Laboratorium Elektroniki cz I 2

220

Dodatkowym i równie ważnym czynnikiem jest fakt, że układ scalony jest tym tac, szy, im mniejszą powierzchnię zajmuje, gdyż tym więcej egzemplarzy można wyp_ro dukować w jednym procesie technologicznym.

Efektem tego procesu jest powstanie szeregu układów elementarnych stanowią cych jak gdyby typowe podzespoły stosowane przy projektowaniu układów scalonych. Do najważniejszych spośród nich należy zaliczyć: źródła prądowe, źródła napięciowe, obwody polaryzacji, układy przesuwające poziom napięcia stałego, układy wejściowe i wyjściowe, wzmacniacze różnicowe, obciążenie aktywne itp.

12.2.1. Źródła prądowe

Układów polaryzacji tranzystora bipolarnego omówionych w ćwiczeniu 11 nie można realizować w postaci scalonej. Podstawowym powodem jest brak możliwości wykonania kondensatora monolitycznego o wartości rzędu mikrofaradów oraz rezystorów dzielnika Ri i R₂ o wartościach rzędu kilkudziesięciu kiloomów. Źródła prądowe są stosowane jako układy ustalające prąd kolektora, z jednoczesną stabilizacją jego wartości. Oprócz tego są wykorzystywane jako aktywne obciążenie stopni wzmacniających oraz w układach przesuwania poziomu składowej stałej.

Rys. 12.1. Źródła prądowe typu .zwierciadła prądowe'

Na rys. 12.1 przedstawiono trzy wersje podstawowego typu źródła prądowego-W układach tych tranzystor T, w połączeniu diodowym jest wykorzystany do polaryzacji tranzystora T₂. Identyczność obu tranzystorów gwarantuje termiczną kompen-

powered by

. Mi siol

sację zmian napięcia U_Be w tranzystorze T₂. Wartość prądu l₀ w ] niewiele zależy od obciążenia.

Wartość prądu l₀ dla układu z rys. 12.1 można obliczyć z następującego wyrażenia:

P

1=1-

_l ^Ucc-^UBF.

(12.1)

P + 2

przy identyczności obu tranzystorów prąd l₀ jest wiernym odbiciem prądu I, którego wartość dla stałej wartości napięcia zasilającego U^ zależy jedynie od wartości rezystora Ri. Układ ten wymaga stosowania dużych wartości rezystancji R,, w sytuacji gdy wymagana jest mała wartość prądu l₀. Dla przykładu, dla U_cc = 10 V i l₀ = 10 pA wartość Ri = 1 Miź, co w technice monolitycznej nie jest możliwe do zrealizowania. Wady tej pozbawiony jest układ z rys. 12.1 b, w którym wprowadzono dodatkowy rezystor R_e. W tym przypadku związek pomiędzy obu prądami jest następujący:

_

i =*x

In— = -^Lto ^cc ^UBE

L R_e

(12.2)

'E ^lvl\>

Analiza wyrażenia (12.2) pozwala na stwierdzenie, że w celu zmniejszenia prądu źródła I należy zwiększać rezystancję Re- Optymalną sytuację uzyskamy, przyjmując Ri = (p-r/lo- Po podstawieniu tej zależności do równania (12.2) uzyskamy proste wyrażenie umożliwiające obliczenie wartości wymaganej rezystancji R_E:

U„-U_BF

R.I.

R_P = R, ln-

9t

(12.3)

W naszej sytuacji, dla nie zmienionych założeń, wartości rezystancji są następujące: Re = 15,5 k£ź, Ri = 2,5 kQ. Wymagania te są już proste do spełnienia.

Układ przedstawiony na rys. 12.1 c umożliwia z kolei uzyskanie wartości prądu l₀ większych od prądu I, pod warunkiem że R₂ > Re- Wyrażenie (11.4), opisujące własności tego układu, znacznie upraszcza się, gdy R₂» R_E.

Io ₌Jk ₊ JPl__ln_U-^2.    (12.4)

I r_e ir_e i₀ r_e

Uzyskujemy w ten sposób „przekładnik" prądowy, który można wykorzystać w układzie kilku źródeł prądowych, stabilizowanych za pomocą jednego tranzystora w układzie diodowym. Układ taki przedstawiono na rys. 12.2a.