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