32164 Laboratorium Elektroniki cz I 2

220

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

Efektem tego procesu jest powstanie szeregu układów elementarnych stanowiących 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 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 Ti w połączeniu diodowym jest wykorzystany do polaryzacji tranzystora T₂. Identyczność obu tranzystorów gwarantuje termiczną kompen-

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:

^Ucc-^UBE

R

(12.1)

1

Przy identyczności obu tranzystorów prąd l₀ jest wiernym odbiciem prądu I, którego wartość dla stałej wartości napięcia zasilającego Ucc zależy jedynie od wartości rezystora Ri. Układ ten wymaga stosowania dużych wartości rezystancji R_1f w sytuacji gdy wymagana jest mała wartość prądu l₀. Dla przykładu, dla U_cc = 10 V i l₀ = 10 jiA wartość Ri = 1 M£2, 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 ₌n_ln_L ₌ ^L_lnŁ_^

BE

R,

R,

(12.2)

Analiza wyrażenia (12.2) pozwala na stwierdzenie, że w celu zmniejszenia prądu źródła I należy zwiększać rezystancję R_E. Optymalną sytuację uzyskamy, przyjmując Ri = (pj/l₀. Po podstawieniu tej zależności do równania (12.2) uzyskamy proste wyrażenie umożliwiające obliczenie wartości wymaganej rezystancji R_E:

(12.3)

R_e = R, ln ^U-^{c Ube}

<Pt

W naszej sytuacji, dla nie zmienionych założeń, wartości rezystancji są następujące: Re = 15,5 kft, Ri = 2,5 k£2. 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 » Re-

]o _ Ib. + _ln_L ₌ Jb.

I R,

IR,

R,

(12.4)

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.