- Amélioration du circuit miroir de courant de base
- Circuit miroir de courant Wilson
- Avantages et limites de la technique Wilson Current Mirror
- Exemple pratique de circuit miroir de courant Wilson
- Technique de miroir de courant Widlar
- Analyse et dérivation de l'impédance de sortie pour le circuit miroir de courant Widlar
Dans l'article précédent, nous avons discuté du circuit miroir de courant et de la façon dont il peut être construit à l'aide d'un transistor et d'un MOSFET. Malgré le fait que le circuit de miroir de courant de base peut être construit en utilisant deux composants actifs simples, des BJT et des MOSFET ou en utilisant un circuit amplificateur, la sortie n'est pas parfaite, ainsi que certaines limitations et dépendances vis-à-vis des éléments externes. Ainsi, pour obtenir une sortie stable, des techniques supplémentaires sont utilisées dans les circuits miroir de courant.
Amélioration du circuit miroir de courant de base
Il existe plusieurs options pour améliorer la sortie du circuit miroir de courant. Dans l'une des solutions, un ou deux transistors sont ajoutés par rapport à la conception traditionnelle à deux transistors. La construction de ces circuits utilise une configuration émetteur-suiveur pour surmonter la discordance de courant de base des transistors. La conception peut avoir un type différent de structure de circuit pour équilibrer l'impédance de sortie.
Il existe trois mesures principales pour analyser les performances du miroir actuel dans le cadre d'un grand circuit.
1. La première métrique est la quantité d'erreur statique. C'est la différence entre les courants d'entrée et de sortie. Il est difficile de minimiser la différence car la différence de conversion de sortie différentielle asymétrique avec le gain de l'amplificateur différentiel est responsable du contrôle du taux de rejet du mode commun et de l'alimentation.
2. La prochaine métrique la plus cruciale est l'impédance de sortie de la source de courant ou la conductance de sortie. Il est crucial car il affecte à nouveau la scène pendant que la source de courant agit comme une charge active. Cela affecte également le gain de mode commun dans différentes situations.
3. Pour le fonctionnement stable des circuits de miroir de courant, la dernière métrique importante est les tensions minimales provenant de la connexion du rail d'alimentation située entre les bornes d'entrée et de sortie.
Donc, pour améliorer la sortie du circuit de miroir de courant de base, en tenant compte de toutes les mesures de performance ci-dessus, nous aborderons ici les techniques de miroir de courant populaires - Circuit de miroir de courant Wilson et Circuit de source de courant Widlar.
Circuit miroir de courant Wilson
Tout a commencé par un défi entre deux ingénieurs, George R. Wilson et Barrie Gilbert, pour créer un circuit de miroir de courant amélioré pendant la nuit. Inutile de dire que George R. Wilson a remporté le défi en 1967. Du nom de George R. Wilson, le circuit de miroir de courant amélioré conçu par lui s'appelle Wilson Current Mirror Circuit.
Le circuit miroir de courant Wilson utilise trois dispositifs actifs qui acceptent le courant à travers son entrée et fournissent la copie exacte ou la copie en miroir du courant à sa sortie.
Dans le circuit miroir de courant Wilson ci-dessus, il y a trois composants actifs qui sont des BJT et une seule résistance R1.
Deux hypothèses sont faites ici - l'une est que tous les transistors ont le même gain de courant qui est et la deuxième est que les courants de collecteur de T1 et T2 sont égaux, car les T1 et T2 sont adaptés et le même transistor. Par conséquent
Je C1 = I C2 = I C
Et cela vaut aussi pour le courant de base, Je B1 = I B2 = I B
Le courant de base du transistor T3 peut facilement être calculé par le gain de courant, qui est
I B3 = I C3 / β… (1)
Et le courant d'émetteur du T3 sera
I B3 = ((β + 1) / β) I C3 … (2)
Si nous regardons le schéma ci-dessus, le courant à travers l'émetteur T3 est la somme du courant de collecteur de T2 et des courants de base de T1 et T2. Par conséquent, I E3 = I C2 + I B1 + I B2
Maintenant, comme discuté ci-dessus, cela peut être évalué plus en détail comme
I E3 = I C + I B + I B I E3 = I C + 2I B
Par conséquent, Je E3 = (1+ (2 / β)) Je C
Le I E3 peut être changé selon le (2)
((β + 1) / β)) I C3 = (1+ (2 / β)) I C
Le courant du collecteur peut être écrit comme suit:
I C = ((1+ β) / (β + 2)) I C3 … (3)
Encore une fois, selon le schéma, le courant à travers
L'équation ci-dessus peut établir une relation entre le courant des collecteurs du troisième transistor et la résistance d'entrée. Comment? Si 2 / (β (β + 2)) << 1 alors le I C3 ≈ I R1. Le courant de sortie peut également être facilement calculé si la tension base-émetteur des transistors est inférieure à 1V.
I C3 ≈ I R1 = (V 1 - V BE2 - V BE3) / R 1
Ainsi, pour un courant de sortie correct et stable, les valeurs R 1 et V 1 doivent être correctes. Pour que le circuit agisse comme une source de courant constant, le R1 doit être remplacé par une source de courant constant.
Amélioration du circuit miroir de courant Wilson
Le circuit de miroir de courant Wilson peut être encore amélioré pour obtenir une précision parfaite en ajoutant un autre transistor.
Le circuit ci-dessus est la version améliorée du circuit miroir de courant Wilson. Le quatrième transistor T4 est ajouté dans le circuit. Le transistor supplémentaire T4 équilibre la tension de collecteur de T1 et T2. La tension de collecteur de T1 est stabilisée d'un montant égal au V BE4. Il en résulte une
Avantages et limites de la technique Wilson Current Mirror
Le circuit de miroir de courant présente plusieurs avantages par rapport au circuit de miroir de courant de base traditionnel.
- Dans le cas d'un circuit miroir de courant de base, la discordance de courant de base est un problème courant. Cependant, ce circuit de miroir de courant Wilson élimine pratiquement l'erreur d'équilibre de courant de base. Pour cette raison, le courant de sortie est proche de la précision du courant d'entrée. Non seulement cela, le circuit utilise une impédance de sortie très élevée en raison de la rétroaction négative à travers le T1 à partir de la base du T3.
- Le circuit de miroir de courant Wilson amélioré est fabriqué à l'aide de 4 versions de transistors, il est donc utile pour le fonctionnement à des courants élevés.
- Le circuit miroir de courant Wilson fournit une faible impédance à l'entrée.
- Il ne nécessite pas de tension de polarisation supplémentaire et des ressources minimales sont nécessaires pour le construire.
Limitations de Wilson Current Mirror:
- Lorsque le circuit miroir de courant Wilson est polarisé avec une fréquence élevée maximale, la boucle de rétroaction négative provoque une instabilité de la réponse en fréquence.
- Il a une tension de conformité plus élevée que le circuit miroir de courant de base à deux transistors.
- Le circuit miroir de courant Wilson crée du bruit sur la sortie. Cela est dû à la rétroaction qui augmente l'impédance de sortie et affecte directement le courant du collecteur. La fluctuation du courant du collecteur contribue aux bruits à travers la sortie.
Exemple pratique de circuit miroir de courant Wilson
Ici, le miroir de courant Wilson est simulé à l'aide de Proteus.
Les trois composants actifs (BJT) sont utilisés pour fabriquer les circuits. Les BJT sont tous 2N2222, avec les mêmes spécifications. Le pot est sélectionné pour changer le courant à travers le collecteur Q2 qui se reflétera davantage sur le collecteur Q3. Pour la charge de sortie, une résistance de 10 Ohms est sélectionnée.
Voici la vidéo de simulation pour Wilson Current Mirror Technique-
Dans la vidéo, la tension programmée à travers le collecteur de Q2 est réfléchie à travers le collecteur Q3.
Technique de miroir de courant Widlar
Un autre excellent circuit de miroir de courant est le circuit source de courant Widlar, inventé par Bob Widlar.
Le circuit est exactement le même que le circuit de miroir de courant de base utilisant deux transistors BJT. Mais il y a une modification dans le transistor de sortie. Le transistor de sortie utilise une résistance de dégénérescence d'émetteur pour fournir des courants faibles aux bornes de la sortie en utilisant uniquement des valeurs de résistance modérées.
L'un des exemples d'application les plus courants de la source de courant Widlar est le circuit amplificateur opérationnel uA741.
Dans l'image ci-dessous, un circuit de source de courant Widlar est affiché.
Le circuit se compose de seulement deux transistors T1 & T2 et de deux résistances R1 & R2. Le circuit est le même que le circuit miroir de courant à deux transistors sans le R2. Le R2 est connecté en série avec l'émetteur T2 et la masse. Cette résistance d'émetteur réduit efficacement le courant aux bornes du T2 par rapport au T1. Ceci est fait par la chute de tension aux bornes de cette résistance, cette chute de tension réduit la tension base-émetteur du transistor de sortie, ce qui entraîne en outre un courant de collecteur réduit aux bornes du T2.
Analyse et dérivation de l'impédance de sortie pour le circuit miroir de courant Widlar
Comme mentionné précédemment, le courant à travers T2 est réduit par rapport au courant T1, qui peut être testé et analysé plus en détail à l'aide de simulations Cadence Pspice. Voyons la construction et les simulations du circuit Widlar dans l'image ci-dessous,
Le circuit est construit en Cadence Pspice. Deux transistors avec la même spécification sont utilisés dans le circuit, qui est 2N2222. Les sondes actuelles affichent le tracé actuel à travers les collecteurs Q2 et Q1.
La simulation peut être vue dans l'image ci-dessous.
Dans la figure ci-dessus, le tracé rouge, qui est le courant de collecteur de Q1, diminue par rapport à Q2.
Appliquer KVL (loi de tension de Kirchhoff) à travers la jonction base-émetteur du circuit, V BE1 = V BE2 + I E2 R 2 V BE1 = V BE2 + (β + 1) I B2 R 2
Le β 2 est pour le transistor de sortie. Il est complètement différent du transistor d'entrée car le tracé de courant sur le graphique de simulation montre clairement que le courant dans deux transistors est différent.
La formule finale peut être tirée de la formule ci-dessus si le β fini est annulé et si nous changeons le I C1 comme I IN et I C2 comme I OUT. Par conséquent,
Pour mesurer la résistance de sortie de la source de courant Widlar, le circuit à petit signal est une option utile. L'image ci-dessous est un petit circuit de signal équivalent pour la source de courant Widlar.
Le courant Ix est appliqué à travers le circuit pour mesurer la résistance de sortie du circuit. Ainsi, selon la loi d'Ohm, la résistance de sortie est
Vx / Ix
La résistance de sortie peut être déterminée en appliquant la loi de Kirchoff à travers la terre gauche au R2, c'est-
Encore une fois, en appliquant la loi de tension de Kirchhoff à travers la terre R2 à la terre du courant d'entrée, V X = I X (R 0 + R 2) + I b (R 2 - βR 0)
Maintenant, en changeant la valeur, l'équation finale pour dériver la résistance de sortie du circuit de miroir de courant Widlar est
C'est ainsi que les techniques de miroir de courant Wilson et Widlar peuvent être utilisées pour améliorer les conceptions du circuit de miroir de courant de base.