Источники опорного напряжения и тока

Источники опорного напряжения и тока

Current sources & 
voltage references

By Linden T. Harrison

Серия  
« С Х Е М О Т Е Х Н И К А »

Линден Т. Харрисон

Источники опорного 
напряжения и тока

Перевод с английского

Москва 
ДМК Пресс, Додэка 
2015

УДК 621.382:621.311.6
ББК 32.853
          Х21

Харрисон, Линден 
Источники опорного напряжения и тока. — М.: ДМК Пресс, 2015. — 576 с.: 

илл. — (Серия «Схемотехника»).

ISBN 978-5-97060-313-0 

Источники тока (ИТ) и источники опорного напряжения (ИОН) являются 

неотъемлемыми элементами многих аналоговых схем, поскольку обеспечивают 
фиксированные и высокостабильные уровни токов или напряжений. 

Настоящая книга представляет собой исчерпывающее руководство по разработке 

источников тока и опорного напряжения. В ней рассматриваются теоретические 
основы работы, схемотехника и методика применения этих устройств, реализованных 
как в виде монолитных ИС, так и на дискретных компонентах, а также показано, 
как ИОН и ИТ дополняют друг друга при проектировании аналоговых схем. Особое 
внимание уделено таким компонентам, как полевые транзисторы и стабилитроны, 
которые широко используются при построении дискретных схем ИОН и ИТ. 
Параметры этих приборов во многом определяют качество работы схемы, именно 
поэтому в книге приводится большое количество информации, необходимой для 
правильного их выбора с учетом требований конкретного применения. 

Книга содержит большое количество примеров, типовых схем включения тех или 

иных компонентов, так и различных схемотехнических решений, рекомендуемых при 
построении ИОН и ИТ. Благодаря этому, читатель имеет возможность реализовать 
полученные теоретические знания на практике; не исключено, что многие из этих 
примеров послужат читателю хорошей «отправной точкой» при разработке его 
собственных схем источников тока и опорного напряжения.

Книга предназначена и начинающим, и опытным инженерам-разработчикам 

аналоговых схем, а также студентам технических вузов. Она наверняка будет интересна 
широкому кругу читателей, которые хотят разобраться в принципах работы ИТ и ИОН 
и понять, что же происходит «внутри» их корпуса.

ББК 32.853

ISBN 978-0-7506-7752-3 (англ.)

ISBN 978-5-97060-313-0 (рус.)

© Elsevier Inc.
© Перевод, Издательский дом «Додэка-XXI»
© Издание, ДМК Пресс, 2015

Книга «Источники опорного напряжения и тока» Линдена Харрисона подготовлена и издана по договору с Elsevier 

Inc. of 200 Wheeler Road, 6th Floor, Burlington, MA01803, USA.

Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой форме или любыми 

средствами, электронными или механическими, включая фотографирование, ксерокопирование или иные средства 
копирования или сохранения информации, без письменного разрешения издательства.

Х21

УДК 621.382:621.311.6

ОГЛАВЛЕНИЕ

Благодарности  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .8

Глава 1 . Краткая историческая справка  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 14
1.1. Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2. Первые полевые транзисторы и операционные усилители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3. Первые «бэндгапы»  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4. Появление стабилитронов со скрытым пробоем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5. Совершенствование технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.6. Появление других топологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Глава 2 . Общие сведения об источниках тока   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 28
2.1. Обзор  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2. Прецизионные резисторы, наборы резисторов и подстроечные резисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3. Базовая оснастка проектной лаборатории . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.1. Лабораторный блок питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.2. Печь с терморегулятором  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.3.3. Калиброванный, прецизионный амперметр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Глава 3 . Полупроводники и p-n-переход  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 48
Глава 4 . Применение биполярных транзисторов в источниках тока  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 65
4.1. Характеристики БТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.2. Использование БТ в качестве источника тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3. Источники тока Видлара  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.4. Токовые зеркала Уилсона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.5. Источник тока Уайта  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.6. Многоканальные токовые зеркала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.7. Каскодные токовые зеркала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.8. Масштабирование токов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.9. Модифицированные источники тока и примеры их применения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.9.1. Работа источников тока от нескольких источников питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.9.2. Улучшенное подавление влияния источника питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.9.3. Альтернативный делитель тока  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

4.9.4. 
Модифицированное трехтранзисторное токовое зеркало вытекающего тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

4.9.5. 
Линейный заряд конденсатора источником тока в ГУН  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.9.6. 
Источник тока в высокочастотном лазерном передатчике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.9.7. 
Температурно-компенсированный источник втекающего тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.9.8. 
Комбинированные токовые зеркала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.9.9. 
Токовые зеркала в схеме ЦАП-управления частотой генератора и коэффициентом заполнения 
импульсов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

4.9.10. 
Использование источников тока в качестве активных нагрузок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.9.11. 
Модифицированный источник тока, возводящий опорный ток в квадрат . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.9.12. 
Регулируемый источник тока с цифровым управлением  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.9.13. 
Применение комбинированных токовых зеркал при задании характеристик фильтра высоких 
частот  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.9.14. 
Простые светодиодные источники тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Оглавление 

4.9.15. 
Использование источника тока на светодиоде в схеме смещения малошумящего усилителя 
переменного напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.9.16. 
Составной источник тока на биполярных и полевых с очень высоким выходным полным 
сопротивлением . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.9.17. 
Составной источник тока высокой мощности на БТ и МОП-транзисторах . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4.9.18. 
Схема токовой накачки на основе источника тока Уилсона и с цифровым управлением . . . . . 143
Глава 5 . Использование согласованных пар, сдвоенных и счетверенных транзисторов   .  .  .  . 145
5.1. Прецизионные согласованные пары БТ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.2. Высококачественные сдвоенные транзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.3. Сдвоенные и счетверенные БТ общего назначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Глава 6 .  Использование ПТ и ТСД в источниках тока  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 160
6.1. Общие сведения о полевых транзисторах  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.2. Характеристики ПТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.3. Использование ПТ в качестве источника тока  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6.4. 
Каскодный источник тока на ПТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.5. Токостабилизирующие диоды на основе ПТ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.5.1. Характеристики ТСД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
6.5.2. Рекомендации по проектированию схем на ТСД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
6.5.3. Обзор популярных серий ТСД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
6.6. Использование ПТ для создания диодов со сверхмалыми утечками  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Глава 7 . Создание источников тока средней мощности на основе ДМОП-транзисторов  .  .  . 209
7.1. ДМОП-транзисторы со встроенным каналом  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7.2. Технология кремниевого затвора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
7.3. Характеристики ДМОП-транзисторов со встроенным каналом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
7.4. Источники тока на ДМОП-транзисторах со встроенным каналом  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
7.5. Каскодный источник тока на ДМОП-транзисторах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
7.6. Каскодный источник тока на ПТ и ДМОП-транзисторе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
7.7. ДМОП-транзисторы со встроенным каналом и горизонтальной структурой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Глава 8 . Проектирование источников тока на основе мощных МОП-транзисторов  .  .  .  .  .  .  . 229
8.1. Характеристики МОП-транзисторов с индуцированным каналом  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
8.2. Применение МОП-транзистора с индуцированным каналом в качестве источника тока . . . . . . . . . . . . . . . 246
8.3. Применение мощных МОП-транзисторов «интеллектуальной» серии Smart  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
8.4. Мощные источники тока компании IXYS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
8.5. МОП-транзисторы с индуцированным каналом и горизонтальной структурой  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Глава 9 . Создание источников тока на основе интегральных наборов МОП-транзисторов  . 262
9.1. RCA — родоначальник КМОП-технологии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
9.2. Характеристики полевых КМОП-транзисторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
9.3. Использование линейных КМОП-транзисторных наборов при построении схем источников тока . . . . . . 276
9.4. Каскодные КМОП-транзисторные источники тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
9.5. Применение программируемых приборов EPAD® компании ALD при построении прецизионных 
источников тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
9.6. Транзисторные наборы компании ALD с рекордно малым пороговым напряжением затвора . . . . . . . . . . . 290
Глава 10 . Использование интегральных ИС источников тока и токовых зеркал  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 296
10.1. LM134 компании National Semiconductor — монолитная ИС источника тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
10.2. Применение источников тока на ИС LM134  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
10.3. Использование LM134 в качестве датчика температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
10.4. Монолитный источник тока REF-200 производства компании TI/Burr-Brown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Глава 11 . Использование прецизионных источников тока совместно с ОУ и ИОН  .  .  .  .  .  .  .  . 319
11.1. История развития операционных усилителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
11.2. Некоторые характеристики ОУ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
11.3. Фильтрация в цепи питания и защита входов ОУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
11.4. Построение источников тока на основе ОУ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
11.5. Проектирование прецизионных стабилизаторов тока на ОУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
Глава 12 . Введение в источники опорных напряжений   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 360
12.1. Общие сведения и история развития  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
12.2. Характеристики источников опорного напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
12.2.1. Начальное отклонение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
12.2.2. Температурный дрейф или температурный коэффициент, ТК  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
12.2.3. Долговременный дрейф . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
12.2.4. Выходной уровень шумов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374

Оглавление      7

12.2.5. Тепловой гистерезис . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
12.2.6. Нестабильность по входу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
12.2.7. Нестабильность по нагрузке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
12.2.8. Максимальный выходной ток IOUT, мА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378
12.2.9. Диапазон напряжения питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
12.2.10. Ток потребления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379
12.2.11. Падение напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
12.2.12. Время установления после подачи питания ton, мкс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
12.2.13. Дрейф при подаче питания ∆V/T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
12.2.14. Переходная характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
12.2.15. Отключение/включение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
12.2.16. Рассеиваемая мощность  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
12.3. Усовершенствованные схемотехнические решения ИОН  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
12.3.1. Установка блокировочных конденсаторов на входе и выходе схемы с ИОН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
12.3.2. Снижение шума  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
12.3.3. Корректировка выходного напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
12.4. Неиспользуемые выводы в корпусе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
12.5. Типы корпусов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
12.6. Разработка печатной платы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
12.7. Почему бы не сделать ИОН самому?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
12.8. Точность, обеспечиваемая различными типами ИОН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
Глава 13 . ИОН на стабилитронах и термокомпенсированных стабилитронах  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 409
13.1. Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
13.2. Характеристики стабилитрона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
13.3. Простые примеры использования стабилитронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430
13.4. Термокомпенсированные стабилитроны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
Глава 14 . Характеристики монолитных ИОН .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 452
14.1. ИОН типа «бэндгап» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
14.2. ИОН на стабилитроне со скрытым пробоем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465
14.3. Источники опорного напряжения типа XFET®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
14.4. Источник опорного напряжения FGA™ компании Intersil/Xicor  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
14.5. Низковольтные ИОН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
14.6. Сравнение архитектур ИОН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
Глава 15 . Обзор некоторых наиболее популярных монолитных ИОН и их применений  .  .  .  . 489
15.1. Использование бэндгап-ИОН параллельного типа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
15.2. Применение нерегулируемых бэндгап-ИОН последовательного типа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
15.3. Применение регулируемых бэндгап-ИОН последовательного типа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
15.4. Применение ИОН XFET® компании Analog Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
15.5. Применение ИОН на стабилитроне со скрытым пробоем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
15.6. Применение X60008 типа FGA™ компании Intersil/Xicor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.7. Многоканальные ИОН и ИОН с несколькими нагрузками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15.8. Взгляд в будущее . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Принятые в данной книге символы и сокращения

Обозначения параметров 
полупроводниковых компонентов

αF, αR — прямой и обратный коэффициенты передачи α
A0 — коэффициент усиления операционного усилителя (ОУ) без обратной связи
CGD — емкость затвор—сток полевого транзистора
CGS — емкость затвор—исток полевого транзистора
Cin — входная емкость
Ciss — входная емкость полевого транзистора в режиме малого сигнала
Coss — выходная емкость полевого транзистора в режиме малого сигнала
Crss — обратная передаточная емкость (или емкость Миллера) полевого транзистора в режиме малого сигнала
en — ЭДС шума
fT — частота единичного усиления
gfs — прямая крутизна передаточной характеристики, измеренная в схеме с общим 
истоком в режиме малого сигнала (иногда используются обозначения yfs 
или gm)
gm — прямая проводимость биполярного или полевого транзистора
go — выходная проводимость транзистора (обозначается так же yos или Re(yfs))
gos — выходная проводимость схемы с общим истоком
hFE — коэффициент усиления биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером
IB — ток базы
Ibias — входной ток смещения ОУ
IC — ток коллектора
ICBO — ток отсечки коллектора
ICEO — ток утечки коллектор—эмиттер
ICER — ток утечки коллектор—эмиттер, определяемый при заданном напряжении 
коллектор—эмиттер и соединении базы с эмиттером через резистор заданного сопротивления
ICES — ток коллектор—эмиттер при накоротко соединенных эмиттере и базе
ICES — ток утечки коллектор—эмиттер, определяемый при заданном напряжении 
коллектор—эмиттер и накоротко соединенных базе с эмиттером
ICEX — ток утечки коллектор—эмиттер, определяемый при заданном напряжении 
или токе смещения базы

Принятые в данной книге символы и сокращения      9

ICO — ток утечки коллектора
ID — ток стока
ID(off) — ток утечки между стоком и истоком в закрытом состоянии ПТ 
ID(on) — ток стока в открытом состоянии
IDIFF — ток диффузии
IDRIFT — ток дрейфа
IDSS — ток насыщения стока
IE — ток эмиттера
IEBO — ток отсечки эмиттера
IFWD — прямой ток диода
IGSS — ток утечки затвор—исток/подложка
IOUT — выходной ток
IPTAT — ток, пропорциональный абсолютной температуре
IR — обратный ток утечки диода
IREV — обратный ток диода
IS — обратный ток насыщения диода
ISET — установочный ток в источнике тока или ИОН
IZK — минимальный обратный ток стабилитрона, соответствующий началу области пробоя
IZM — предельно допустимый обратный (рабочий) ток стабилитрона
IZT — обратный ток стабилитрона, соответствующий нормальной работе в области 
пробоя
PD — рассеиваемая мощность
r0 — выходное сопротивление биполярного транзистора
RDS(on) — сопротивление сток—исток в открытом состоянии
RFWD — прямое сопротивление диода
RS — сопротивление истока
TCVOS — дрейф 
V(BR)CBO — пробивное напряжение коллектор—база, определяемое при разомкнутой цепи эмиттера
V(BR)CEO — пробивное напряжение коллектор—эмиттер, определяемое при разомкнутой цепи базы
V(BR)CER — пробивное напряжение коллектор—эмиттер, определяемое при соединении базы с эмиттером через резистор заданного сопротивления
V(BR)CES — пробивное напряжение коллектор—эмиттер, определяемое при закорачивании базы с эмиттером
V(BR)CEX — пробивное напряжение коллектор—эмиттер, определяемое при заданном напряжении или токе смещения базы
V(BR)DGS — напряжения пробоя сток—затвор
V(BR)DSS — напряжение пробоя сток—исток (у некоторых производителей обозначаются, как BVDSX, BVDSV)
V(BR)EBO — пробивное напряжение эмиттер—база, определяемое при разомкнутой 
цепи коллектора
V(BR)GDS — напряжение пробоя затвор—сток
V(BR)GSS — напряжение пробоя затвор—исток 
VBE — напряжение база—эмиттер

Принятые в данной книге символы и сокращения  

VBE(SAT) — напряжение насыщения база—эмиттер
VBR — напряжение пробоя стабилитрона
VCE(SAT) — напряжение насыщения коллектор—эмиттер
VDG — напряжение сток—затвор
VDS — напряжение сток—исток
VFWD — прямое падение напряжения на диоде
VGS — напряжение затвор—исток
VGS(off) — напряжение отсечки затвор—исток полевого транзистора со встроенным 
каналом
VGS(th) — пороговое напряжение на затворе МОП-транзистора с индуцированным 
каналом
VOS — напряжение смещения ОУ
VP — напряжение отсечки сток—исток
VPTAT — напряжение, пропорциональное абсолютной температуре
VZ — обратное напряжение стабилитрона
ZIN — входное полное сопротивление (входной импеданс)
ZOUT — выходное полное сопротивление (выходной импеданс)
ZZ — полное сопротивление стабилитрона
∆VBE — разброс значений напряжения база—эмиттер в согласованных транзисторных наборах

Используемые сокращения

B (body) — подложка, основание полевого транзистора или база биполярного 
транзистора
BiFET — биполярно-полевая технология
C (collector) — коллектор биполярного транзистора
CMRR (Common Mode Rejection Ratio) — коэффициент ослабления синфазного 
сигнала (КОСС)
D (drain) — сток полевого транзистора
E (emitter) — эмиттер биполярного транзистора
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) — электрически 
стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство 
ESR (Equivalent Series Resistance) — эквивалентное последовательное сопротивление
FGA™ (Floating Gate Array) — архитектура полевых транзисторов с «плавающим» 
затвором
G (gate) — затвор полевого транзистора
IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) — биполярный транзистор с изолированным 
затвором
ppm (parts per million) — долей на миллион; единица измерения малых соотношений величин (например, концентраций или различных коэффициентов)
PSRR (Power Supply Ratio Rejection) — коэффициент подавления помех по цепи 
питания (КОИП)

 Принятые в данной книге символы и сокращения       11

RAM (Random Access Memory) — оперативное запоминающее устройство
RMS — среднее квадратичное значение
ROM (Read-Only Memory) — постоянное запоминающее устройство, ПЗУ
S (sourse) — исток полевого транзистора
WIV (working inverse voltage) — обратное рабочее напряжение
XFET® (eXtra implantation junction Field-Effect-Transistor™) — полевой транзистор 
с управляющим p-n-переходом и дополнительным имплантированным 
затвором
АСУТП — автоматизированная система управления технологическими процессами
АЦП — аналого-цифровой преобразователь
БИС — большая интегральная схема
БТ — биполярный транзистор
БТИЗ — см. IGBT
ВАХ — вольт-амперная характеристика
ВЧ — высокая частота
ГУН — генератор, управляемый напряжением
ДМОП — МОП-транзистор с двойной диффузией
ИОН — источник опорного напряжения
ИС — интегральная микросхема
ИТ — источник тока
КМОП — комплементарная МОП-структура
МОП — полевой транзистор со структурой «металл-оксид-полупроводник»
НЧ — низкая частота
ОБР — область безопасной работы компонента
ОВЧ — очень высокая частота
ОЗУ — см. RAM
ОИ — схема с общим истоком
ОПН — ограничитель перенапряжений
ОУ — операционный усилитель
ОЭ — схема с общим эмиттером
ПЗУ — см. ROM
ПТ — полевой транзистор
СН — стабилизатор напряжения
тип. — типовое значение параметра
ТК — температурный коэффициент
ТКС — температурный коэффициент сопротивления
ТСД — токостабилизирующий диод
ТТЛ — транзисторно-транзисторная логика
УЗЧ — усилитель звуковой частоты
ФНЧ — фильтр нижних частот
ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь
ЭДС — электродвижущая сила
ЭПС — см. ESR
ЭСППЗУ — см. EEPROM
ЭСР — электростатический разряд

Посвящение

Могучий дуб вырастает из маленького желудя. 

Дэвид Эверетт (1769 — 1813)

Данная книга посвящена памяти восьми выдающихся изобретателей и инже
неров, которых сегодня уже нет с нами. Их вклад в развитие полупроводниковой 
промышленности просто неизмерим.

Роберт Видлар (Robert J . Widlar)
Легендарный инженер и разработчик аналоговых ИС. Создал первые монолит
ные ОУ, ИОН типа «бэндгап» (bandgap reference), источники тока и линейные стабилизаторы. В 1981 г. он и его друзья — Роберт Добкин (Robert Dobkin), Джордж 
Эрди (Geordge Erdi) и Роберт Свансон (Robert Swanson) — основали корпорацию 
Linear Technology.

Дэвид Талберт (David Talbert)
Инженер-технолог, работавший совместно с Видларом в Fairchild Semiconductor, 

а позже в National Semiconductor. Он на практике реализовал революционные разработки Видлара в виде реальных полупроводниковых приборов и создал первые 
супербета-транзисторы, широко использующиеся в биполярных аналоговых ИС.

Д-р Роберт Нойс (Dr . Robert Noyce)
Физик, входивший в группу исследователей, которая в 1964 г. изобрела пла
нарные интегральные микросхемы. Разработал несколько типов сплавных транзисторов. Соучредитель компаний Fairchild Semiconductor, Intel, Sematech и 
Semiconductor Industry Association (Ассоциация полупроводниковой промышленности). Некоторое время работал совместно с нобелевским лауреатом доктором 
Шокли. В компании Intel курировал процесс разработки первых микропроцессоров и запоминающих устройств.

Д-р Джин Хёрни (Dr . Jean Hoerni)
Уроженец Швейцарии, известный американский физик, математик и ис
следователь полупроводников. В 1959 г. изобрел технологию Planar™, которая в 
дальнейшем сыграла чрезвычайно важную роль в развитии полупроводниковых 
технологий; также известен как создатель ряда первых кремниевых БТ и ПТ. Некоторое время работал совместно с нобелевским лауреатом доктором Шокли. 
Соучредитель Fairchild Semiconductor, Teledyne Amelco, Union Carbide Electronics 
и Intersil.

Посвящение
13

Химик и исследователь полупроводников. В 1954 г., работая в Texas Instruments, 

впервые создал пригодный для промышленного использования полупроводниковый материал на основе кремния, из которого вскоре были изготовлены первые в 
мире кремниевые транзисторы. Именно д-р Эдкок принял в штат Texas Instruments 
Джека Килби (Jack Kilby), ставшего впоследствии одним из изобретателей мезаструктурных интегральных схем и получившего Нобелевскую премию по физике 
за 2000 г.

Д-р Карл Ларк-Хоровиц (Dr . Karl Lark-Horovitz)
Уроженец Австрии, известный американский химик, физик и исследователь 

материалов. Несколько десятилетий руководил кафедрой физики университета 
Purdue. Разработанные им надежные германиевые выпрямительные диоды использовались в радарных системах времен Второй мировой войны. 

Д-р Рассел Оль (Dr . Russell Ohl)
Химик, исследователь материалов и один из первых разработчиков высокоча
стотных радиосистем из компании AT&T Bell Labs. Исследовал p-n-переход и в 
1940 г. создал первые в мире кремниевые диоды. Изобрел, в его современном виде, 
солнечный элемент.

Д-р Джулиус Лилиенфельд (Dr . Julius E . Lilienfeld)
Уроженец Германии, известный американский физик и исследователь, кото
рый заложил основы теории управляемых напряжением полевых транзисторов, и 
в 1930 г. получил на них патент США. Также изобрел электролитический конденсатор.

Д-р Виллис Эдкок (Dr  Willis Adcock)