ТОКОВЫЕ ЗЕРКАЛА Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 1. Всего 16. Конец слайда

Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 1. Всего 16.
ТОКОВЫЕ ЗЕРКАЛА
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 2. Всего 16.
Токовое зеркало – электронное устройство с одним входом и
одним или несколькими выходами, выходной ток (или токи) которого
повторяет как по величине, так и по направлению его входной ток.
IВХ
IВЫХ
VT2
VT1
Для нормальной работы «токовых зеркал» необходимо, чтобы
параметры транзисторов были полностью идентичны.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 3. Всего 16.
IВХ
IВЫХ
VT2
VT1
1. Если у одинаковых транзисторов равны напряжения UБЭ, то у них равны и
токи базы IБ.
2. Если у одинаковых транзисторов равны токи базы IБ, то у них равны и токи
коллекторов IК .
3.
I K VT  I Б VT h21Э
Транзистор VT1 в схеме рисунка используется в диодном включении
и работает на границе активного режима и режима насыщения (UКБ = 0).
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 4. Всего 16.
IВХ
IВЫХ
VT2
VT1
I K VT 1  I Б VT 1h21Э
U БЭ VT 1  U БЭ VT 2
I Б VT1  I Б VT 2
I К VT 1  I К VT 2
I ВХ  I К VT 1  I Б VT 1  I Б VT 2  I К VT 1  2 I Б  I К VT 1 (1 
h21Э  1
2
h21Э
)
I ВХ  I К VT 1  I К VT 2  I ВЫХ
I ВХ  I ВЫХ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 5. Всего 16.
Погрешность для предыдущей схемы при h21Э = 50 составляет не более 4%.
Если нужна большая точность, можно применить нижеследующую схему.
IВХ
IВЫХ
VT3
VT2
VT1
I ВХ  I К VT 2  I Б VT 3
I ВЫХ  I К VT 3
I Б VT 1  I Б VT 2  I Б
I Э VT 3  I К VT 3  I Б VT 3  I К VT1  2 I Б
I К VT 1  I К VT 2
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 6. Всего 16.
IВХ
IВЫХ
VT3
VT2
VT1
Из полученных выше выражений
I ВЫХ  I К VT 3  I Э VT 3  I Б VT 3  I К VT1  2 I Б  I Б VT 3
Считая, что IБ VT3 = IБ (Это вполне оправдано, т.к. h21Э транзисторов
велик и токи IК VT1 и IК VT3 близки), получим:
I ВЫХ  I К VT1  I Б  I К VT 2  I Б  I ВХ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 7. Всего 16.
АКТИВНАЯ НАГРУЗКА
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 8. Всего 16.
+ UП _
RБ1
RК
VT
uВХ
RБ2
RЭ
uВЫХ
RН
Коэффициент усиления каскада ОЭ при холостом ходе
КU K
h21Э RK

RВХ
RВХ
h11Э RБ

h11Э  RБ
RБ 
RБ1 RБ 2
RБ1  RБ 2
Если к выходу каскада ОЭ подключена нагрузка RH,
КU K
Автор Останин Б.П.
h21Э RН'

RВХ
RН' 
RК RН
RК  RН
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 9. Всего 16.
Поскольку RН'  RK , коэффициент усиления уменьшается.
Уменьшение коэффициента усиления можно объяснить уменьшением
доли изменения коллекторного тока, протекающего непосредственно
через сопротивление нагрузки RH, которая определяется выражением
U ВЫХ  U ВХ
I ВЫХ  I RH 
U ВХ h21Э RK RH
U ВХ h21Э RK
U ВЫХ


RH
RВХ ( RK  RH ) RH RВХ ( RK  RH )
I RH
Автор Останин Б.П.
h21Э RН
h21Э RK RH
 U ВХ
RВХ
RВХ ( RK  RH )
U ВХ h21Э RK

RВХ ( RK  RH )
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 10. Всего 16.
Максимум IRН будет при RК  . Тогда весь выходной ток
будет протекать через сопротивление нагрузки RН.
lim I RH
RK 
U ВХ h21Э

RВХ
2-й способ объяснения
При заданных RН, h21Э, RВХ коэффициент усиления определяется
только сопротивлением RК. Максимальный коэффициент усиления
будет при RК  . Тогда весь ток усиленного сигнала пойдет через
сопротивление нагрузки (См. схему замещения каскада).
iВХ
uВХ
iБ
RБ
Автор Останин Б.П.
U ВЫХ  U ВХ
h11Э
h21ЭiБ
h22Э
RК
h21Э RK RH
RВХ ( RK  RH )
RН uВЫХ
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 11. Всего 16.
Однако увеличение сопротивления
при заданном токе покоя приводит к
увеличению падения напряжения на нем. Соответственно уменьшается падение
напряжения между выводами коллектора и эмиттера транзистора. Последнее приводит
к уменьшению максимальной амплитуды сигнала, которая может быть получена на
выходе каскада. Попытка сохранить амплитуду выходного сигнала на прежнем уровне
требует увеличения напряжения питания. Однако это увеличение не может быть
бесконечным, т.к. оно ограничивается предельно допустимыми параметрами
используемой элементной базы и сопровождается увеличением рассеиваемой в каскаде
мощности. Получается, что в каскадах с RК коэффициент усиления всегда меньше
максимально возможного.
Следовательно, вместо RК необходимо устройство, которое для постоянного тока
имело бы малое сопротивление (режим покоя), а для переменного тока (усиленный
сигнал) имело бы значительно большее (в тысячи и десятки тысяч раз). Такими
свойствами обладают нелинейные элементы, у которых статическое сопротивление
значительно меньше дифференциального (динамического). Роль такого нелинейного
элемента может выполнять источник постоянного тока. Схемы таких каскадов
показаны на нижеприведённых рисунках. Для нормальной работы такого каскада
необходимо, чтобы номинальный ток источника тока равнялся сумме токов покоя
коллектора и нагрузки.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 12. Всего 16.
Пример
+ U
П
RБ1
+UП
_
RБ1
VD1
RК
RЭ
VT2
RСМ
VT
uВХ
RБ2
RЭ
RН uВЫХ
VT1
uВХ
RБ2
RН uВЫХ
В правой схеме вместо RК использован источник тока на транзисторе VT2.
Пусть для режима покоя выполняется условие
I KVT 2  I ИТ  I K П VT 1  I H П
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 13. Всего 16.
+UП
RБ1
VD1
RЭ
Если под действием входного
сигнала, ток коллектора транзистора
VT1 получил приращение IК, то,
помня, что
VT2
RСМ
VT1
uВХ
RБ2
RН uВЫХ
I KVT 2  I ИТ  I K П VT 1  I H П
имеем
I KVT 2  I ИТ  I K П VT 1  I KVT 1  I H П  I H
Вычитая из нижнего выражения верхнее, получим
I KVT 1   I H
Следовательно, все приращение коллекторного тока будет протекать через RН.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 14. Всего 16.
Аналогично могут быть построены усилители и на полевых
транзисторах. Максимальный коэффициент усиления у них
K U K  sR H
+UП
+UП
VT2
RС
VT
uВХ
Автор Останин Б.П.
RИ
RH
uВЫХ
VT1
uВХ
RH uВЫХ
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 15. Всего 16.
+UП
+UП
VT2
RС
VT
uВХ
Автор Останин Б.П.
VT1
RH uВЫХ
uВХ
RH uВЫХ
Конец слайда
Токовые зеркала. Активная нагрузка. Слайд 16. Всего 16.
Контрольные вопросы по токовым зеркалам
и по
активной нагрузке
1. Область применения токовых зеркал.
2. Математическое
описание
простейшего
токового зеркала.
3. Математическое описание токового зеркала на
трёх транзисторах.
4. Активная нагрузка. Назначение, область
применения.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда