Surse de Curent - Complemente de Circuite Electronice

Introducere

Circuitele analogice utilizează foarte mult referinţele de curent şi tensiune.Aceste referinţe trebuie să depindă cât mai puţin de sursa de alimentare,de parametrii procesului şi să aibă o dependenţă cât mai precis cunoscută de temperatură.

De exemplu: generatorul de curent utilizat pentru polarizarea etajului diferenţial, se proiectează cu o anumită precizie în funcţie de câştigul în tensiune a etajului şi de zgomotul circuitului.

De asemenea, în convertoarele AD (analog-digital) şi DA (digital-analog), referinţele sunt folosite la definirea domeniului de conversie (complet) de intrare sau ieşire.

O referinţă furnizează o tensiune continuă ,sau un curent continuu, independentă de alimentare şi proces şi cu caracteristici bine definite, la variaţia temperaturii.În cele mai multe aplicaţii, dependenţa de temperatură se poate întâlni în una din următoarele trei forme:

a.) mărime proporţională cu temperatura absolută (PTAT)

b.) performanţe la gm constant, în sensul că, transconductanţa unor tranzistoare rămâne constantă.

c.) independenţa de temperatură.

Din aceste motive, discuţia asupra referinţelor se poate împărţi în două, şi anume:

1. polarizare independentă de alimentare

2. definirea variaţiei cu temperatura

Nu numai alimentarea, procesul şi variaţia temperaturii pot fi parametri critici la un generator de referinţă.Tot atât de bine, aşa cum se va constata mai târziu, pot constitui parametri critici impedanţa de ieşire, zgomotul din ieşire, puterea disipată, etc..

Sursele de curent realizate cu tranzistoare au ajuns să fie utilizate atât ca elemente de polarizare cât şi ca sarcini pentru etajele de amplificare. Utilizarea surselor de curent pentru polarizare duce la creşterea insensibilităţii circuitului faţă de variaţiile surselor de alimentare şi ale temperaturii. În ceea ce priveşte aria de pe cip necesară pentru a se realiza o valoare dată a curentului de polarizare, în particular atunci când valoarea necesară a curentului de polarizare este mică. Utilizarea surselor de curent cu sarcină în amplificatoarele cu tranzistoare, duce – datorită rezistenţei incrementale mari – la obţinerea de câştiguri în tensiune mari pentru valori mici ale tensiunii surselor de alimentare.

Capitolul 1 Surse de curent

1.1. Sursa de curent simplă

Cea mai simplă formă a sursei de curent – vezi fig. 1.1– constă dintr-un rezistor şi două tranzistoare. Tranzistorul Q1 este conectat ca diodă, forţându-se astfel o valoare nulă pentru tensiunea colector-bază. În acest fel, la joncţiunea colector-bază nu există injecţie (deoarece nu este polarizată) şi tranzistorul se comportă ca şi cum ar fi regiunea activă directă. În continuare vom neglija curenţii reziduali ai joncţiunilor şi vom presupune ca tranzistoarele sunt identice şi că rezistenţa de ieşire a tranzistorului Q2 este infinită. Deoarece tranzistoarele Q1 şi Q2 au aceeaşi tensiune bază-emitor curenţii lor de colector sunt egali

IC1=IC2 (1.1)

Scriind suma curenţilor în colectorul tranzistorului Q1 se abţine

deci

(1.2)

Dacă βF este mare, curentul de colector al tranzistorului Q2 este practic egal cu curentul de referinţă

(1.3)

Fig. 1.1 O sursă de curent simplă, cu două tranzistoare

Rezultă că în cazul a două tranzistoare Q1, Q2 identice curenţii de ieşire şi de referinţă sunt egali. De fapt nu este necesar ca tranzistoarele să fie identice. Ariile de emitor ale lui Q1 şi Q2 pot să fie făcute diferite, fapt care determină ca şi valorile curentului IS pentru cele două tranzistoare să fie diferite; în acest caz valorile celor doi curenţi de colector, IC1 şi IC2, nu vor mai fi egale ci se vor afla într-un raport constant. Cum acest raport poate să fie supraunitar sau subunitar, rezultă că plecând de la o valoare dată a curentului de referinţă se poate obţine orice valoare se doreşte pentru curentul de ieşire. Totuşi rapoartele de arii mai mari ca, aproximativ, 5:1 duc la un consum mare de arie, din cauza suprafeţei ocupate de către cel mai mare dintre cele două tranzistoare. Din această cauză penrtu generarea unor rapoarte mari de curenţi se preferă alte metode care se vor discuta în secţiunile următoare. Deoarece curentul de intrare este reflectat la ieşire, acest circuit este deseori denumit “oglindă de curent”.