FA
All
Articles
Dictionary
Quotes
Map

Wikiwand ❤️ Wikipedia

PrivacyTerms

آینه جریان

From Wikipedia, the free encyclopedia

آینه جریان
تحقق مداری آینه‌های جریانایده بنیادیآینه جریان با بی‌جی‌تیمقاومت خروجیآینهٔ جریان ساده با ماسفتمقاومت خروجیولتاژ سازگاریآینه جریان با اعمال بازخوردآینه‌های جریان دیگریادداشتجستارهای وابستهمنابعپیوند به بیرون

آینهٔ جریان مداری است که برای کپی کردن جریان از طریق یک قطعه فعال با کنترل جریان در یک قطعه فعال دیگر یک مدار طراحی شده و جریان خروجی را بدون توجه به بارگذاری ثابت نگه می‌دارد. جریان «کپی‌شده» می‌تواند، و گاهی، یک جریان سیگنال متغیر باشد. ازنظر مفهومی، یک آینه جریان ایده‌آل به سادگی یک تقویت‌کننده جریان معکوس ایده‌آل است که جهت جریان را نیز معکوس می‌کند. یا می‌تواند از یک منبع جریان کنترل‌شده با جریان (CCCS) تشکیل شود. آینه جریان برای تأمین جریان‌های بایاس و بارهای فعال به مدارها استفاده می‌شود. همچنین می‌توان از آن برای مدل‌سازی یک منبع جریان واقع گرایانه‌تر استفاده کرد (زیرا منابع جریان ایده‌آل وجود ندارند).

ساختار مدار پوشش داده شده در اینجا که در بسیاری از آی‌سی‌های یکپارچه ظاهر می‌شود، آینه جریان ویدلر بدون مقاومت تبهگن امیتر در ترانزیستور پیرو (خروجی) است. این ساختار فقط در آی‌سی انجام می‌شود، زیرا تطابق آن باید بسیار نزدیک باشد و با گسسته قابل دستیابی نیست.

توپولوژی دیگر آینه جریان ویلسون است. آینه ویلسون مشکل ولتاژ اثر ارلی را در این طرح حل می‌کند.

ایده بنیادی

ترانزیستور دوقطبی می‌تواند به عنوان ساده‌ترین مبدل جریان-به-جریان مورد استفاده قرار گیرد اما نسبت انتقال آن به تغییرات دما، تغییرات بتا (β) و غیره بستگی دارد. برای از بین بردن این اختلالات ناخواسته، یک آینه جریان از دو مبدل جریان-به-ولتاژ آبشاری و ولتاژ به جریان تشکیل شده‌است که در همان شرایط قرار گرفته و دارای خصوصیات معکوس هستند. خطی بودن برای آن‌ها واجب نیست؛ تنها مورد نیاز این است که ویژگی‌های آن‌ها آینه‌ای مانند باشد (برای مثال، در آینه جریان BJT در زیر، آن‌ها لگاریتمی و نمایی هستند). معمولاً از دو مبدل یکسان استفاده می‌شود اما ویژگی اول با استفاده از بازخورد منفی معکوس می‌شود؛ بنابراین یک آینه جریان از دو مبدل معادل آبشاری (اولی-معکوس و دومی-مستقیم) تشکیل شده‌است.

Thumb
شکل ۱: یک آینه جریان که با ترانزیستورهای دوقطبی npn با استفاده از یک مقاومت برای تنظیم جریان مرجع IREF پیاده‌سازی شده‌است. VCC = ولتاژ منبع تغذیه

آینه جریان با بی‌جی‌تی

جریان تحویل داده شده توسط آینه برای بایاس معکوس کلکتور-بیس، VCB ترانزیستور خروجی توسط:

I C = I S ( e V BE V T − 1 ) ( 1 + V CE V A ) , {\displaystyle I_{\text{C}}=I_{\text{S}}\left(e^{\frac {V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}}-1\right)\left(1+{\frac {V_{\text{CE}}}{V_{\text{A}}}}\right),} {\displaystyle I_{\text{C}}=I_{\text{S}}\left(e^{\frac {V_{\text{BE}}}{V_{\text{T}}}}-1\right)\left(1+{\frac {V_{\text{CE}}}{V_{\text{A}}}}\right),}

در اینجا IS جریان اشباع معکوس یا جریان مقیاس؛ VT، ولتاژ حرارتی و VA، ولتاژ ارلی است. این جریان نسبت به جریان مرجع Iref زمانی که خروجی ترانزیستور VCB = 0V است توسط:

I ref = I C ( 1 + 2 β 0 ) , {\displaystyle I_{\text{ref}}=I_{C}\left(1+{\frac {2}{\beta _{0}}}\right),} {\displaystyle I_{\text{ref}}=I_{C}\left(1+{\frac {2}{\beta _{0}}}\right),}
R N = r o = V A + V C E I C   , {\displaystyle R_{N}=r_{o}={\frac {V_{A}+V_{CE}}{I_{C}}}\ ,} {\displaystyle R_{N}=r_{o}={\frac {V_{A}+V_{CE}}{I_{C}}}\ ,}

مقاومت خروجی

اگر VBC بزرگتر از صفر در ترانزیستور خروجی Q2 باشد، جریان کلکتور در Q2 در نتیجه اثر ارلی تا حدودی بزرگتر از Q1 خواهدشد. به عبارت دیگر، آینه دارای یک خروجی محدود (یا نُرتُن) داده شده با ro ترانزیستور خروجی، عبارتند از:

که در آن VA ولتاژ اولیه؛ و VCE، ولتاژ کلکتور به امیتر ترانزیستور خروجی است.

R N = r o = 1 I D ( 1 λ r + V D S ) = 1 I D ( V E L + V D S ) , {\displaystyle R_{N}=r_{o}={\frac {1}{I_{D}}}\left({\frac {1}{\lambda }}r+V_{DS}\right)={\frac {1}{I_{D}}}\left(V_{E}L+V_{DS}\right),} {\displaystyle R_{N}=r_{o}={\frac {1}{I_{D}}}\left({\frac {1}{\lambda }}r+V_{DS}\right)={\frac {1}{I_{D}}}\left(V_{E}L+V_{DS}\right),}

آینهٔ جریان ساده با ماسفت

Thumb
شکل ۲: یک آینه جریان ماسفت n-کانال با یک مقاومتی برای تنظیم جریان مرجع IREF و VDD ولتاژ منبع تغذیه است

آینه جریان ساده نیز می‌تواند با استفاده از ترانزیستورهای ماسفت پیاده‌سازی شود، همان‌طور که در شکل ۲ نشان داده شده‌است. ترانزیستور M1 و همچنین M2 در حالت اشباع یا فعال عمل می‌کند. در این طرز قرارگیری، جریان خروجی IOUT به‌طور مستقیم با IREF مرتبط است، همان‌طور که در ادامه بحث شده.

جریان مرجع IREF یک جریان شناخته شده‌است و می‌تواند توسط یک مقاومت، همان‌طور که نشان داده شده‌است، یا توسط یک منبع جریان «آستانه مرجع» یا منبع جریان «بایاس سرخود» برای اطمینان از ثابت بودن آن، مستقل از تغییرات ولتاژ منبع، تأمین شود.[1]

ولتاژ درین-سورس می‌تواند به صورت VDS = VDG + VGS بیان شود. با استفاده از این جایگذاری، مدل شیچمن-هاجز یک شکل تقریبی برای تابع f ( V G S , V D G ) {\displaystyle f(V_{GS},V_{DG})} {\displaystyle f(V_{GS},V_{DG})} ارائه می‌دهد:[2]

I d = f ( V G S , V D G ) = 1 2 K p ( W L ) ( V G S − V t h ) 2 ( 1 + λ V D S ) = 1 2 K p [ W L ] [ V G S − V t h ] 2 [ 1 + λ ( V D G + V G S ) ] , {\displaystyle {\begin{aligned}I_{d}&=f(V_{GS},V_{DG})\\&={\frac {1}{2}}K_{p}\left({\frac {W}{L}}\right)\left(V_{GS}-V_{th}\right)^{2}\left(1+\lambda V_{DS}\right)\\&={\frac {1}{2}}K_{p}\left[{\frac {W}{L}}\right]\left[V_{GS}-V_{th}\right]^{2}\left[1+\lambda (V_{DG}+V_{GS})\right],\\\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}I_{d}&=f(V_{GS},V_{DG})\\&={\frac {1}{2}}K_{p}\left({\frac {W}{L}}\right)\left(V_{GS}-V_{th}\right)^{2}\left(1+\lambda V_{DS}\right)\\&={\frac {1}{2}}K_{p}\left[{\frac {W}{L}}\right]\left[V_{GS}-V_{th}\right]^{2}\left[1+\lambda (V_{DG}+V_{GS})\right],\\\end{aligned}}}

در اینجا K p {\displaystyle K_{p}} {\displaystyle K_{p}} یک ثابت وابسته به فناوری است که با ترانزیستور همراه است، W/L نسبت عرض به طول ترانزیستور است، V G S {\displaystyle V_{GS}} {\displaystyle V_{GS}} ولتاژ گیت-سورس، V t h {\displaystyle V_{th}} {\displaystyle V_{th}} ولتاژ آستانه، λ ثابت مدولاسیون طول کانال است و V D S {\displaystyle V_{DS}} {\displaystyle V_{DS}} ولتاژ درین-سورس است.

مقاومت خروجی

به دلیل مدولاسیون طول کانال، آینه دارای یک خروجی محدود (یا نورتون) مقاومت در برابر داده شده توسط ro ترانزیستور خروجی، یعنی (نگاه کنید به مدولاسیون طول کانال):

R N = r o = 1 I D ( 1 λ r + V D S ) = 1 I D ( V E L + V D S ) , {\displaystyle R_{N}=r_{o}={\frac {1}{I_{D}}}\left({\frac {1}{\lambda }}r+V_{DS}\right)={\frac {1}{I_{D}}}\left(V_{E}L+V_{DS}\right),} {\displaystyle R_{N}=r_{o}={\frac {1}{I_{D}}}\left({\frac {1}{\lambda }}r+V_{DS}\right)={\frac {1}{I_{D}}}\left(V_{E}L+V_{DS}\right),}

که در آن λ = پارامتر مدولاسیون طول کانال و VDS = بایاس درین-سورس.

ولتاژ سازگاری

برای بالا نگه داشتن مقاومت ترانزیستور خروجی، VDG ≥ 0 V.[nb 1] (به بیکر مراجعه کنید).[3] این بدان معنی است که کمترین ولتاژ خروجی که منجر به رفتار صحیح آینه‌ای، ولتاژ سازگاری می‌شود، VOUT = VCV = VGS برای ترانزیستور خروجی در سطح جریان خروجی با VDG = 0 V یا با استفاده از معکوس تابع اف، f −1:

V C V = V G S ( for   I D   at   V D G = 0 V ) = f − 1 ( I D )   with   V D G = 0   . {\displaystyle V_{CV}=V_{GS}({\text{for}}\ I_{D}\ {\text{at}}\ V_{DG}=0V)=f^{-1}(I_{D})\ {\text{with}}\ V_{DG}=0\ .} {\displaystyle V_{CV}=V_{GS}({\text{for}}\ I_{D}\ {\text{at}}\ V_{DG}=0V)=f^{-1}(I_{D})\ {\text{with}}\ V_{DG}=0\ .}

برای مدل شیچمن-هاجز، f -1 تقریباً یک تابع مربعی است.

آینه جریان با اعمال بازخورد

Thumb
شکل ۳: آینه جریان افزاینده بهره با بازخورد آپ‌امپی برای افزایش مقاومت خروجی

آینه‌های جریان دیگر

  • منبع جریان ویدلر
  • آینه جریان ویلسون به عنوان منبع جریان مورد استفاده قرار می‌گیرد
  • منابع جریان آبشاری
  1. [N 1]
    Keeping the output resistance high means more than keeping the MOSFET in active mode, because the output resistance of real MOSFETs only begins to increase on entry into the active region, then rising to become close to maximum value only when VDG ≥ 0 V.
  • منبع جریان
  • منبع جریان ویدلر
  • آینه جریان ویلسون
  • ترانزیستور پیوندی دوقطبی
  • ماسفت
  • مدولاسیون طول کانال
  • اثر ارلی
  1. [1]
    Paul R. Gray; Paul J. Hurst; Stephen H. Lewis; Robert G. Meyer (2001). Analysis and Design of Analog Integrated Circuits (Fourth ed.). New York: Wiley. p. 308–309. ISBN 0-471-32168-0.
  2. [2]
    Gray; et al. Eq. 1.165, p. 44. ISBN 0-471-32168-0.
  3. [3]
    R. Jacob Baker (2010). CMOS Circuit Design, Layout and Simulation (Third ed.). New York: Wiley-IEEE. pp. 297, §9.2.1 and Figure 20.28, p. 636. ISBN 978-0-470-88132-3.
  • 4QD tec - منبع‌ها و آینه‌های جریان مجموعه‌ای از مدارها و توضیحات
Edit in WikipediaRevision historyRead in Wikipedia

Wikiwand in your browser!

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.

Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.

Chrome
Wikiwand for Chrome
Edge
Wikiwand for Edge
Firefox
Wikiwand for Firefox

تحقق مداری آینه‌های جریان

یادداشت

جستارهای وابسته

منابع

پیوند به بیرون