Токовый конвейер: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Нет описания правки |
Нет описания правки |
||
| Строка 3: | Строка 3: | ||
== Токовый конвейер первого поколения == |
== Токовый конвейер первого поколения == |
||
В 1968 году {{нп5|Смит, Кеннет|Кеннет Смит|en|Kenneth C. Smith}} и {{нп5|Седра, Абел|Абел Седра|en|Adel Sedra}} предложили концепцию «передачи тока» ({{lang-en|current conveying}}) и её практическую реализацию — схему на пяти npn-транзисторах, своего рода идеализированный аналог биполярного npn-транзистора<ref name=SS68/>. |
В 1968 году {{нп5|Смит, Кеннет|Кеннет Смит|en|Kenneth C. Smith}} и {{нп5|Седра, Абел|Абел Седра|en|Adel Sedra}} предложили концепцию «передачи тока» ({{lang-en|current conveying}}) и её практическую реализацию — схему на пяти npn-транзисторах, своего рода идеализированный аналог биполярного npn-транзистора<ref name=SS68/>. По воспоминаниям Седры, прототип токового конвейера появился на свет в ходе его дипломной работы как решение практической задачи — создания температурно-компенсированного источника стабильного тока{{sfn|Senani|2014|p=4}}. После отладки этого устройства Седра и руководитель его дипломной работы Смит упростили схему, сделав из одновыводного источника тока — трёхвыводной токовый конвейер{{sfn|Senani|2014|p=4}}. Два года спустя, после разработки Седрой и Смитом конвейера второго поколения, схема 1968 года стала называться токовым конвейером ''первого поколения''{{sfn|Senani|2014|p=6}} (CCI+; знак плюса означает однонаправленность управляющего и управляемого токов). |
||
В простейшем токовом конвейере вход Y управляется напряжением Vy, вход X — током Ix. Благодаря [[токовое зеркало|токовому зеркалу]] ток, втекающий во вход Y, устанавливается равным току Ix, напряжение на входе Y устанавливается равным Vy, а ток, втекающий во вход Z, повторяет ток Ix независимо от напряжения Vy<ref name=SS68>{{ публикация | статья | заглавие=The Current Conueyor - A New Circuit Building Block | автор=Smith, K.C. and Sedra, A. | издание=Proceedings of the IEEE / Proceedings Letters | год=1968 | номер=August 1968 | pages=1368—1369 | ссылка=http://www.eecg.toronto.edu/~pagiamt/kcsmith/smith-sedra-current-conveyor.pdf }}</ref>{{sfn|Senani|2014|p=6}}. В зависимости от выбора «системы координат» схема работает либо как аналог транзистора в режиме с общей базой, либо как аналог транзистора в режиме с общим коллектором<ref name=SS68/>. В [[Матрица (математика)|матричной нотации]] её поведение описывается уравнением |
|||
<center><math> |
<center><math> |
||
\begin{bmatrix} I_y \\ V_x \\ I_z \end{bmatrix} = |
\begin{bmatrix} I_y \\ V_x \\ I_z \end{bmatrix} = |
||
| Строка 10: | Строка 12: | ||
\end{bmatrix} |
\end{bmatrix} |
||
\begin{bmatrix} V_y \\ I_x \\ V_z \end{bmatrix} |
\begin{bmatrix} V_y \\ I_x \\ V_z \end{bmatrix} |
||
</math>{{nbsp}}{{sfn|Senani|2014|p=6. В альтернативной схеме CCI- единица в последней строке заменяется на минус единицу}}</center> |
|||
</math></center> |
|||
При реализации схемы на npn-транзисторах все токи ''втекают'' в выводы схемы |
При реализации схемы на npn-транзисторах все токи ''втекают'' в выводы схемы{{sfn|Senani|2014|p=6}}. Двухквадрантный конвейер, оперирующий и втекающими, и вытекающими токами, можно создать, объединив в одной схеме ''два'' одноквадрантных конвейера — один на npn-транзисторах, другой на pnp-транзисторах{{sfn|Senani|2014|p=6}}. Допустимый размах напряжений на выводах ограничен снизу — минимальным падением напряжения на токовом зеркале и сверху — максимально допустимыми напряжениями коллектор-эмиттер использованных транзисторов. Схема может иметь не один, а два и более выходов Z<sub>1</sub>, Z<sub>2</sub> и так далее, а коэффициенты передачи тока на каждый из выходов могут регулироваться настройкой токового зеркала<ref name=SS68/>. |
||
Смит и Седра предложили ряд перспективных применения новой схемы в аналоговых устройствах (преобразователи тока или напряжения в ток, усилители с электронной регулировкой усиления и так далее), но особо остановились на возможности создания принципиально нового семейства быстрых логических ИС<ref name=SS68/>. Переход от переключения ''напряжений и токов'' к переключению только ''токов'' при постоянных напряжениях на сигнальных проводниках обещал принципиальное улучшение быстродействия<ref name=SS68/> — но в цифровой электронике идеи Смита и Седры не прижились. Вплоть до конца 1980-х годов они не имели широкого применения в аналоговой схемотехнике, где доминировали классические [[операционный усилитель|операционные усилители]] с обратной связью по напряжению. |
Смит и Седра предложили ряд перспективных применения новой схемы в аналоговых устройствах (преобразователи тока или напряжения в ток, усилители с электронной регулировкой усиления и так далее), но особо остановились на возможности создания принципиально нового семейства быстрых логических ИС<ref name=SS68/>. Переход от переключения ''напряжений и токов'' к переключению только ''токов'' при постоянных напряжениях на сигнальных проводниках обещал принципиальное улучшение быстродействия<ref name=SS68/> — но в цифровой электронике идеи Смита и Седры не прижились. Вплоть до конца 1980-х годов они не имели широкого применения в аналоговой схемотехнике, где доминировали классические [[операционный усилитель|операционные усилители]] с обратной связью по напряжению. |
||
| Строка 19: | Строка 21: | ||
== Примечания == |
== Примечания == |
||
{{ |
{{примечания|2}} |
||
== Источники == |
|||
* {{ публикация | книга | автор=Senani, R. et al. | заглавие=Current Conveyors: Variants, Applications and Hardware Implementations | год=2014 | издательство=Springer | isbn=9783319086842 | allpages=560 | ref=Senani }} |
|||
Версия от 12:07, 6 июля 2015
Токовый конвейер (англ. current conveyor, СС) — базовый структурный узел аналоговой микросхемотехники, универсальное трёхвыводное устройство обработки сигналов в базисах токов и напряжений — идеализированный аналог полупроводникового триода. Два двунаправленных входа токового конвейера (аналоги «базы» и «эмиттера») оперируют токами и напряжениями и передают разностный ток на выход (аналог «коллектора») конвейера, обладающий бесконечно большим выходным сопротивлением. Устройства на токовых коллекторах способны выполнять все функции, выполняемые классическими операционными усилителями, с принципиально лучшими показателями быстродействия. Построенные на базе токовых конвейеров второго поколения (CCII) операционные усилители с токовой обратной связью имеют практически неограниченную скорость нарастания выходного напряжения при частоте среза свыше 1 ГГц.
Токовый конвейер первого поколения
В 1968 году Кеннет Смит[англ.]* и Абел Седра[англ.] предложили концепцию «передачи тока» (англ. current conveying) и её практическую реализацию — схему на пяти npn-транзисторах, своего рода идеализированный аналог биполярного npn-транзистора[1]. По воспоминаниям Седры, прототип токового конвейера появился на свет в ходе его дипломной работы как решение практической задачи — создания температурно-компенсированного источника стабильного тока[2]. После отладки этого устройства Седра и руководитель его дипломной работы Смит упростили схему, сделав из одновыводного источника тока — трёхвыводной токовый конвейер[2]. Два года спустя, после разработки Седрой и Смитом конвейера второго поколения, схема 1968 года стала называться токовым конвейером первого поколения[3] (CCI+; знак плюса означает однонаправленность управляющего и управляемого токов).
В простейшем токовом конвейере вход Y управляется напряжением Vy, вход X — током Ix. Благодаря токовому зеркалу ток, втекающий во вход Y, устанавливается равным току Ix, напряжение на входе Y устанавливается равным Vy, а ток, втекающий во вход Z, повторяет ток Ix независимо от напряжения Vy[1][3]. В зависимости от выбора «системы координат» схема работает либо как аналог транзистора в режиме с общей базой, либо как аналог транзистора в режиме с общим коллектором[1]. В матричной нотации её поведение описывается уравнением
При реализации схемы на npn-транзисторах все токи втекают в выводы схемы[3]. Двухквадрантный конвейер, оперирующий и втекающими, и вытекающими токами, можно создать, объединив в одной схеме два одноквадрантных конвейера — один на npn-транзисторах, другой на pnp-транзисторах[3]. Допустимый размах напряжений на выводах ограничен снизу — минимальным падением напряжения на токовом зеркале и сверху — максимально допустимыми напряжениями коллектор-эмиттер использованных транзисторов. Схема может иметь не один, а два и более выходов Z1, Z2 и так далее, а коэффициенты передачи тока на каждый из выходов могут регулироваться настройкой токового зеркала[1].
Смит и Седра предложили ряд перспективных применения новой схемы в аналоговых устройствах (преобразователи тока или напряжения в ток, усилители с электронной регулировкой усиления и так далее), но особо остановились на возможности создания принципиально нового семейства быстрых логических ИС[1]. Переход от переключения напряжений и токов к переключению только токов при постоянных напряжениях на сигнальных проводниках обещал принципиальное улучшение быстродействия[1] — но в цифровой электронике идеи Смита и Седры не прижились. Вплоть до конца 1980-х годов они не имели широкого применения в аналоговой схемотехнике, где доминировали классические операционные усилители с обратной связью по напряжению.
Токовый конвейер второго поколения
Примечания
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Smith, K.C. and Sedra, A. The Current Conueyor - A New Circuit Building Block // Proceedings of the IEEE / Proceedings Letters. — 1968. — № August 1968. — P. 1368—1369.
- ↑ 1 2 Senani, 2014, p. 4.
- ↑ 1 2 3 4 Senani, 2014, p. 6.
- ↑ Senani, 2014, p. 6. В альтернативной схеме CCI- единица в последней строке заменяется на минус единицу.
Источники
- Senani, R. et al. Current Conveyors: Variants, Applications and Hardware Implementations. — Springer, 2014. — 560 p. — ISBN 9783319086842.