Источник тока Видлара

Источник тока Видлара является разновидностью основной схемы двухтранзисторного токового зеркала, которая содержит токоограничивающий резистор в цепи эмиттера выходного транзистора, что позволяет использовать эту схему для генерации слабых токов, применяя токоограничивающий резистор только средних номиналов.

В схеме Видлара могут использоваться как биполярные, так и полевые транзисторы с изолированным затвором (МОП - транзисторы), и даже вакуумные лампы. Примером использования этого источника тока может служить операционный усилитель модели 741, Видлар применял свой источник тока во многих конструкциях.

Эта схема была названа в честь её изобретателя, Боба Видлара, и была запатентована в 1967 году.

Анализ схемы

На рисунке 1 изображена схема источника тока Видлара на биполярных транзисторах, здесь резистор R2 установлен в цепи эмиттера выходного транзистора VT2, что позволяет сделать ток, протекающий через транзистор VT2, относительно небольшим по сравнению с током транзистора VT1. Главной особенностью этой схемы является то, что падение напряжения на резисторе R2 вычитается из напряжения база-эмиттер транзистора VT2, что приводит к уменьшению проводимости этого транзистора по сравнению с транзистором VT1. Это наблюдение выражается равенством базовых напряжений с обеих сторон схемы из рисунка 1:

V_B = V_BE1 = V_BE2+(β₂+1) * I_B2 * R2 ,

где β₂ - это β (коэффициент передачи по току) выходного транзистора, этот параметр отличается от β первого транзистора из-за технологического разброса параметров, а так же отчасти из-за того, что силы токов, протекающих через оба транзистора сильно отличаются. I_B2 - это базовый ток выходного транзистора, V_BE - это напряжение база - эмиттер. Из этого уравнения следует (используя формулу Шокли для идеальных диодов):

(β2+1) * I _B2 = (1 + 1 / β2) * I_C2 = (V_BE1 - V_BE2) / R2 = V_T / R2 * ln(I_C1 * I_S2 / (I_C2 * I_S1)) ,

где V_T - тепловое напряжение.

Из этого уравнения примерно следует, что величины обеих токов гораздо больше, чем масштабные токи I_S1, I_S2, это приближение верно для токов любой силы, за исключением тех, значения которых находятся вблизи зоны отсечки. В дальнейшем различие между двумя масштабными токами уменьшается, хотя эта разница может быть важна в случае использования транзисторов с различными рабочими областями.

Рассмотрим практический пример генератора тока Видлара (рис. 2). Здесь опорная цепь питается от источника +Vcc напряжением 10,75 Вольт, что обеспечивает опорный ток, равный 10 мА (при сопротивлении резистора R1 = 1 кОм), а цепь нагрузки - коллектор транзистора VT2 запитан от источника V_A напряжением = 25 В.

При опорном токе, равном 20 мА (R1 = 0,5 кОм) изменим сопротивление эмиттерного резистора R2:

R2, Ом	Ток эмиттера VT2, мА
0	25,56
1	16,07
10	5,06
100	0,95

Теперь то же самое проделаем для опорного тока 10 мА (R1 = 1 кОм):

R2, Ом	Ток эмиттера VT2, мА
0	12,8
1	9,4
10	3,6
100	0,8

Как видно из результатов, незначительное изменение сопротивления резистора R2 существенно уменьшает ток коллектора токового зеркала. Кроме того, при сопротивлении эмиттерного резистора R2 равном нулю отношение полученных эмиттерных токов будет равно 25,56/12,8 = 1,99 ≈ 2, а в случае когда сопротивление R2 равно 100 Ом отношение полученных эмиттерных токов станет равно 0,95/0,8 = 1,18, то есть чем больше сопротивление эмиттерного резистора, тем меньше зависимость выходного тока от опорного.

BACK MAIN PAGE