RU2474954C1 - Токовое зеркало - Google Patents
Токовое зеркало Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474954C1 RU2474954C1 RU2011150788/08A RU2011150788A RU2474954C1 RU 2474954 C1 RU2474954 C1 RU 2474954C1 RU 2011150788/08 A RU2011150788/08 A RU 2011150788/08A RU 2011150788 A RU2011150788 A RU 2011150788A RU 2474954 C1 RU2474954 C1 RU 2474954C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- transistor
- substrate
- output transistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и связи. Техническим результатом является повышение точности передачи малых входных токов токового зеркала Вильсона при его реализации на p-n-p транзисторах с изоляцией p-n переходами на подложку. Токовое зеркало содержит первый (1) входной транзистор, коллектор которого связан со входом (2) устройства, базой первого (3) выходного транзистора и закрытым p-n переходом на подложку (4) первого (1) входного транзистора, второй (5) выходной транзистор, коллектор которого соединен с объединенными базами первого (1) входного и второго (5) выходного транзисторов, а также закрытым p-n переходом на подложку (6) второго (5) выходного транзистора, шину источника питания (7), связанную с эмиттером первого (1) входного и второго (5) выходного транзисторов, закрытый p-n переход на подложку (8) первого (3) выходного транзистора, первый вывод которого соединен с коллектором первого (3) выходного транзистора и токовым выходом (9) устройства. Второй вывод закрытого p-n перехода на подложку (8) первого (3) выходного транзистора связан с коллектором второго (5) выходного транзистора. 10 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве функционального узла компенсации входных токов в различных устройствах усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения (например, операционных усилителях (ОУ), компараторах).
Основой большинства современных операционных усилителей, стабилизаторов напряжения, компараторов являются так называемые «токовые зеркала» Вильсона [1-7]. В патентной литературе эти устройства с одним и тем же функциональным назначением присутствуют в классе H03F, а также классах G05F, H03K МПК. Качественные показатели многих аналоговых устройств определяются статическими и динамическими параметрами токовых зеркал.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является токовое зеркало Вильсона, описанное в патенте US №4.528.496, fig.3, Nationel Semiconduntor, содержащее первый 1 входной транзистор, коллектор которого связан со входом 2 устройства, базой первого 3 выходного транзистора и закрытым p-n переходом на подложку 4 первого 1 входного транзистора, второй 5 выходной транзистор, коллектор которого соединен с объединенными базами первого 1 входного и второго 5 выходного транзисторов, а также закрытым p-n переходом на подложку 6 второго 5 выходного транзистора, шину источника питания 7, связанную с эмиттером первого 1 входного и второго 5 выходного транзисторов, закрытый p-n переход на подложку 8 первого 3 выходного транзистора, первый вывод которого соединен с коллектором первого 3 выходного транзистора и токовым выходом 9 устройства.
Существенный недостаток известного токового зеркала Вильсона состоит в том, что при его реализации на биполярных p-n-p транзисторах с изолирующими p-n переходами на подложку оно не обеспечивает высокую точность передачи на выход микроамперных значений входного тока при воздействии температуры и/или потока нейтронов. Вследствие данного недостатка известное устройство при малых входных токах (десятки микроампер) и работе в широком диапазоне температур и воздействии радиации практически теряет работоспособность и основные функции.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении точности передачи малых входных токов токового зеркала Вильсона при его реализации на p-n-p транзисторах с изоляцией p-n переходами на подложку.
Поставленная задача решается тем, что в токовом зеркале фиг.1, содержащем первый 1 входной транзистор, коллектор которого связан со входом 2 устройства, базой первого 3 выходного транзистора и закрытым p-n переходом на подложку 4 первого 1 входного транзистора, второй 5 выходной транзистор, коллектор которого соединен с объединенными базами первого 1 входного и второго 5 выходного транзисторов, а также закрытым p-n переходом на подложку 6 второго 5 выходного транзистора, шину источника питания 7, связанную с эмиттером первого 1 входного и второго 5 выходного транзисторов, закрытый p-n переход на подложку 8 первого 3 выходного транзистора, первый вывод которого соединен с коллектором первого 3 выходного транзистора и токовым выходом 9 устройства, предусмотрены новые элементы и связи - второй вывод закрытого p-n перехода на подложку 8 первого 3 выходного транзистора связан с коллектором второго 5 выходного транзистора.
Схема заявляемого устройства в соответствии с п.1 формулы изобретения показана на чертеже фиг.2.
На чертеже фиг.3а показана схема p-n-p транзистора компании Zarlink Semiconductor, а также эскиз его топологии, на котором буквой К1 обозначен вывод от изолирующего кармана (фиг.3б).
На чертеже фиг.4 приведены схемы трех модификаций токового зеркала Вильсона фиг.1-фиг.2 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар» (г.Москва):
- схема фиг.4а - не содержит изолирующих p-n переходов на подложку (идеальный случай);
- схема фиг.4б - классическое токовое зеркало Вильсона (прототип) с подключением p-n переходов на подложку к шине положительного источника питания;
- схема фиг.4в - предлагаемое токовое зеркало.
На чертеже фиг.5 показана практически линейная зависимость выходного тока токового зеркала фиг.4а (без изолирующих p-n переходов) от входного тока при разных значениях температуры (от -40 до 80°C).
На чертеже фиг.6 показана существенно нелинейная зависимость выходного тока токового зеркала-прототипа фиг.46 от его входного тока при разных значениях температуры (от -40 до 80°C).
На чертеже фиг.7 показана зависимость выходного тока предлагаемого токового зеркала фиг.4в (фиг.2) от входного тока при разных значениях температуры (от -40 до 80°C).
Токовое зеркало фиг.2 содержит первый 1 входной транзистор, коллектор которого связан со входом 2 устройства, базой первого 3 выходного транзистора и закрытым p-n переходом на подложку 4 первого 1 входного транзистора, второй 5 выходной транзистор, коллектор которого соединен с объединенными базами первого 1 входного и второго 5 выходного транзисторов, а также закрытым p-n переходом на подложку 6 второго 5 выходного транзистора, шину источника питания 7, связанную с эмиттером первого 1 входного и второго 5 выходного транзисторов, закрытый p-n переход на подложку 8 первого 3 выходного транзистора, первый вывод которого соединен с коллектором первого 3 выходного транзистора и токовым выходом 9 устройства. Второй вывод закрытого p-n перехода на подложку 8 первого 3 выходного транзистора связан с коллектором второго 5 выходного транзистора.
Рассмотрим работу заявляемого устройства фиг.2 с учетом влияния изолирующих p-n переходов 4, 6, 8 на подложку.
Токи на подложку в схеме фиг.2 существенно сужают диапазон линейной работы токового зеркала, в пределах которого выходной ток пропорционален входному току (Iвых≈Iвх). Действительно, для входного узла Bx.i
В активном режиме работы транзисторов 1, 3 выполняются соотношения:
где α3 - коэффициент усиления по току эмиттера транзистора 3.
Таким образом:
1. Диапазон линейной работы предлагаемого токового зеркала Вильсона фиг.2 определяется численными значениями токов на подложку 
, 
, 
. Причем минимальный входной ток ТЗ не должен превышать значения
2. Приведенные к выходу токи 
и 
p-n переходов 4 и 6 взаимно компенсируют друг друга.
3. Выходной ток токового зеркала пропорционален входному току, если 
.
4. Если 
, α3=1, то в предлагаемой схеме токового зеркала:
В известном устройстве фиг.2:
Следовательно, ток через p-n переход на подложку 8 в схеме фиг.1 и его температурная (радиационная) нестабильность вносят существенную погрешность в передачу входного тока.
Результаты сравнительного компьютерного моделирования токовых зеркал фиг.4, представленные на чертежах фиг.5-фиг.7, показывают, что предлагаемое токовое зеркало имеет более широкий диапазон входных токов, в пределах которого обеспечивается пропорциональность между входным и выходным токами.
Таким образом, предлагаемая схема токового зеркала имеет более широкий диапазон линейной работы и характеризуется более высокими точностными параметрами, что положительно сказывается на ряде параметров аналоговых микросхем на его основе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент US №4.528.496, fig.3
2. Патент US №4.317.082, fig.3
3. Патент US №6.677.807, fig.2
4. Патент US №6.268.769, fig.3
5. Патент US №5.512.815, fig.5A
6. Патент US №3.936.725
7. Патент Н3Т №1485092, fig.2
Claims (1)
- Токовое зеркало, содержащее первый (1) входной транзистор, коллектор которого связан со входом (2) устройства, базой первого (3) выходного транзистора и закрытым p-n переходом на подложку (4) первого (1) входного транзистора, второй (5) выходной транзистор, коллектор которого соединен с объединенными базами первого (1) входного и второго (5) выходного транзисторов, а также закрытым p-n переходом на подложку (6) второго (5) выходного транзистора, шину источника питания (7), связанную с эмиттером первого (1) входного и второго (5) выходного транзисторов, закрытый p-n переход на подложку (8) первого (3) выходного транзистора, первый вывод которого соединен с коллектором первого (3) выходного транзистора и токовым выходом (9) устройства, отличающееся тем, что второй вывод закрытого p-n перехода на подложку (8) первого (3) выходного транзистора связан с коллектором второго (5) выходного транзистора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011150788/08A RU2474954C1 (ru) | 2011-12-13 | 2011-12-13 | Токовое зеркало |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011150788/08A RU2474954C1 (ru) | 2011-12-13 | 2011-12-13 | Токовое зеркало |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2474954C1 true RU2474954C1 (ru) | 2013-02-10 |
Family
ID=49120604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011150788/08A RU2474954C1 (ru) | 2011-12-13 | 2011-12-13 | Токовое зеркало |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2474954C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2543313C2 (ru) * | 2013-06-04 | 2015-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" (ООО "Юник Ай Сиз") | Токовое зеркало с пониженным выходным напряжением |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4528496A (en) * | 1983-06-23 | 1985-07-09 | National Semiconductor Corporation | Current supply for use in low voltage IC devices |
| EP0346978A1 (en) * | 1988-06-15 | 1989-12-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Integrated current-mirror arrangement comprising vertical transistors |
| EP0497319A1 (en) * | 1991-01-29 | 1992-08-05 | Nec Corporation | Semiconductor integrated circuit device having substrate potential detection circuit |
| US6496049B2 (en) * | 2000-08-01 | 2002-12-17 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor integrated circuit having a current control function |
| RU2402150C1 (ru) * | 2009-04-09 | 2010-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Токовое зеркало с цепью нагрузки в виде каскада на транзисторе с общим эмиттером |
-
2011
- 2011-12-13 RU RU2011150788/08A patent/RU2474954C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4528496A (en) * | 1983-06-23 | 1985-07-09 | National Semiconductor Corporation | Current supply for use in low voltage IC devices |
| EP0346978A1 (en) * | 1988-06-15 | 1989-12-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Integrated current-mirror arrangement comprising vertical transistors |
| EP0497319A1 (en) * | 1991-01-29 | 1992-08-05 | Nec Corporation | Semiconductor integrated circuit device having substrate potential detection circuit |
| US6496049B2 (en) * | 2000-08-01 | 2002-12-17 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor integrated circuit having a current control function |
| RU2402150C1 (ru) * | 2009-04-09 | 2010-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Токовое зеркало с цепью нагрузки в виде каскада на транзисторе с общим эмиттером |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2543313C2 (ru) * | 2013-06-04 | 2015-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Юник Ай Сиз" (ООО "Юник Ай Сиз") | Токовое зеркало с пониженным выходным напряжением |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2523124C1 (ru) | Мультидифференциальный операционный усилитель | |
| Nagulapalli et al. | A single BJT 10.2 ppm/° C bandgap reference in 45nm CMOS technology | |
| RU2365969C1 (ru) | Токовое зеркало | |
| RU2461048C1 (ru) | Источник опорного напряжения | |
| RU2474954C1 (ru) | Токовое зеркало | |
| RU2615070C1 (ru) | Прецизионный двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель | |
| Xue et al. | A low‐power NPN‐based band‐gap voltage reference in an ultra‐wide temperature range | |
| RU2615068C1 (ru) | Биполярно-полевой дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2523947C1 (ru) | Выходной каскад усилителя мощности на основе комплементарных транзисторов | |
| RU2416155C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2416152C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2568384C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель на основе радиационно стойкого биполярно-полевого технологического процесса | |
| RU2433523C1 (ru) | Прецизионный дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2621289C1 (ru) | Двухкаскадный дифференциальный операционный усилитель с повышенным коэффициентом усиления | |
| RU2474952C1 (ru) | Операционный усилитель | |
| RU2416150C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель | |
| RU2368063C1 (ru) | Активная нагрузка дифференциальных усилителей | |
| RU2414808C1 (ru) | Операционный усилитель с малым напряжением смещения нуля | |
| RU2571579C1 (ru) | Прецизионный операционный усилитель для радиационно-стойкого биполярно-полевого техпроцесса | |
| RU2595926C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель | |
| RU2592455C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода | |
| RU2402150C1 (ru) | Токовое зеркало с цепью нагрузки в виде каскада на транзисторе с общим эмиттером | |
| RU2432666C1 (ru) | Дифференциальный операционный усилитель с малым напряжением питания | |
| RU2530260C1 (ru) | Температурно стабильный источник опорного напряжения на основе стабилитрона | |
| RU2592429C1 (ru) | Биполярно-полевой операционный усилитель на основе "перегнутого" каскода |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131214 |