Преобразователь напряжения в ток
Изобретение относится к радиотехнике и м.б. использовано в интегральной полупроводниковой схемотехнике . Цель изобретения - повьшение линейности преобразования напряжения в ток. Устр-во содержит усилительные элементы 1 и 2 на полевых транзисторах , основной и компенсирующий преобразователи 3 и 4 напряжения в BHUOSI ток, выполненные на третьем, четвертом и введенных пятом, шестом, седьмом и восьмом усилительных элементах 5(5), 6(6), 7(7), 8(8), 9(9), 10(10) на полевых транзисторах и г-рах тока 11 и 12. Величину крутизны преобразования можно изменять как с помощью изменения топографических размеров транзисторов, так и с помощью изменения тока 1, протекающего через усилительные элементы 7 и 8 . Это позволяет использовать подобного типа преобразователи в устр-вах повышенной точности с элрктронной настройкой. Точность линейного закона преобразования можно увеличить , если выбрать отношение S,S 2 несколько меньшим, чем S (S- - отношение ширины канала к длине канала полевых транзисторов i). ..1 з.п. ф-лы, 1 ил. BtixoffZ i (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН д 1) 4 Н 03 F 3/45 с
А .
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ь!ыг
Вмяв 1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4143986/24-09 (22) 10.11.86 (46) 23.02.88. Бюл. У 7 (71) Московский инженерно-физический институт (72) А. М. Кузюкин, М. Н. Краснов и С. Н. Лубянов (53) 621.375.024(088.8) (56) Патент США У 4146844, кл. 330-149, 1979. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В
ТОК (57) Изобретение относится к радиотехнике и м.б. использовано в интегральной полупроводниковой схемотехнике. Цель изобретения — повышение линейности преобразования напряжения в ток. Устр"во содержит усилительные элементы 1 и 2 на полевых транзисторах, основной и компенсирующий преобразователи 3 и 4 напряжения в
„„SU„„1376235 A 1 ток, выполненные на третьем, четвертом и введенных пятом, шестом, седьмом и восьмом усилительных элементах 5(5 ), 6(6 ), 7(7 ), 8(8 ), 9(9 ), 10(10 ) на полевых транзисторах и г-рах тока 11 и 12. Величину крутизны преобразования можно изменять как с помощью изменения топографических размеров транзисторов, так и с помощью изменения тока I,, протекающего через усилительные элементы 7 и 8. Это позволяет использовать подобного типа преобразователи в устр-вах повышенной точности с электронной настройкой. Точность линейного закона преобразования можно увеличить, если выбрать отношение
$, =S несколько меньшим, чем S =S
5
=S S (S; — отношение ширины канала к длине канала полевых транзисторов i). 1 з.п. ф-лы, 1 ил, 1376235 (6) I-I= I- I
6 о 3
KS;($, -U,) (7) 30
"ЗИБ» (1О) Я $ * Я «Я °
S S $-=$31
$ $ S," $„° (5) 55
Изобретение о тно сится к р адиотехнике и может быть использовано в интегральной полупроводниковой схемо-! технике.
Цель изобретения - повышение линейности преобразования напряжения в ток.
Ра чертеже представлена принципиальная электрическая схема преобразователя напряжения в ток.
Преобразователь напряжения в ток содержит первый 1 и второй 2 усилительные элементы на полевых транзисторах, основной 3 и компенсирующий 4 преобразователи напряжения в ток, выполненные на третьем — восьмом усилительных элементах 5(5 ) — 10(10 ) на полевых транзисторах и первом 11 и втором 12 генераторах тока. 20
Преобразователь напряжения в ток работает следующим образом.
При входном напряжении Ю „=
= U,«U отличном от нуля, через усилительные элементы 5 и 6 начина- 25 ют течь разные токи. Используя законы Кирхгофа можно записать уравнения, описывающие связь между потен" циалами схемы цви3 ЦЗИН "Зи, ЗИ6 — "В °
Зц 3 зи|0 3LI8 ъч ь в где U . - напряжение затвор -. исток
Зц i транзистора
Вычитая и складывая уравнения в 35 системе (1), получают еще два уравнения
ЦЗИ 1о 3ц > 3» Зц«ь (2)
Ток, протекающий через усилительные элементы 7 и 8, задается генера" торами 11 и 12 тока и не зависит от
|3Цв„ ° Пусть величина этОГО тОка равна 45
I,/4, тогда U „=U и Уравнение (3) принимает вид
Зададим отношение S ширины кана1
50 ла к длине канала полевых транзисторов i таким, чтобы удовлетворялись соотношения
Так как через усилительные элементы 7 и 8 протекает постоянный ток, то все приращение тока через усилительные элементы 5 и 6 проходит через усилительные элементы 10 и 9 основного преобразователя 3, поэтому можно записать
Зависимость тока стока I полес вого транзистора от напряжения затвор — исток в полевой области вольтамперных характеристик имеет вид где К вЂ” удельная крутизна транзистора (К вЂ” для и-каналь|| ного, К р " для р-канального);
" пороговое напряжение транзистора (U,„ - для и-канального, U,ð — для р-канального).
С учетом (2) — (7) можно записать уравнение
2 «Ео» (8) Используя соотношение (6) получа" ют
I -I =2S — — j>U -(U -U )1.
КрЕо
3 Б 1o $ Вх Зи3 Зцб
1 (9) Выражение, аналогичное (9), можно записать для разности токов усиI | лительных элементов 5 и 6, учитывая при этом, что в случае S S S =
=$ выполняется условие U „,--U,„,-=
3 3 ЪИ6
I -I 2S — -(U -Ц )—
KpIo
5 10 1 Я ЗиБ Зи6
Так как выходной ток I«, равен
=(Е -Е6) +(I „+I,,), то, учитывая (9) и (10), получают вь =2$,о Жх (U3o6 Ц зц 3 )j. (12) получают преобразователь напряжения в ток повышенной линейности, При
1376735
KpI, g = 2S
$ t
15
50 при
55 этом крутизна преобразования устройства равна т.е. величину крутизны преобразования можно изменять как с помощью изменения топографических размеров транзисторов, так и с помощью изме" нения тока Е . Это позволяет испольэовать подобного типа преобразователи в устройствах повьппенной точности с электронной настройкой, например в фильтрах, реализованных полностью в интегральном исполнении, Точность линейного закона преобразования можно увеличить, если выбрать отноше" ние S, =S несколько меньшим, чем
S =$ =S =S,. в
Так как Е, =Е з Е, =Е,, то Ц,„,=
= в,/s, u,„„u„,= s,/s, u,„„ поэтому выражение (! О) можно записать в виде
Кр Ео Ss . I -I,--2S — — )--(U -U ) б 5 1с $1$ эи б зиб
Знб З В ) 13)
Подставляя (13) и (9) в уравнение (11), получают
ГI, °
Е = 2$ 1- — РЦ + (— -1)
S5 вы t S (вх
1 1
ЗИВ ЬИ6) (ЗИ6 3„5 )
Если в выражении (1ч) выполнить условие (g 1)(ц ц ) т Ц
$З то получают линейный относительно ьЦц„преобразователь напряжения в ,ток, Соотношение (15) выполняется
5 1г
) °
1 ()
2Кп $з
КР $1ю
Таким образом, предлагаемый преобразователь обладает по сравнению с известным повьппенной точностью преобразования напряжения в ток.
Формула изобретения
1. Преобразователь напряжения в ток, содержащий первый и второй усилительные элементы, включенные по схеме с общей базой, управляющие входы которых объединены и подключены к источнику опорного напряжения, а также основной и компенсирующий преобразователи напряжения в ток, выполненные идентично и содержащие третий и четвертый усилительные элементы, первый и второй генераторы тока, причем управляющие входы третьего и четвертого усилитель" ных элементов подключены соответственно к противофазным выходам третьего и четвертого усилительных элементов основного преобразователя напряжения в ток и к выходам первого и второго усилительных элементов, противофазные выходы которых соединены соответственно с противофаэ" ными выходами четвертого и третьего усилительных элементов компенсирующего преобразователя напряжения в ток, отличающийся тем, что, с целью повьппения линейности преобразования напряжения в ток, первый, второй, третий и четвертый усилительные элементы выполнены на полевых транзисторах, а в основной и компенсирующий преобразователи напряжения в ток введены пятый и шестой полевые транзисторы в диодном включении, а также седьмой и восьмой полевые транзисторы, имеющие структуру, противоположную структурам третьего и четвертого полевых транзисторов, причем истоки третьего и четвертого полевых транзисторов сое" динены соответственно с истоками пятого и шестого полевых транзисторов, а также с истоками восьмого и седьмого полевых транзисторов, затворы седьмого и восьмого полевых транзисторов соединены соответственно с затвором и стоком пятого и шестого полевых транзисторов и с первыми выводами первого и второго генераторов тока, вторые выводы которых, а также стоки седьмого и восьмого полевых транзисторов соединены с соответствующей шиной источника питания.
2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что соответствующие топологические размеры полевых транзисторов основного и компенсирующего преобразователей напряжения в ток равны между собой, топологические размеры первого и
1376235
Составитель Н. Дубровская
Редактор О. Головач Техред Л.Олейник Корректор М. Максимишинец
Заказ 797/55 Тираж 928 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4. второго полевых транзисторов удовлетворяют соотношению — (I +—
So 2
--) 2
2K S 0 р S - отношение ширины к длине в о седьмом и восьмом полевых 10 транзисторах; S - отнОшение ширины к длине k канала в первом и втором полевых транзисторах, включенных по схеме повторителей тока; К " удельная крутизна полевого tl транзистора с п-каналом; К, - удельная крутизна полевого транзистора с р-каналом.
