Токовое зеркало

Примем во внимание выражение (3.33), демонстрирующее относительную незначительность тока в сопротивлении сток-исток (в пологой области) в сравнении с граничным током . В связи с этим будем считать, что ток МДП транзистора в пологой области НЕ ЗАВИСИТ от напряжения сток-исток, т.е. . Подобное допущение позволяет адекватно понять принцип работы электрической схемы, являющейся неотъемлемой частью практически любого аналогового узла. Эта схема называется ТОКОВЫМ ЗЕРКАЛОМ. Два токовых зеркала, как для p-канальных, так и для n-канальных транзисторов изображены на рис. 3.15(а) и 3.15(b) соответственно.

Назначением токового зеркала является создание источников тока с заранее известными этапе проектирования значениями токов. Проведем иллюстрацию этого тезиса на примере p-канального токового зеркала на рис. 3.15(а).

«Сердцем» любого токового зеркала является комбинация МДП диода (на рис. 3.15(а) – на базе транзистора ) и источника ИЗВЕСТНОГО базового режимного тока (на рис. 3.15(а) – тока от источника отрицательного напряжения питания). Равенство базового режимного тока , заряжающего соединенные друг с другом в узле А затвор и сток транзистора , а также тока в этом транзисторе, разряжающего узел А до , поддерживают узел А в стационарном состоянии при постоянном потенциале относительно :

(3.54)

Рис. 3.15. Токовые зеркала: (а) для p-канальных и (в) для n-канальных транзисторов

Пусть длины всех p-канальных транзисторов на рис. 3.15(а) одинаковы, что предполагает равенство их пороговых напряжений. Пусть также на интегральной схеме ширины всех p-канальных транзисторов специально заданы таким образом, что заранее известны соотношения ширин их каналов:

; (3.55)

Принимая во внимание одинаковость длин каналов всех p-канальных транзисторов, равенство потенциалов их истоков и затворов, а также соотношение (3.55), можно сделать вывод, что:

; (3.56)

Таким образом, задавая на топологии интегральной схемы определенные соотношения между шириной транзистора диода, через который протекает ИЗВЕСТНЫЙ базовый режимный ток и ширинами транзисторов с затворами, соединенными с затвором диода (при условии одинаковости потенциалов истоков), можно создавать источники тока с задаваемыми на стадии проектирования ИЗВЕСТНЫМИ величинами токов. Полярность этих токов противоположна полярности базового тока, а, именно, на рис. 3.15(а) известный базовый ток соединен с источником отрицательного источника питания, тогда как созданные p-канальные источники тока соединены с источником положительного питания, т.е. имеем «токовое зеркало».

Аналогично рассуждая, легко понять принцип токового зеркала для n-канальных транзисторов на рис. 3.15(b).

Вернемся к рис. 3.3, на котором изображен простейший усилитель с активной нагрузкой. Режимный ток усилителя задавался нагрузочным p-канальным транзистором выбором постоянного потенциала на его затворе. При анализе усилителя по умолчанию подразумевалось, что постоянное режимное смещение на затвор ВХОДНОГО транзистора, обеспечивающее равенство режимного тока во входном n-канальном транзисторе задаваемому режимному току в нагрузочном p-канальном транзисторе, создавалось соответствующей схемой.