RU2365971C1 - Current mirror - Google Patents

Current mirror Download PDF

Info

Publication number
RU2365971C1
RU2365971C1 RU2008101005/09A RU2008101005A RU2365971C1 RU 2365971 C1 RU2365971 C1 RU 2365971C1 RU 2008101005/09 A RU2008101005/09 A RU 2008101005/09A RU 2008101005 A RU2008101005 A RU 2008101005A RU 2365971 C1 RU2365971 C1 RU 2365971C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transistor
output
input
collector
current mirror
Prior art date
Application number
RU2008101005/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Прокопенко (RU)
Николай Николаевич Прокопенко
Владимир Гавриилович Манжула (RU)
Владимир Гавриилович Манжула
Андрей Васильевич Хорунжий (RU)
Андрей Васильевич Хорунжий
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 RU2008101005/09A priority Critical patent/RU2365971C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2365971C1 publication Critical patent/RU2365971C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering and communication.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and commutation and can be used as a functional unit incorporated with various analog signal amplifiers, various-purpose analog microcircuits, e.g. operational amplifiers (OA), voltage stabilisers and comparators. Proposed current mirror comprises input (1) and output (2) transistors with their bases interconnected, while their emitters are connected to bus (3) of the 1st power source. Note here that input transistor collector is connected with current mirror input (4), while output transistor collector is connected with current mirror output (5). Additionally, proposed circuit incorporates 1st (6) and 2nd (7) transistors and extra inverting current amplifier (8) with its input (9) connected to collector of the said 1st transistor and its output (10) connected to current mirror output (5). Emitter of the 2nd transistor (7) is connected to that of the 1st transistor and to current mirror input (4). Bases of the 1st and 2nd are connected to the circuit (11) of setting static potential. Note here that collector of the 2nd transistor is connected with the base of input (1) and output (2) transistors. The circuit additionally incorporates transistor (11) with its emitter connected to collector of auxiliary transistor (6), its base being connected to emitter of output transistor (2) and collector being connected to bus (3) of the 1st power source.
EFFECT: higher accuracy of current transmission.
6 dwg

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).The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a functional unit of various devices for amplifying analog signals, in the structure of analog microcircuits for various functional purposes (for example, operational amplifiers (op amps), voltage stabilizers, comparators).

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].The basis of most modern operational amplifiers, voltage stabilizers, comparators are the so-called "current mirrors" (current repeaters), which are essentially controlled reference current sources [1-56]. In the patent literature, these devices with the same functional purpose are present in the class H03F, as well as classes G05F, H03K IPC. Qualitative indicators of many analog devices are determined by the parameters of current mirrors. This explains the large number of patents devoted to this subclass of functional units [1-56].

Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является токовое зеркало, описанное в составе усилителя по патенту фирмы Motorola (США) №4.030.044 (фиг.1), содержащее входной 1 и выходной 2 транзисторы, базы которых объедены, а эмиттеры подключены к шине 3 первого источника питания через первый 4 и второй 5 вспомогательные резисторы, вспомогательный транзистор 6, база которого соединена со входом 7 токового зеркала, а эмиттер соединен с источником опорного тока 8 и через цепь смещения статического потенциала 9 связан с объединенными базами входного 1 транзистора и выходного 2 транзистора, коллектор которого соединен с выходом 10 токового зеркала.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a current mirror, described in the amplifier according to the patent of Motorola (USA) No. 4.030.044 (figure 1), containing input 1 and output 2 transistors, the bases of which are connected, and the emitters are connected to bus 3 of the first power source through the first 4 and second 5 auxiliary resistors, an auxiliary transistor 6, the base of which is connected to the input 7 of the current mirror, and the emitter is connected to the reference current source 8 and through the bias circuit of the static potential 9 is connected to the combined bases of input 1 transistor and output 2 of the transistor, the collector of which is connected to the output 10 of the current mirror.

Существенный недостаток известного токового зеркала состоит в том, что оно не обеспечивает высокую точность передачи по току - его коэффициент передачи 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 устройства-прототипа напряжение смещения нуля ОУ на его основе измеряется единицами милливольт. В большинстве случаев это неприемлемо.A significant drawback of the known current mirror is that it does not provide high accuracy of current transmission - its transmission coefficient differs from unity. It should be noted that this mode of operation of known current mirrors is characteristic when they are used in the circuits of many operational amplifiers (op amps) with a typical architecture. Due to this drawback of the prototype device, the zero-bias voltage of the op-amp based on it is measured in units of millivolts. In most cases this is unacceptable.

Основная цель предполагаемого изобретения состоит в повышении точности передачи по току токового зеркала и, как следствие, в уменьшении напряжения смещения нуля Uсм, повышении коэффициента ослабления входного синфазного сигнала (Кос.сф) в операционных усилителях на его основе.The main objective of the proposed invention is to increase the accuracy of current transmission of the current mirror and, as a result, to reduce the bias voltage of zero U cm , increase the attenuation coefficient of the input common mode signal (K OS.sf ) in operational amplifiers based on it.

Поставленная цель достигается тем, что в токовом зеркале фиг.1, содержащем входной 1 и выходной 2 транзисторы, базы которых объедены, а эмиттеры подключены к шине 3 первого источника питания через первый 4 и второй 5 вспомогательные резисторы, вспомогательный транзистор 6, база которого соединена со входом 7 токового зеркала, а эмиттер соединен с источником опорного тока 8 и через цепь смещения статического потенциала 9 связан с объединенными базами входного 1 транзистора и выходного 2 транзистора, коллектор которого соединен с выходом 10 токового зеркала, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный транзистор 11, эмиттер которого подключен к коллектору вспомогательного транзистора 6, база соединена с эмиттером выходного транзистора 2, а коллектор связан с шиной 3 первого источника питания.This goal is achieved by the fact that in the current mirror of Fig. 1, containing input 1 and output 2 transistors, the bases of which are connected, and the emitters are connected to the bus 3 of the first power source through the first 4 and second 5 auxiliary resistors, an auxiliary transistor 6, the base of which is connected with the input 7 of the current mirror, and the emitter is connected to the reference current source 8 and through the bias circuit of the static potential 9 is connected to the combined bases of the input 1 transistor and output 2 of the transistor, the collector of which is connected to the output 10 current of the mirror, new elements and connections are provided - an additional transistor 11 is introduced into the circuit, the emitter of which is connected to the collector of the auxiliary transistor 6, the base is connected to the emitter of the output transistor 2, and the collector is connected to the bus 3 of the first power source.

Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения показана на чертеже фиг.2.A diagram of the inventive device in accordance with claim 1 of the claims is shown in the drawing of figure 2.

На чертеже фиг.3 представлена схемная реализация токового зеркала, построенная на основе прототипа фиг.1 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».The drawing of figure 3 presents a schematic implementation of the current mirror, built on the basis of the prototype of figure 1 in the environment of PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.

На чертеже фиг.4 представлена схемная реализация токового зеркала, построенная на основе заявляемого устройства фиг.2 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».The drawing of figure 4 presents a schematic implementation of the current mirror, built on the basis of the inventive device of figure 2 in the environment of PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.

На чертеже фиг.5 представлен график зависимости относительной погрешности передачи тока в функции от величины входного тока известного устройства.The drawing of figure 5 presents a graph of the relative error of the transmission of current as a function of the input current of the known device.

На чертеже фиг.6 представлен график зависимости относительной погрешности передачи тока в функции от величины входного тока заявляемого устройства.The drawing of Fig.6 shows a graph of the relative error of the transmission of current as a function of the input current of the inventive device.

Сравнительный анализ результатов моделирования (фиг.5 и фиг.6) схемных решений, построенных на основе прототипа (фиг.3) и заявляемого устройства (фиг.4) показывает, что при одинаковых величинах входных токов (например, при IВХ=0,5 мА) точность повторения IВХ у заявляемого устройства в 6 раз выше чем у прототипа.A comparative analysis of the simulation results (Fig. 5 and Fig. 6) of circuit solutions built on the basis of the prototype (Fig. 3) and the inventive device (Fig. 4) shows that with the same input currents (for example, when I BX = 0, 5 mA) the accuracy of repetition of I BX of the claimed device is 6 times higher than that of the prototype.

Токовое зеркало фиг.2 содержит входной 1 и выходной 2 транзисторы, базы которых объедены, а эмиттеры подключены к шине 3 первого источника питания через первый 4 и второй 5 вспомогательные резисторы, вспомогательный транзистор 6, база которого соединена со входом 7 токового зеркала, а эмиттер соединен с источником опорного тока 8 и через цепь смещения статического потенциала 9 связан с объединенными базами входного 1 транзистора и выходного 2 транзистора, коллектор которого соединен с выходом 10 токового зеркала. В схему введен дополнительный транзистор 11, эмиттер которого подключен к коллектору вспомогательного транзистора 6, база соединена с эмиттером выходного транзистора 2, а коллектор связан с шиной 3 первого источника питания.The current mirror of figure 2 contains the input 1 and output 2 transistors, the bases of which are connected, and the emitters are connected to the bus 3 of the first power source through the first 4 and second 5 auxiliary resistors, an auxiliary transistor 6, the base of which is connected to the input 7 of the current mirror, and the emitter connected to a reference current source 8 and through a bias circuit of a static potential 9 connected to the combined bases of the input 1 transistor and output 2 of the transistor, the collector of which is connected to the output 10 of the current mirror. An additional transistor 11 is introduced into the circuit, the emitter of which is connected to the collector of the auxiliary transistor 6, the base is connected to the emitter of the output transistor 2, and the collector is connected to the bus 3 of the first power source.

Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2.Consider the operation of the inventive device of figure 2.

В статическом режиме при R4=R5 в схеме фиг.2 устанавливаются следующие токи:In static mode when R 4 = R 5 in the circuit of figure 2, the following currents are set:

IK1=IВX+IБ, IЭ1=IR4=IВX+IБ+I* Б.I K1 = I BX + I B , I E1 = I R4 = I BX + I B + I * B.

где: IБ - ток базы; IK - ток коллектора; IЭ - ток эмиттера транзисторов.where: I B - base current; I K is the collector current; I e is the emitter current of the transistors.

Однако необходимо учесть, что UR5=UR4. Таким образом IR5R5=IR4R4.However, it must be taken into account that U R5 = U R4 . Thus, I R5 R 5 = I R4 R 4 .

Поэтому при R4=R5:Therefore, when R 4 = R 5 :

IR5=IR4, IВЫХ=IK2=IЭ2-I* Б,I R5 = I R4 , I OUT = I K2 = I E2 -I * B ,

IR5=IR4=IBX+Iб+I* б, IЭ2=IBX+I* Б,I R5 = I R4 = I BX + I b + I * b , I E2 = I BX + I * B ,

IВЫХ=IBX,I OUT = I BX ,

где I* Б - ток базы транзисторов 1 и 2, Iб - ток базы транзисторов 6 и 11. Следовательно, коэффициент передачи по току Кi=Iвых/Iвх=1.where I * B is the base current of transistors 1 and 2, I b is the base current of transistors 6 and 11. Therefore, the current transfer coefficient is K i = I o / I in = 1.

В токовом зеркале-прототипе (фиг.1)In the current mirror prototype (figure 1)

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

При I8/Iвх=1 и β6=10 погрешность передачи тока составляет

Figure 00000003
.With 8 I / I in = 1 and β = 10 6 DC transmission error is
Figure 00000003
.

Таким образом, заявляемое устройство более качественно 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).Thus, the claimed device performs better the functions of a current mirror and can be used in analog devices for this functional purpose. At the same time, a single current transfer coefficient is provided in a wide range of I input changes (two to three orders of magnitude).

Полученные выше выводы подтверждаются результатами моделирования предлагаемой схемы в среде PSpice.The above findings are confirmed by the simulation results of the proposed circuit in the environment of PSpice.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST

1. Патент РФ №1.329.6391. RF patent No. 1.329.639

2. Патент США №3.681.6232. US Patent No. 3,681.623

3. Патент США №3.813.6073. US Patent No. 3,813.607

4. Патент США №3.835.4104. US Patent No. 3,835,410

5. Патент США №4.008.441 H03f 3/165. US Patent No. 4.008.441 H03f 3/16

6. Патент США №4.013.9736. US Patent No. 4.013.973

7. Патент США №4.030.044 (фиг.3)7. US patent No. 4.030.044 (figure 3)

8. Патент США №4.057.7638. US Patent No. 4.057.763

9. Патент США №4.095.1899. US Patent No. 4,095.189

10. Патент США №4.117.41710. US Patent No. 4.117.417

11. Патент США №4.241.31511. US Patent No. 4,241.315

12. Патент США №4.345.21312. US Patent No. 4,345.213

13. Патент США №4.412.186 H03f 3/0413. US patent No. 4.412.186 H03f 3/04

14. Патент США №4.462.005 H03f 3/0414. US patent No. 4.462.005 H03f 3/04

15. Патент США №4.471.23615. US patent No. 4.471.236

16. Патент США №4.473.79416. US Patent No. 4,473,794

17. Патент США №4.567.44417. US Patent No. 4,567,444

18. Патент США №4.591.804 H03f 3/0418. US Patent No. 4,591.804 H03f 3/04

19. Патент США №4.769.61919. US Patent No. 4,769.619

20. Патент США №4.855.68620. US Patent No. 4,855.686

21. Патент США №4.879.524 H03f 3/2621. US patent No. 4.879.524 H03f 3/26

22. Патент США №4.897.61422. US Patent No. 4,897.614

23. Патент США №4.937.515 G05f 3/2623. US Patent No. 4,937.515 G05f 3/26

24. Патент США №4.990.86424. US Patent No. 4,990.864

25. Патент США №5.053.71825. US Patent No. 5.053.718

26. Патент США №5.079.518 Н03К 3/1626. US Patent No. 5,079.518 H03K 3/16

27. Патент США №5.164.65827. US Patent No. 5.164.658

28. Патент США №5.357.188 G05f 3/2628. US Patent No. 5,357.188 G05f 3/26

29. Патент США №5.373.25329. US patent No. 5.373.253

30. Патент США №5.394.079 G05f 3/1630. US patent No. 5.394.079 G05f 3/16

31. Патент США №5.399.99131. US Patent No. 5,399.991

32. Патент США №5.512.815 G05f 3/1632. US Patent No. 5,512.815 G05f 3/16

33. Патент США №5.572.11433. US Patent No. 5,572.114

34. Патент США №5.633.61234. US Patent No. 5,633.612

35 Патент США №5.721.51235 US Patent No. 5,721.512

36. Патент США №5.933.05536. US patent No. 5.933.055

37. Патент США №5.969.57437. US patent No. 5.969.574

38. Патент США №5.986.50738. US patent No. 5.986.507

39. Патент США №6.016.05039. US Patent No. 6.016.050

40. Патент США №6.570.43840. US Patent No. 6,570,438

41. Патент США №6.573.79541. US Patent No. 6,573.795

42. Патент США №6.586.91842. US Patent No. 6,586.918

43. Патент США №6.606.00143. US patent No. 6.606.001

44. Патент США №6.291.97744. US Patent No. 6,291.977

45. Патент США №6.300.80345. US patent No. 6.300.803

46. Патент США №6.528.98146. US Patent No. 6,528.981

47. Патент США №6.630.81847. US Patent No. 6,630.818

48. Патент США №6.633.19848. US Patent No. 6,633.198

49. Патент США №6.639.45249. US Patent No. 6,639.452

50. Патент США №6.657.48150. US Patent No. 6,657.481

51. Патент США №6.677.80751. US Patent No. 6,677.807

52. Патент США №6.680.60552. US Patent No. 6,680.605

53. Патент США №6.816.01453. US patent No. 6.816.014

54. Патент РФ RU 219327354. RF patent RU 2193273

55. Патентная заявка США 2004/08168855. US patent application 2004/081688

56. Патентная заявка США 2003/003049256. US patent application 2003/0030492

Claims (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, вспомогательный транзистор (6), база которого соединена со входом (7) токового зеркала, а эмиттер соединен с источником опорного тока (8) и через цепь смещения статического потенциала (9) связан с объединенными базами входного (1) транзистора и выходного (2) транзистора, коллектор которого соединен с выходом (10) токового зеркала, отличающийся тем, что в схему введен дополнительный транзистор (11), эмиттер которого подключен к коллектору вспомогательного транзистора (6), база соединена с эмиттером выходного транзистора (2), а коллектор связан с шиной (3) первого источника питания. A current mirror containing input (1) and output (2) transistors, the bases of which are combined, and emitters are connected to the bus (3) of the first power source through the first (4) and second (5) auxiliary resistors, auxiliary transistor (6), base which is connected to the input (7) of the current mirror, and the emitter is connected to a reference current source (8) and, through the static potential bias circuit (9), is connected to the combined bases of the input (1) transistor and output (2) transistor, whose collector is connected to the output (10) a current mirror, characterized in that then an additional transistor (11) is introduced into the circuit, the emitter of which is connected to the collector of the auxiliary transistor (6), the base is connected to the emitter of the output transistor (2), and the collector is connected to the bus (3) of the first power source.
RU2008101005/09A 2008-01-09 2008-01-09 Current mirror RU2365971C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008101005/09A RU2365971C1 (en) 2008-01-09 2008-01-09 Current mirror

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008101005/09A RU2365971C1 (en) 2008-01-09 2008-01-09 Current mirror

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2365971C1 true RU2365971C1 (en) 2009-08-27

Family

ID=41149996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008101005/09A RU2365971C1 (en) 2008-01-09 2008-01-09 Current mirror

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2365971C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2712412C1 (en) * 2018-12-25 2020-01-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Current threshold logic element "equivalence"

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2712412C1 (en) * 2018-12-25 2020-01-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Current threshold logic element "equivalence"

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2624565C1 (en) Instrument amplifier for work at low temperatures
RU2365969C1 (en) Current mirror
RU2523124C1 (en) Multi-differential operational amplifier
RU2365971C1 (en) Current mirror
RU2346388C1 (en) Differential amplifier
RU2331964C1 (en) Voltage-to-current converter
RU2346383C1 (en) Current mirror
RU2416155C1 (en) Differential operating amplifier
RU2652504C1 (en) High-speed differential operational amplifier
RU2441316C1 (en) Differential amplifier with low supply voltage
RU2284647C1 (en) Differential amplifier
RU2412530C1 (en) Complementary differential amplifier
RU2419187C1 (en) Cascode differential amplifier with increased zero level stability
RU2595926C1 (en) Bipolar-field operational amplifier
RU2332782C1 (en) Differential amplifier with increased attenuation of common-mode signal
RU2659476C1 (en) High-speed differential operational amplifier
RU2568318C1 (en) Multidifferential operating amplifier with low zero offset voltage
RU2408975C1 (en) Cascode differential amplifier
RU2362202C1 (en) Current mirror
RU2444119C1 (en) Precision operational amplifier
RU2362203C1 (en) Current mirror
Hassan et al. Comparative study on multistage amplifier and folded cascode amplifier design in sample and hold circuit using 0.18 μm CMOS technology
RU2390914C1 (en) Cascode differential amplifier with low voltage of zero shift
RU2343627C1 (en) Current mirror
RU2449465C1 (en) Precision operational amplifier

Legal Events

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

Effective date: 20130110