View
106
Download
8
Category
Tags:
Preview:
Citation preview
جريان جريان منابع منابع
منابع در مهم عامل منابع دو در مهم عامل دوجريان :جريان :
باشد- .1 زياد بسيار خروجي مقاومت
بيشتر باشد ، جريان خروجـي منبع جريان كمتر تحت تأثير Rهر چه •ولتاژ مدار قرار
گييگيرد . م
و - 2 طبيعي عوامل تأثير تحت و باشد ثابت خروجي جرياننگيرد . قرار منبع اژ ت ول
براي اينكه جريان داراي خروجي ثابت باشد ، بايد مدار سازنده جريان •در منطقه فعال باياس شود . Irefمرجع
R
VII O +=
: جريان منابع انواع
1 : ده- current sourceجريان
2 : خور- current sinkجريان
فعال : منطقه در ترانزيستور باياس براي
:BJT ترانزيستور•
است .بنابراين در ناحيه فعال باياس شده
satCEBECE VVV >=
:MOSFET ترانزيستور•
براي ( اشباع ناحيه ) :PMOSو NMOSشرط
:NMOSدر
: PMOSدر
مدار ( اين ) :NMOSدر
TGSDS VVV −≥
TGSDS VVV −≥
TGSDS VVV −≤
T
VV
TGSDS VVVVDSGS
−≥⇒−≥=
0
جريان منبع جريان يك منبع يكساده :ساده :
در منابع جريان بايد نقطه كـار ترانزيستورهـا در ناحيه فعـال واقع •شـود ( بيس به كلكتور وصل شود ) . در اين ناحيه جريان خروجي
نيست .DCثابت است و تابع ولتاژ ناحيه فعال است ، در T1در اين مدار علوه بر اينكه
T2 نيز بايد در ناحيه فعال باشد .
Voutكه ترانزيستور خروجي به يك مدار با ولتاژ در صورتي•
صورت زير وصل شود ، شرط واقع شدن در ناحيه اشباع بهآيد :بدست مي
از طرفي :
GGSGDD VVV +=
( )Ι−=⇒ DDGGGS VVV
SSoutSDDD VVVV ++=
( )ΙΙ−+=⇒ DDSSoutDS VVVV
اشباع : ناحيه شرط
:PMOS براي
) ط رواـب ـه ب توجـه ـا ب ن (Ιبنابراـي و (ΙΙ اشباع ناحيه و شرط (خواهيم داشت :
متصلPMOSشرط اينكه ترانزيستور به مدار در ناحيه اشباع باشد :
TGSDS VVV −≥
TGSDS
V
OrTGSDS VVVVVV
T
+≤⇒−≤<0
TDDGGDDSSout VVVVVV +−≤−+
TSSGGout VVVV +−≤
: ROمحاسبه
در اين حالت ولتاژ بدنه به سورس صفر است .
ستور ترانزي ته ي ل ي موب مقدار گنكه ي ا يل دل بيشتر PMOSاز NMOSبهخروجي مقاومت بت ثا ابعاد و جريان يك ازاي به ين ابرا ن ب است
NMOS و گلتر گها يد ا جريان منبع دليل همين به و است بيشتر . ساخت گيتوان م بيشتر بهره ا ب گائي گهه ند گتكن تقوي
ترانزيستور : معادل مدار يادآوريگيشود .Vbs=0وقتي گنها مدار باز م باشد ، يكي از منبع جريا
0=bsV dsmrg=µ
( )µ++= 1SdsO RrR
⇒
: RO محاسبه
: acدر حالت
از قبل داشتيم :
ولي در اين مدار :
بنابراين :
gsbs VV =
( ) dsmbsm rgg +=′µ
( )µ′++= 1SdsO RrR
( )µ++≅⇒<< 1SdsOmmbs RrRggif
dsmrg=µ
كاسكود ( جريان كاسكود (منبع جريان ):):CasCodeCasCodeمنبعمي ـتفاده اس ي جاـي جريان ع منـب ن اـي از كه شود
داشتهمي بال خروجـي مقاومـت مثل خواهيـم و باشيـم باشند .است كه دو آئينه جريان روي هم وصل شدهاين
گيشود كه : در اين مدار فرض م
و ترانزيستورها داراي يكسان باشند .گيشود : VGSهمچنين گهصورت زير تعريف م نيز ب
و به اين معني است كه :
4321
=
=
=
L
W
L
W
L
W
L
W
TGSTGS VVVorVVV −=∆∆+=
K ′
در ناحيه اشباع داريم :
با توجه به فرض خواهيم داشت :
هاي مختلف با همديگر كه دو ترانزيستور با نسبتدرصورتي•سري باشند :
بنابراين :
پس هر چه مقدار در ترانزيستورهاي سري افزايش يابد •مقدار
گييابد . گهصورت مجذور كاهش م ب
TGS VVV −=∆
( ) 22
1TGSD VV
L
WKI −
′=
2
2
1V
L
WKID ∆
′=
21 DD II = 22
2
21
1 2
1
2
1V
L
WKV
L
WK ∆
′=∆
′
( )( )
1
2
2
1
LWL
W
V
V=
∆∆
⇒L
W
L
WV∆
ايگر ترانزيستور با نسبت مختلف با هم موازي باشند :•
پس :• و
بنابراين :
21 GSGS VV =21 VV ∆=∆
21
11 2
1V
L
WKID ∆
′= 2
22
2 2
1V
L
WKID ∆
′=
( )( )
2
1
2
1
LWL
W
I
I
D
D =
⇒L
W
مدار : مدار :تحليل تحليلM3 و M4 با هم سري هستند پس :
و چون پس :
از طرفي : و
پس :
بنابراين :
يا
VVV TGS ∆+=4
34
=
L
W
L
WVVV TGS ∆+=3
32 DD II =32
=
L
W
L
W
32 VV ∆=∆
VVVV TDSout ∆++= 2
VVVV TDSout ∆++= min,2min,
براي اينكه ترانزيستور در ناحيه اشباع واقع شود VDSحداقل • Weakشود ترانزيستور در ناحيه صفر است اما باععث مي
Inversion اينكه از اطمينان براي . گيرد قرار (قطععع) اهاست : ترانزيستور در ناحيه اشباع واقع شد
بنابراين حداقل ولتاژ خروجي براي باياس منبع جريان در •اييآيد : اهصورت زير بدست م ناحيه اشباع ب
در ناحيه غير خطي (تريود) . M2و M1 : 1ناحيه •تريود . M2اشباع و M1 : 2ناحيه •ايگيرند . M2و M1 : 3ناحيه • در نزديكي اشباع قرار م
VVDS ∆=min,
VVV Tout ∆+= 2min,
) از يك ترانزيستور Vout,minبراي كاهش ولتاژ حداقل خروجي (•با اندازه
استفاده كنيم . L
W
4
1
شود كه :در اين مدار فرض مي
و
بنابراين :
پس :
65321
=
=
=
=
L
W
L
W
L
W
L
W
L
W
14 4
1
=
L
W
L
W
VVV DSout ∆+= 2
VVV DSout ∆+= min,2min,
VVout ∆= 2min,
ويلسن ( جريان ويلسن (منبع جريان ):):WilsonWilsonمنبع
داراي • ويلسن جريان منبععع مقاومت خروجي زيادي است. منبع ايعن خروجعي مقاومعت جريان يآئينه از بيشتعر جريان
گيععت چون به M2اسععت. جهت درين اسعت متصعل اش
انعكاس ROutمحاسبه روش از توان استفاده كرد امپدانس نمي
تحليل روش از بنابرايععن .را مدار اين كوچعك سعيگنال
ايكنيم . بررسي م
جريان منبع كوچك سيگنال جريان تحليل منبع كوچك سيگنال تحليلويلسن :ويلسن :
وگيريم :) نتيجه مي4) و (3) و (2) و (1از روابط (
از طرفي :
( )233321 gsrefdsgsgs VIrVV µ−=+
( )1222111 gsoutdsgsoutdsout VIrVIrV µµ −+−=
( )4outref II =( )321 gsgs VV =
( ) outdsgsgs IrVV 3331 1 =++ µ
( ) outds
gsgsgsoutdsgsgs Ir
VVVIrVV2
23222232 1 µ
µ+
==⇒−==
بنابراين :
همچنين :
يا
از طرفي :
بنابراين :
( )( ) outdsoutdsgs IrIrV 32
31 21
1=
++
+µµ ( )
( )
++−=
2
3231 1
1
µµ
dsdsoutgs rrIV⇒
( ) outgsoutgsoutdsdsout IVIVIrrV 221121 µµ −−+=
( ) ( )( ) ( ) out
dsoutdsdsoutdsdsout I
rIrrIrrV
2
22
2
3213121 11
1
µµ
µµµµ
+−
++
+−++=
out
outout I
VR =
( )2
2
22
2
313121 11
1dsdsdsdsdsout rrrrrR
µµ
µµµµ
+−
++
+−+=
با فرض :
خواهيم داشت :
دليل • بعه ، نباشعد ناچيزي مقدار مقدار ايكه درصعورت) در VDSوابستگي جريان خروجي به ولتاژ درين سورس (
ايتوان VGSدو ترانزيستوري كه يآنها با هم يكسان است نمانها را برابر گرفت . جريان دري
1, 32 >>µµ
22
31311 dsdsdsout rrrR
µµµµ +−≅
λ
( ) ( )DSTGSD VVVL
WKI λ+−′= 12
1 2
( )DSGSD VVfI ,=
يآورند :صورت زير در ميبراي حل مشكل اين مدار مدار را به
ترانزيستورها است . VDSدر اين مدار برابر كردن M4نقش
در اين مدار :
چون :
و
بنابراين :
ها هم طبق مدار با هم برابر VGSها با هم برابر و VDSچون •ايتوان گفت دقيقا : است م
2134 GSGSDSGS VVVV +=+
41 GSGS VV =
4321 DDDD IIII ≅≅≅4321
=
=
=
L
W
L
W
L
W
L
W
223 DSGSDS VVV ==
32 DD II =
جريان تغيير در مهم جريان عوامل تغيير در مهم عواملجريان : منابع جريان :خروجي منابع خروجي
) VDDيا VCC- وابستگي به ولتاژ منبع ( 1
- وابستگي به درجه حرارت 2
منبع : ولتاژ به منبع :وابستگي ولتاژ به وابستگي
تلرترند .• هر چه حساسيت كمتر باشد منابع جريان از عوامل مداري مستق
CC
CC
CC
CC
I
V V
I
I
V
VV
II
CC ∂∂=
∆
∆=∫
ويدلر : جريان ويدلر :منبع جريان منبع
ref
BECCref R
VVI 1−
=
=
I
IVIR reft ln2
VCCخواهيم حساسيت جريان خروجي را نسبت به حال مي
بدست يآوريم :
⇒
CC
CCI
V V
I
I
VCC ∂
∂=∫
( )
∂
∂−∂=
∂∂
CC
refref
ref
t
CC VI
IIII
IIV
V
IR
22
∂
∂−∂∂
=∂
∂
CC
ref
CC
ref
ref
t
CC V
I
I
I
V
I
I
V
V
IR2⇒
∂
∂−∂∂
=∂
∂
CCCC
ref
reft
CC V
I
IV
I
IV
V
IR
112
CC
ref
ref
t
CC
t
V
I
I
V
V
I
I
VR
∂∂
=∂
∂
+2
∂+
=∂∂
+
=∫CC
ref
ref
CC
t
t
CC
ref
tref
tCCI
V V
I
I
V
VIR
V
V
I
I
VRI
V
I
VCC
22
⇒ ∫∫+
= ref
CCCC
I
V
t
I
V
V
IR21
1
نظر شود :صرف VBEاگر در منبع جريان آئينه جريان از
بنابراين :
در نتيجه :
مثال : اگر خواهيم داشت :
ref
CC
ref
BECCref R
V
R
VVI ≅
−= 1
11 =×=
∂∂
=∫refref
CC
CC
ref
ref
CCI
V RI
V
V
I
I
Vref
CC
t
I
V
V
IRCC 21
1
+=∫
Ω=== KRAImAI ref 12,10,1 2µ
18.0∫ ≅I
VCC
نكته : نكته :چند چند
اي منبع جريان ويدلر در مقايسه با منبع جريان آئينه•برخوردار است . VCC از حساسيت كمتري نسبت به
اي حساسيت جريان خروجي به درمنبع جريان آئينه•VCC . برابر يك است و اين مناسب نيست
و • طبيعي عواممل كمه اسمت مناسمب جريانمي منبمع مداري روي آن اثري نداشته باشد .
كنيم :حال حساسيت در مدار زير را بررسي مي: هابيس جريان از نظرصرف با
12112 lnln
S
reftout
S
reftBEout I
I
R
VI
I
IVVIR =⇒==
111
21 2
R
V
R
VV
R
VVVI CCBECCBEBECCref ≅
−=
−−=
ref
t
S
ref
St
ref
out
IR
V
III
R
V
I
I
2
1
1
2
1
==∂∂
1
1
RV
I
CC
ref =∂∂
بنابراين :
عدد بسيار بزرگي است . بنابراين حساسيت اين منبع •جريان به ولتاژ منبع ولتاژ بسيار كم است .
سلساز است .• و ال وابسته به است و اين مشك كامسيكنيم كه را • و ال مستقل از شود كاري م براي اينكه كام
بسازد. ( استفاده از منبع جريان آئينه جريان)به • آمن نسبت بما مقدار سهدليمل رابطمه لگاريتممي حساسيت ب
مقدار قبلي خيلي كمتر است .
12
1
RIR
V
I
V
V
I
I
I
I
V
V
I
I
V
ref
t
out
CC
CC
ref
ref
out
out
CC
CC
out
out
CCI
V
out
CC
=∂∂
∂∂
=∂∂
=∫
1
111 ln
1121
S
refBE
tI
V
IRV
refBE
tCCI
V
IRV
I
IV
V
RIV
VV out
CC
refCCout
CC
outBE
=== ∫⇒∫⇒==
1
lnS
ref
I
I
outIoutI
outICCV
CCVrefI
refI
كامال مستقل از شود از مدار زير استفاده براي اينكهكنيم :مي
معروف است و متشكل Current Repeaterاين مدار به مدار ) است . Q4و Q3از يك منبع جريان آئينه جريان (
outICCV
ها در منبع جريان خواهيم نظر از جريان بيسبا صرفداشت :
از طرفي :
) :2) و (1با استفاده از روابط (
( )12Cref II =
( )2lnln1
21
12S
reftC
S
reftBEC I
I
R
VI
I
IVVRI =⇒==
1
22 ln
S
CtC I
I
R
VI =
سازي وجود بنابراين دو نقطه كار براي پيادهدارد .
بايد 1نقطمه نزديمك جريان اشباع است كمه مطلوب نيست و مداري به منبع جريان اضافه كرد كه بتولند منبع جريان را
. باياس كند2در نقطه آغازش به اين مدار ، شود . ) گفته ميStart Up ( مدار
1
22 ln
S
CtC I
I
R
VI =
راه راه مدار انداز :انداز :مدار
شود جريان اي كه باعث ميبنابراين جريان اوليه از نقطه اول عبور كند بايد شرط زير را داشته باشد :
مقدار چندان مهم نيست و تنها بايد جريان عبوري از آن از •جريان
بيشتر باشد . توجه داشته باشيد كه اگر اين مقاومت بزرگ باشد ، تلفات •
سيكند . سهوجودآمده در منبع جريان كاهش پيدا م حرارتي ب
refI
1S
بايد
xref I
R
VI >>= γ
xR1SI
:نكتهنكته نيز استفاده VBE Multiplierتوان از مدار جاي ديودها ميبه•
كرد .
جائيكه :
سيشود :• اما به دو دليل زير از اين مدار استفاده نمتلفات مقاومت ( 1 -R1 و R2 بال نياز به جريان ) زياد است و
سهاندازي دارد . جهت راسهبرتر 2 - ساخت مقاومت و ترانزيستور نسبت به ديودها هزين
است .سيشويم بنابراين MOSFETدر • ها با اين مشكالت مواجه نم
ها كاربرد دارد .MOSFETمدار بال در
( )
+=+=
2
121
2
1R
RVRR
R
VV BE
BE
21 3,4 RRVV == γ
داريم :MOSFETMOSFETدر ها
بنابراين خواهيم داشت : و
) خواهيم داشت :3) و (2) و (1از روابط (
سيتوان گفت : در اين حالت محساسيت ريشه دوم نسبت به لگاريتم ، نسبت به تغييرات پارامترها بيشتر است .
( )12II ref = ( )212 GSVRI =
( ) ( )32
2 12
11 Tref
GSTGSrefD VI
VVVII +=⇒−==β
β
TTref V
IRIV
IRI +=⇒+=
ββ2
22
22
( به ( نسبت تغيير ) حساسيت به ( نسبت تغيير حساسيتحرارت : حرارت :درجه درجه
براي اينكه با عامل دما سروكار نداشته باشيم براي بررسي • شود .حساسيت جريان خروجي از استفاده مي
در اين حالت تغيير دما عامل تعيين كننده است .•
CFT
T
I
I
TI
T ∂∂=∫
T
I
ITCF ∂
∂= 1
tCoefficieneTemperaturTCF :
CFT آوريم :حال براي منبع جريان زير را بدست مي
منفيحالتباتقويتچوننيستمناسبمداراينداريم
مثالاگردريكمدار
وبرايمقاومتنفوذي
اگرداشتخواهيم
R
VI BEC =2
T
R
R
V
T
V
RRT
RV
T
VR
T
I BEBEBE
BE
C
∂∂−
∂∂
=∂∂−
∂∂
=∂
∂22
2 1
00
2
2
111
<<
∂∂−
∂∂
=∂
∂=
T
R
RT
V
VT
I
IT BE
BE
C
CCF
C
mV
T
VBE°
−=∂
∂2
C
ppm
T
R
R °=
∂∂
15001
VVBE 6.0=
C
ppmTCF °
−≅ 4800
اهانداز زير نيز MOSFETبراي مدار متشكل از با مدار راخواهيم داشت :
معمول از لحاظ حرارتي نسبت به كمتر حساس •است و براي
شود . بنابراين :بررسي حذف مي
همچنين داريم :
كاهش • آسستانه ولتاژ يابسد افزايسش حرارت درجسه چسه هسر اييابد . م
براي داشتن يك منبع جريان مستقل از حرارت بايد حداكثر• باشد .
βrefI2
TTref VVI
RI ≅+=β2
2
TV
CFT
R
VIVRI T
T =⇒≅ 22 00
11
<<
∂∂−
∂∂
=T
R
RT
V
VT T
TCF⇒
( ) ( ) ( )C
mVTTTVTV TT °
=−−= 3.200 αα
CFTC
ppm
°100
:VVtt گرايشگرايش
و بنابراين :
نكته :
بنابراين :
refout II =
( )121 BEBEout VVRI −= ( )2lnS
CtBE I
IVV =
( ) ( )1
2lnlnln2,1S
S
out
reftout
S
outt
S
reftout I
I
I
IVRI
I
IV
I
IVRI ⋅=⇒−=⇒
12 2 SS II =
2ln2ln2 12 R
VIVRIII touttoutSS =⇒=⇒=
بنابراين :
كنيم كه نسبت به مدار قبل خيلي كمتر مشاهده مي•است .شده
اگر :•
∂∂−
∂∂
=
∂∂−
∂∂
=∂
∂T
R
R
V
T
V
RRT
RV
T
VR
T
I ttt
t
out22
12ln2ln
00
111
<>
∂∂−
∂∂
=∂
∂=
T
R
RT
V
VT
I
IT t
t
out
outCF
T
R
RTT
q
K
T
V
q
KTVif CF
tt ∂
∂−=⇒=∂∂
⇒= 11:
KT °= 300
C
ppmT
C
ppm
T
R
R CF °≅⇒
°=
∂∂
180015001
تكنولوژي تكنولوژي براي : :MOSFETMOSFETبراي
آيد اما در تكنولوژي بوجود ميCMOS در تكنولوژي npnترانزيستور •PMOS يا NMOSآيد . اين ترانزيستور بوجود نمي
212 GSGSref VVII =⇒=
( ) ( )nR
VInVVVRI t
tBEBE lnln 2212 =⇒=−=
حرارت : از مستقل حرارت :گرايش از مستقل گرايش
بنابراين :
بنابراين مقدار به مقدار بستگي دارد .
R
VVIVVRI BEZoutBEZout
−=⇒−=
( )2R
T
RVV
T
V
T
VR
T
I BEZBEZ
out ∂∂−−
∂∂
−∂∂
=∂
∂
( )
0
2
00
111
<>>
∂∂−−
∂∂
−∂∂
=∂
∂T
RVV
RT
V
RT
V
RT
IBEZ
BEZout
T
Iout∂
∂R
نسبت به درجه حرارت VBEو VZ كه در صورتيداراي تغييرات مشابه نباشند :
تفاوت اين مدار با مدار قبل اين است كه• n تا ديود ويك منبع جريان بعد از مقاومت
است و اين قسمت به مدار قبلي قرار گرفتهاست . اضافه شده
ها :نظر از جريان بيسبا صرف
و
ايكنيم : اهصورت زير عمل م براي محاسبه تغييرات ب، Rمدار مشابه مدار قبل است ولي به عامل كنترل علوه بر
n نيز اضافه شده است . در مدار قبل تنها R عامل كنترل روي آن تغييسر و اسست مشكلسي كار آسن تنظيسم كسه بود
ايباشد ولي مستقل است .nپارامترهاي ديگر اثرگذار م
outBEBEZ IRVnVVV 213 +++= γ γVVV BEBE == 31
⇒( )
2
2
R
VnVI BEZout
+−=
( ) ( )( )
0
222
0
2
0
2
21211
<>>
∂∂
+−−∂+∂
−∂∂
=∂
∂T
RVnV
RT
Vn
RT
V
RT
IBEZ
BEZout
شود : محاسبه ميnبا قراردادن مقدار
در اين حالت سه حالت ممكن است پيش بيايد :•
ديود n عدد صحيح مثبت حقيقي باشد ، به تعداد nاگر .1ايشود . قرار داده م
ديود n عدد صحيح منفي حقيقي باشد ، به تعداد nاگر .2ايشود . در زير ديود زنر قرار داده م
اهجاي ديد از (nاگر .3 ) VBE Multiplier عدد اعشاري باشد ، بايكنيم .(اين روش قبل توضيح داده شد ) استفاده م
0=∂
∂T
I out
جريان منبع از استفاده با جريان مدار منبع از استفاده با Current CurrentمدارMirrorMirror: :
در اين مدار نيز از ترانزيستوري استفاده•كنيم كه دو اميتري است يعني جريان مي
اشباع آن دو برابر است .اسها : افنظر از جريان بي با صر
2
2ln
21
1
121 R
VV
R
VIII
tV
BEBEBEout
−
+=+=
21
1 2ln
R
V
R
VI tBEout +=⇒
بنابراين :
جمله بايد جبران جملت منفي را كند . براي اين •منظور بايد
كوچك باشد . R2مقدار باعث افزايش جريان خروجي و افزايش تلفات R2كاهش •
باشد .شود . بنابراين مدار فوق مدار مناسبي نميمدار مي
∂∂
−∂∂
+∂∂
−∂
∂
=∂
∂22
22
21
11
11
2lnR
T
RV
T
VR
RT
RV
T
VR
T
I tt
BEBE
out
0
222
0
2
0
121
1
0
1
1
2ln2ln1
<><<
∂∂
−∂∂
+∂∂
−∂
∂=
∂∂
T
R
R
V
T
V
RT
R
R
V
T
V
RT
I ttBEBEout
⇒
T
V
Rt
∂∂
2
2ln
Recommended