в схеме прототипа.
Токовое зеркало фиг.2 содержит входной 1 и выходной 2 транзисторы, базы которых объединены, а эмиттеры подключены к шине 3 первого источника питания через первый 4 и второй 5 вспомогательные резисторы, причем коллектор входного транзистора 1 связан со входом 6 токового зеркала, а коллектор выходного транзистора 2 соединен с выходом 7 токового зеркала. В схему введены первый 8 и второй 9 повторители тока, причем вход 10 первого повторителя тока 8 соединен с объединенными базами входного 1 и выходного 2 транзисторов, общий вход 11 первого повторителя тока 8 соединен со входом 6 токового зеркала, выход 12 первого повторителя тока 8 соединен со входом 13 второго повторителя тока 9, общий вход 14 которого соединен с эмиттером входного транзистора 1, а выход 15 связан с цепью смещения статического потенциала 16.
Представленные на фиг.3 и 4 частные случаи выполнения первого 8 и второго 10 повторителей тока включают соответственно p-n переход 17 и транзистор 18, а также транзистор 19 и p-n переход 20.
Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2.
В статическом режиме при идентичных сопротивлениях вспомогательных резисторов 4 и 5 (R4=R5) в схеме фиг.2 устанавливаются следующие токи:
IВХ=I11+IК1,
При этом I11=4Iб,
IК1=IВХ-4Iб,
I10=I12=2Iб=I13,
где: Iб - ток базы;
Iк - ток коллектора;
Iэ - ток эмиттера транзисторов 1 и 2;
In - ток n-го двухполюсника.
Так как во втором повторителе тока 9 токи I15 и I13 равны и суммируются друг с другом, то
I14=4Iб.
Учитывая, что при равенстве сопротивлений резисторов 4 и 5 IR4=IЭ1+I14, IЭ1=IВХ-3Iб, IЭ1=Iб1+IK1, находим
IR4=IВХ-3Iб=(IВХ-3Iб)+4IБ=IВХ+Iб,
IR5=IЭ2=IВХ+Iб
IR4=IR5
Таким образом, при равенстве сопротивлений R4=R5 напряжения на двухполюсниках R4, R5 одинаковы (UR4=UR5), а выходной ток заявляемого устройства равен входному:
Iвых=Iвх.
В известном токовом зеркале (фиг.1) погрешность передачи тока зависит от усиления по току базы транзистора 2 (β2):
Figure 00000001
Если β2=10, то ΔI/Iвх=-0,2.
Таким образом, заявляемое устройство выполняет функции токового зеркала и может применяться в аналоговых устройствах по данному функциональному назначению. При этом единичный коэффициент передачи по току обеспечивается в широком диапазоне изменения Iвх (два-три порядка).
Полученные выше выводы подтверждаются результатами моделирования предлагаемой схемы в среде PSpice.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент РФ №1.329.639
2. Патент США №3.681.623
3. Патент США №3.813.607
4. Патент США №3.835.410
5. Патент США №4.008.441, H03f 3/16
6. Патент США №4.013.973
7. Патент США №4.030.044 (фиг.3)
8. Патент США №4.057.763
9. Патент США №4.095.189
10. Патент США №4.117.417
11. Патент США №4.241.315
12. Патент США №4.345.213
13. Патент США №4.412.186, H03f 3/04
14. Патент США №4.462.005, H03f 3/04
15. Патент США №4.471.236
16. Патент США №4.473.794
17. Патент США №4.567.444
18. Патент США №4.591.804, H03f 3/04
19. Патент США №4.769.619
20. Патент США №4.855.686
21. Патент США №4.879.524, H03f 3/26
22. Патент США №4.897.614
23. Патент США №4.937.515, G05f 3/26
24. Патент США №4.990.864
25. Патент США №5.053.718
26. Патент США №5.079.518, Н03К 3/16
27. Патент США №5.164.658
28. Патент США №5.357.188, G05f 3/26
29. Патент США №5.373.253
30. Патент США №5.394.079, G05f 3/16
31. Патент США №5.399.991
32. Патент США №5.512.815, G05f 3/16
33. Патент США №5.572.114
34. Патент США №5.633.612
35 Патент США №5.721.512
36. Патент США №5.933.055
37. Патент США №5.969.574
38. Патент США №5.986.507
39. Патент США №6.016.050
40. Патент США №6.570.438
41. Патент США №6.573.795
42. Патент США №6.586.918
43. Патент США №6.606.001
44. Патент США №6.291.977
45. Патент США №6.300.803
46. Патент США №6.528.981
47. Патент США №6.630.818
48. Патент США №6.633.198
49. Патент США №6.639.452
50. Патент США №6.657.481
51. Патент США №6.677.807
52. Патент США №6.680.605
53. Патент США №6.816.014
54. Патент РФ RU 2193273
55. Патентная заявка США 2004/081688
56. Патентная заявка США 2003/0030492

Claims (1)

  1. Токовое зеркало, содержащее входной (1) и выходной (2) транзисторы, базы которых объединены, а эмиттеры подключены к шине (3) первого источника питания через первый (4) и второй (5) вспомогательные резисторы, причем коллектор входного транзистора (1) связан со входом (6) токового зеркала, а коллектор выходного транзистора (2) соединен с выходом (7) токового зеркала, отличающееся тем, что в схему введены первый (8) и второй (9) повторители тока, причем вход (10) первого повторителя тока (8) соединен с объединенными базами входного (1) и выходного (2) транзисторов, общий вход (11) первого повторителя тока (8) соединен со входом (6) токового зеркала, выход (12) первого повторителя тока (8) соединен со входом (13) второго повторителя тока (9), общий вход (14) которого соединен с эмиттером входного транзистора (1), а выход (15) связан с цепью смещения статического потенциала (16).
RU2008101006/09A 2008-01-09 2008-01-09 Токовое зеркало RU2346383C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008101006/09A RU2346383C1 (ru) 2008-01-09 2008-01-09 Токовое зеркало

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008101006/09A RU2346383C1 (ru) 2008-01-09 2008-01-09 Токовое зеркало

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2346383C1 true RU2346383C1 (ru) 2009-02-10

Family

ID=40546878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008101006/09A RU2346383C1 (ru) 2008-01-09 2008-01-09 Токовое зеркало

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2346383C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2544780C1 (ru) * 2013-11-12 2015-03-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" Низковольтное кмоп токовое зеркало

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2544780C1 (ru) * 2013-11-12 2015-03-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" Низковольтное кмоп токовое зеркало

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2365969C1 (ru) Токовое зеркало
RU2523124C1 (ru) Мультидифференциальный операционный усилитель
RU2346383C1 (ru) Токовое зеркало
RU2346388C1 (ru) Дифференциальный усилитель
RU2523947C1 (ru) Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов
RU2687161C1 (ru) Буферный усилитель для работы при низких температурах
RU2331964C1 (ru) Преобразователь "напряжение-ток"
RU2365971C1 (ru) Токовое зеркало
RU2684473C1 (ru) Дифференциальный каскад на комплементарных полевых транзисторах
RU2568384C1 (ru) Прецизионный операционный усилитель на основе радиационно стойкого биполярно-полевого технологического процесса
RU2474952C1 (ru) Операционный усилитель
RU2421893C1 (ru) Каскодный дифференциальный усилитель
RU2367996C1 (ru) Токовое зеркало
RU2452077C1 (ru) Операционный усилитель с парафазным выходом
RU2441316C1 (ru) Дифференциальный усилитель с малым напряжением питания
RU2621286C1 (ru) Дифференциальный операционный усилитель для работы при низких температурах
RU2621289C1 (ru) Двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель с повышенным коэффициентом усиления
RU2362202C1 (ru) Токовое зеркало
RU2343626C1 (ru) Токовое зеркало
RU2362203C1 (ru) Токовое зеркало
RU2278466C1 (ru) Дифференциальный усилитель с повышенным ослаблением синфазного сигнала
RU2390914C1 (ru) Каскодный дифференциальный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2390921C1 (ru) Операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля
RU2343627C1 (ru) Токовое зеркало
RU2331965C1 (ru) Дифференциальный усилитель с повышенным коэффициентом усиления по напряжению

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130110