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Comprensión de los espejos actuales de BJT

Un espejo actual es un circuito diseñado para copiar una corriente a través de un dispositivo activo controlando la corriente en otro dispositivo activo de un circuito, manteniendo la constante de salida independientemente de la carga. Estos bloques de construcción fundamentales son esenciales en el diseño de circuito integrado analógico, sirviendo roles críticos en redes de sesgo, cargas activas y aplicaciones de regulación actuales.

El espejo bipolar más simple implementa esta idea y consiste en dos etapas de transistor cascadas que actúan como consecuencia de un voltaje a corriente inverso y directo convertidores. La configuración básica típicamente implica dos transistores emparejados, con un transistor estableciendo la corriente de referencia y el otro receptándolo. La implementación simple de dos transistores del espejo actual se basa en la relación fundamental que dos transistores de igual tamaño a la misma temperatura con el VJT.

El principio operativo se basa en la relación exponencial entre el voltaje base-emitter y la corriente de colector en transistores de unión bipolar. El emisor del transistor Q1 está conectado al suelo, su colector y base están unidos, por lo que su voltaje de base de colector-base es cero, y por consiguiente, la caída de tensión de voltaje a través de Q1 es VBE, es, este voltaje está establecido por la ley diodetirio-conversor.

Principios fundamentales del diseño

Requisitos de emparejamiento de transistores

Es importante tener Q1 en el circuito en lugar de un diodo simple, porque Q1 establece VBE para el transistor Q2. Si Q1 y Q2 son igualados, es decir, tienen sustancialmente las mismas propiedades del dispositivo, y si el voltaje de salida del espejo es elegido para que el voltaje de base del colector de Q2 sea también cero, entonces el valor VBE fijado por Q1 resulta en una corriente de emisor en el Q2 igual que emite el mismo

Debido a que la temperatura es un factor en la "ecuación de radio", y queremos que las dos uniones PN se comporten de forma idéntica en todas las condiciones de funcionamiento, debemos mantener los dos transistores a exactamente la misma temperatura. Esto se hace fácilmente utilizando componentes discretos al pegar los dos casos de transistor de vuelta a atrás. Si los transistores se fabrican juntos en un solo chip de silicio (como un circuito integrado llamado

Para las aplicaciones anteriores, se recomienda utilizar dos BJTs (dos BJT montados en un solo paquete). Esto garantiza que la temperatura de ambos muere será casi idéntica porque los dos transistores están físicamente adyacentes entre sí. Además, usando dispositivos compatibles garantiza que los parámetros eléctricos del par transistor son casi idénticos, asegurando un comportamiento casi perfectamente simétrico.

Escalada y Ganancia actuales

Si los transistores Q1 y Q2 en la figura 11.4 son idénticos (que es el mismo emisor de tamaño y por lo tanto iguales IS) la corriente de entrada a la relación de salida o ganancia actual es idealmente 1. A menudo hay ocasiones en que se requiere una ganancia diferente de uno. Cuando los circuitos de construcción de dispositivos discretos sólo son posibles índices simples mientras que en circuitos integrados microelectrónicos es posible hacer transistores con áreas de emisor arbitrarias, A.

Si Q2 y Q3 son transistores de área igual, las corrientes de carga Iload serán iguales. Si necesitamos un Q2 y Q3 paralelos. Mejor aún fabricar un transistor, diga Q3 con el doble de la superficie de Q2. El I3 actual será entonces el doble I2. En otras palabras, carga las escalas actuales con el área de transistor. Esta capacidad de escalado hace que las referencias actuales sean extremadamente versátiles para generar múltiples bias.

Proceso de cálculo paso a paso

Determinación de la referencia actual

El proceso de diseño comienza con la selección de la corriente de referencia basada en los requisitos de circuito. La corriente de referencia se establece normalmente mediante una resistencia conectada entre el voltaje de suministro y el transistor conectado con diodo. Para un espejo corriente básica, el valor de resistor de referencia se calcula utilizando la relación fundamental:

нерентеринитининиханининининининихининининия / subcontinuar = (Vненихиниханинихиниянинияниниянияниянияниянияниянияниянияниниянияниянияниянияниянияниянияниянияниянияниянияниянинияниянияниянияниянияниянияниянияниянинияниянинияниниянияниниянинининининияниянияниянияниян

Donde V fuere sub contactoCC seleccionado/sub fiel es el voltaje de suministro, V fuere su contacto inferior indicado/sub título es el voltaje base-emitter (normalmente 0,6-0,7V para silicio BJTs), y me indique que subióreF seleccionado/sub contacto es la corriente de referencia deseada.

Ejemplo de diseño práctico

Diseñamos un espejo de corriente práctica para la corriente de salida de 1mA de un suministro de 12V. Set Iref = Iout = 1mA (para un espejo 1:1). Queremos que Iref fluya a través de Rref desde VCC. Rref = (VCC – VBE) / Iref = (12 – 0.7) / 0.001 = 11.3V / 1mA = 11.3 kΩ

Utilice el valor estándar más cercano: 11kΩ (Data Iref = 1.027mA). La serie 10kΩ en E12 da 1.13mA — aceptable para la mayoría de las aplicaciones. Esto demuestra el enfoque práctico de utilizar valores de resistencia estándar y aceptar pequeñas desviaciones de los valores de diseño ideales.

Criterios de selección transistor

Para un espejo actual de 1mA, casi cualquier pequeño transistor NPN funciona. Requisitos clave: VCEO ≥ VCC (12V en este ejemplo) — la mayoría de los transistores de pequeña señal se clasifican 25V–40V mínimo · IC max ≥ Ago con margen de seguridad (por ejemplo, BC547 maneja 100mA, maneja fácilmente 1mA) Limitaciones de alta hFE (ganancia actual)

Contabilidad para Errores Actuales de Base

Dado que Vbe y beta para ambos transistores es el mismo, la corriente base para cada transistor debe ser también la misma. Dado que los transistores se operan en sus regiones lineales, la corriente a través de Rp se divide entre el coleccionista y la rama alimentando las dos bases. Este error de corriente base representa una de las limitaciones principales del espejo básico de corriente de dos transistores.

La relación actual de salida contable para beta finita (β) se puede expresar como:

нерититинилининихининиенининининихинининихинитиниениниенинихининининиянинининининияниянияниянияниянинияниянининининияниянияниянияниянининиянинининининининиянинининининининининининияниянинияниянияниянинининининининининининининиянининининининининининининиян

Tenga en cuenta que esta ecuación predice que IO < IREF a menos que β →∞. Para los transistores típicos con β = 100, esto resulta en aproximadamente un error del 2% en la corriente reflejada.

Características y limitaciones del rendimiento

Impedancia de productos

Una característica importante del espejo actual es una resistencia de salida relativamente alta que ayuda a mantener la constante de salida independientemente de las condiciones de carga. La segunda es su resistencia de salida de AC, que determina cuánto varía la corriente de salida con el voltaje aplicado al espejo.

Un espejo corriente tiene impedancia de salida alta porque su nodo de salida está configurado de modo que los cambios en el voltaje de salida producen sólo pequeños cambios en la corriente de salida. La impedancia de salida alta surge de la física del dispositivo y la topología del circuito que descifra la corriente de voltaje en la salida del espejo.

Resistencia a los efectos y salidas tempranos

El VCB de Q1 en el espejo es cero. Si el VCB es mayor que cero en el transistor de salida Q2, la corriente de colector en Q2 será algo mayor que Q1 debido al efecto temprano. Uno de los defectos en el ungüento es el efecto temprano del voltaje del colector en la corriente del colector. A veces se puede estimar desde parámetros de volquete de datos si se especifica el valor de salida (hoe) 1% de valor representativo.

Debido a que el efecto Early ha sido descuidado en la solución para OO, la resistencia de salida es infinita. Si incluimos el efecto Early y suponemos que tiene un efecto insignificante en la solución para OO, la resistencia de salida es dada por el voltaje temprano dividido por la corriente de salida. Esta resistencia de salida finita hace que la corriente reflejada varia ligeramente con cambios en tensión de salida.

Voltaje de cumplimiento

La tensión mínima desplegable en la parte de salida del espejo necesaria para que funcione correctamente. Esta tensión mínima está dictada por la necesidad de mantener el transistor de salida del espejo en modo activo. La gama de voltajes donde el espejo funciona se llama el rango de cumplimiento y el voltaje marcando el límite entre el buen y el mal comportamiento se llama el voltaje de cumplimiento.

Es necesario mantener el transistor de salida (BJT) fuera de la saturación, VCB = 0 V. O desde otra perspectiva, no permitir que la unión base de colector sesgo adelante. Esto significa el voltaje de salida más bajo que resulta en la corriente de salida correcta, el voltaje de cumplimiento, es VOUT = VCV = VBE en condiciones de sesgo con el transistor de salida IC y con VCB = 0 VCB = 0 VCB = 0 VCB = 0 VCB = 0 VCB = 0 VCB = 0 VCB

Sensibilidad de la temperatura

el espejo actual - a menudo se utiliza en circuitos bipolar de baja tensión, como circuitos bipolar de baja tensión. un problema en aplicaciones de baja tensión se deriva de variaciones en el voltaje base-emitter, V be, con temperatura, que puede afectar negativamente a una corriente de referencia y una corriente espejo. la corriente a través del transistor Q rf aumenta a medida que se reduce a cerca de −2 mV/° C.

En este trabajo se propone una referencia precisa de corriente utilizando el espejo de compensación de temperatura y proceso (TPC-CM). La corriente de referencia independiente de temperatura se genera resumiendo una corriente proporcional a temperatura absoluta (PTAT) y una corriente complementaria a temperatura absoluta (CTAT). Esta técnica de compensación puede mejorar significativamente la estabilidad de temperatura en aplicaciones de precisión.

Mejores topologías actuales de espejo

Emitter Degeneration

de obtener un mejor partido entre las corrientes de entrada y salida es utilizar resistencias emisoras de serie en los transistores. Si la corriente en un transistor aumenta, causa que el voltaje a través de su resistor emisor aumente, lo que causa una disminución en su voltaje base-emitter. Esto hace que la corriente disminuya, causando así que los dos transistores tengan más corrientes iguales.

Un primer paso es conectar resistencias a los emisores (o las fuentes, en el caso de transistores MOS), como se ilustra en la Figura 4-7. Con las resistencias de 6 kΩ que estamos utilizando en este ejemplo, bajamos 300 mV a través de los resistores. Si la corriente en Q2 quiere ser más alta que I1, también causaría una caída de tensión más alta en R2. Esta caída de tensión aumentada igual a R2 menor voltaje.

Cuando los transistores no empaquetados (normalmente discretos) se utilizan para un espejo, se ha sabido desde hace mucho que la degeneración de emisor resistivo produce un resultado mucho más predecible y una mayor impedancia de salida efectiva, combatiendo el efecto temprano. Sin embargo, esta mejora viene al costo de la cámara de tensión reducida y el aumento de la tensión mínima de cumplimiento.

Indemnización actual de la base

La Figura 3 muestra el espejo básico actual con un tercer transistor añadido. Figura 3: Espejo con compensación de corriente base. Esta configuración de tres transistores reduce significativamente el error de corriente base que plaga el diseño básico de dos transistores.

La Figura 11.8 muestra un espejo donde el alambre simple que conecta el coleccionista de Q1 a su base es reemplazado por un buffer de emisor. Esta mejora al espejo de corriente simple se denomina un espejo aumentado de emisor. La ganancia actual (ßQ3) de la etapa de amortiguación del emisor (Q3) reduce enormemente el error de ganancia causado por las corrientes de base finitas de Q1 y Q2.

Wilson Current Mirror

El circuito se llama después de George R. Wilson, un ingeniero de diseño de circuito integrado que trabajó para Tektronix. Wilson diseñó esta configuración en 1967 cuando él y Barrie Gilbert se desafiaron mutuamente para encontrar un espejo actual mejorado durante la noche que utilizaría sólo tres transistores. Wilson ganó el desafío.

El espejo actual Wilson tiene las ventajas particulares sobre las alternativas que: El error estático, la diferencia de entrada-salida actual, se reduce a niveles muy pequeños atribuibles casi totalmente a los desajustes del dispositivo al azar, mientras que la impedancia de salida se eleva por un factor de ... El circuito utiliza recursos mínimos.

Elimina el desajuste de la corriente base: A diferencia de los diseños de espejos simples, la configuración de Wilson se acerca a eliminar errores de balance de corriente base. Esto resulta en una precisión de salida cercana a la referencia actual de entrada. Impedancia de salida alta: El circuito emplea impedancia de salida muy alta debido a la retroalimentación negativa de la base T3 a T1, muy superior a los simples espejos de corriente de dos transistores.

Una mejora aún mayor se puede hacer con la adición de un transistor. Este circuito, inventado por George Wilson, se llama naturalmente el Mirror actual (los diseñadores de analógicos no reciben premios Nobel, reciben un circuito llamado por ellos).

Mejoramiento del espejo Wilson

Añadiendo un cuarto transistor al simple espejo de corriente Wilson en la figura 11.10, tenemos el espejo de Wilson modificado o mejorado. La entrada mejorada para la exactitud de salida se logra equiparando los voltajes de colectores de Q1 y Q2 a 1 VBE. Esto deja las diferencias de ß finita y tensión de cada uno de Q1 y Q2 como las influencias de desenlace restantes en el espejo.

Todavía hay un error sistemático en el espejo básico de Wilson actual: los dos transistores destinados a igualar no tienen las mismas voltajes de colectores. Un transistor está en VBE; el otro está en 2VBE. Introduzca un cuarto transistor (Figura 4-12). El único propósito de Q4 es bajar el voltaje del colector de Q1 al mismo nivel que el de salida de Q2.

Fuente actual de Widlar

Una fuente de corriente Widlar es una modificación del espejo básico de dos transistores que incorpora un resistor de degeneración emisor sólo para el transistor de salida, permitiendo que la fuente actual genere corrientes bajas utilizando sólo valores de resistencia moderados. Este circuito es nombrado por su inventor, Robert Widlar, y fue patentado en 1967. El circuito Widpl puede ser utilizado con transistores bipolar o transistores MOS1 famosos.

Figura 11.11 es un ejemplo Fuente de corriente Widlar usando transistores bipolares, donde la resistencia emisora R2 está conectada en serie con el emisor del transistor Q2, y tiene el efecto de reducir la corriente en Q2 relativa a Q1. Esta topología es particularmente útil cuando se requieren corrientes de salida muy baja sin utilizar valores resistor impractamente grandes.

Cascode Current Mirror

La configuración del espejo de la corriente casco apila transistores adicionales para aumentar drásticamente la impedancia de salida. La calibración multiplica la resistencia de salida cuando se requiere Rout extremadamente alto. Espejo de código: Rout aumenta aproximadamente por el factor de ganancia intrínseco del casco, produciendo Rout > manzana; ro de un solo dispositivo.

El casco levanta la impedancia de salida por aproximadamente dos órdenes de magnitud, mejorando mucho el rendimiento. También permite que Q1 y Q2 tengan condiciones de funcionamiento muy similares, lo que también mejora el rendimiento. Esto hace que los espejos cascode sean ideales para aplicaciones que requieren fuentes de corriente muy estables con mínima sensibilidad a variaciones de tensión.

La principal limitación del espejo de casco BJT es que el error de ganancia sistemática derivado de beta finita fue grande. Para superar esta limitación, se utiliza el espejo wilson. La elección entre las configuraciones cascode y Wilson depende de los requisitos de aplicación específicos y las prioridades de rendimiento.

Aplicaciones de los espejos actuales de BJT

Redes de Biasing

El espejo actual se utiliza para proporcionar corrientes de sesgo y cargas activas a circuitos. Los espejos actuales se utilizan ampliamente para establecer puntos operativos estables para los transistores en etapas amplificadoras. A diferencia del sesgo resistivo, el sesgo del espejo actual proporciona un rechazo de la fuente de alimentación superior y estabilidad de temperatura.

Mientras que los resistores pueden fabricarse en ICs, es más fácil fabricar transistores. Los diseñadores IC evitan algunos resistores reemplazando resistores de carga por fuentes actuales. Un circuito como un amplificador operativo construido a partir de componentes discretos tendrá unos pocos transistores y muchos resistores. Una versión integrada de circuito tendrá muchos transistores y unos pocos resistores. Esta diferencia fundamental impulsa el uso generalizado de espejos actuales en el diseño de circuito integrado.

Carga activa en amplificadores diferenciales

Muchos amplificadores IC utilizan cargas BJT en lugar de la resistencia a la carga, RC. La resistencia a la carga BJT generalmente se conecta como fuente constante con una carga de alta resistencia (resistencia de salida de la fuente actual) • Mayor resistencia a la carga, mayor ganancia de salida. La figura izquierda muestra un AMP con carga activa (consistente de Q3 y Q4).

Un amplificador diferencial cuenta con dos transistores BJT Q1 y Q2 cuyos terminales emisores están conectados y a una fuente actual. Cuando se utilizan BJTs estrechamente emparejados, la amplificación de movimiento común es extremadamente pequeña y si estos dispositivos están unidos térmicamente, los cambios de temperatura sólo tienen el mismo efecto que aplicar una velocidad de entrada de movimiento común de cambio lento.

La carga activa del espejo actual produce una impedancia interna muy alta, contribuyendo así a una ganancia diferencial muy alta. Esta configuración es fundamental para las etapas de entrada de amplificador operativo y otros circuitos analógicos de alta ganancia.

Diseño de amplificador operativo

Los amplificadores operativos más modernos utilizan un extremo frontal amplificador diferencial. En otras palabras, la primera etapa del amplificador operativo es un amplificador diferencial. Los espejos actuales juegan múltiples roles críticos en el diseño de op-amp, incluyendo fuentes de corriente para pares diferenciales, cargas activas para etapas de ganancia de tensión y sesgo de salida.

A menudo, la carga de coleccionista de un transistor no es un resistor sino un espejo actual. Por ejemplo, la carga de colector Q4, Ch 8 es un espejo actual (Q2). Por ejemplo, un espejo actual con múltiples colectores, las salidas ven Q13 en el modelo 741 op-amp, Ch 8. El espejo actual Q13 produce sustituto de los resistores como cargas de colector para Q15 y Q17.

Dirección y Procesamiento de Señal

Los espejos actuales permiten técnicas de dirección avanzada en multiplicadores analógicos, convertidores digitales a a analógicos y otros circuitos analógicos de precisión. Conversores digitales a analógicos: Los espejos actuales se pueden utilizar en circuitos convertidores digitales a a analógicos para proporcionar una fuente de corriente precisa proporcional al código de entrada digital.

En multiplicadores analógicos y amplificadores de ganancia variable, los espejos actuales permiten un control preciso de las corrientes de señal manteniendo una alta linealidad y baja distorsión. La capacidad de escalar las corrientes por las ratios de área transistora hace que los espejos actuales sean ideales para implementar fuentes de corriente ponderadas en las redes de escaleras DAC.

Reguladores y Referencias de tensión

Reguladores de tensión: Los espejos actuales se pueden utilizar en circuitos reguladores de tensión para proporcionar una corriente constante a una carga, independientemente de los cambios en el voltaje de entrada o la resistencia a la carga. Referencias de tensión de banda, que son fundamentales para sistemas analógicos de precisión, dependen en gran medida de los circuitos de espejo actuales para generar voltajes de referencia compensados por temperatura.

Los espejos actuales también sirven como bloques de construcción esenciales en reguladores de baja profundidad (LDO), proporcionando corrientes estables de sesgo para amplificadores de errores y transistores de pases manteniendo al mismo tiempo altas tasas de rechazo de la oferta de energía.

Aplicaciones de detección actual

Muchas aplicaciones como los vehículos eléctricos (EV) o de hibrida suave (HEV) por ejemplo, requieren que la corriente de carga se extraiga de una batería a ser sentido cerca de la batería misma. La corriente debe convertirse a un voltaje que está dentro del rango de entrada de un convertidor analógico-digital (ADC) o un microcontrolador y por lo tanto debe tener una pequeña magnitud.

Controladores LED y aplicaciones de visualización

Establece una corriente precisa a través de un LED usando un espejo actual. A diferencia de un simple resistor (cuyo corriente cambia con tensión de suministro y variación LED VF), un espejo actual mantiene exactamente la corriente de conjunto sin tener en cuenta las fluctuaciones de la oferta, haciendo que el brillo LED sea consistente. Esta aplicación es particularmente importante en retroiluminación de pantalla, luces de indicador y sistemas de iluminación automotriz donde el brillo constante es crítico.

Consideraciones de diseño y mejores prácticas

Técnicas de diseño para emparejar

El diseño de diseño cuidadoso y transistor debe utilizarse para minimizar esta fuente de error. Por ejemplo, Q1 y Q2 pueden ser implementados como un par de transistores paralelos dispuestos como un quad cruzado en un diseño centrado común para reducir los efectos de los gradientes locales en ganancia actual. Si el espejo se utiliza a nivel de sesgo fijo, que coincide con los resistores en los emisores de este par puede transferir algunos de los factores de coincidencia.

Los pares de mora en cada paquete se cosechan específicamente desde el mismo área de la ola para minimizar la posibilidad de desviaciones en el proceso de fabricación. En el diseño de circuito integrado, técnicas de distribución de centroides comunes y estructuras transistoras interdigitadas ayudan a minimizar los efectos de gradientes de proceso y gradientes térmicos a través de la matriz.

Gestión térmica

Además, Q2 puede ponerse considerablemente más caliente que Q1 debido a la disipación de potencia superior asociada. Para mantener el emparejamiento, la temperatura de los transistores debe ser casi la misma. En circuitos integrados y matrizs de transistores donde ambos transistores están en el mismo die, esto es fácil de lograr. Pero si los dos transistores están ampliamente separados, la precisión del espejo actual se compromete.

Para implementaciones discretas, la proximidad física y el acoplamiento térmico son esenciales. Los transistores combinados de montaje en el mismo fregadero de calor o el uso de paquetes de transistor dual garantizan el seguimiento térmico. En aplicaciones de alta potencia, el diseño térmico cuidadoso evita diferencias de temperatura que degradarían la precisión de emparejamiento.

Consideraciones de la fuente de alimentación

El voltaje mínimo de suministro para un espejo corriente debe acomodar el voltaje de cumplimiento más cualquier voltaje de los resistores de fijación actual. Para los espejos básicos, esto normalmente requiere al menos V correspondsub prendabló(s) No se indica/sub prendace, se indica/sub prenda, aproximadamente 1V para silicio BJTs. Las topologías más complejas como Wilson o espejos de casco requieren un cuarto de cabeza adicional.

El ruido de la fuente de alimentación puede combinarse con la corriente de referencia, el rendimiento de espejo degradante. Los condensadores de desacoplamiento adecuado y el diseño de red de distribución de energía cuidadosamente minimizan estos efectos.

Respuesta de frecuencia y estabilidad

Problemas de respuesta de frecuencia: La operación de alta frecuencia crea inestabilidad en el circuito de retroalimentación negativa. Las capacitancias parasitarias de los transistores, en particular la capacitancia de colector base, pueden crear polos en la función de transferencia que limitan el ancho de banda o provocan inestabilidad en las configuraciones de retroalimentación.

Otra consecuencia de añadir el buffer de emisor es, en general, una pérdida en la respuesta de frecuencia del espejo. Transistor Q3 está potencialmente operando a una corriente muy pequeña de 2IB. Si hubiera una capacitancia significativa al suelo en la conexión base común a Q1 y Q2 la corriente disponible para descargar esta corriente también será pequeña igual a 2IB. La atención cuidadosa a las capacitancias parasitarias y corrientes de operación es esencial para aplicaciones altas.

Temas avanzados y desarrollos modernos

Operación de bajo voltaje

Esta diferencia se incrementa cuando los transistores comparten un terminal corporal común y el efecto corporal en M4 eleva su tensión de umbral. En el lado de salida del espejo, el voltaje mínimo a tierra es ... Este voltaje es probablemente significativamente mayor que 1.0 voltios. Ambas diferencias potenciales dejan insuficiente espacio para el circuito que proporciona la corriente de entrada y utiliza la corriente de salida a menos que el voltaje de suministro de casco sea mayor a 3 voltaje.

Los diseños modernos de baja tensión emplean topologías especializadas que minimizan los requisitos de los auriculares de tensión manteniendo un rendimiento adecuado. Estos incluyen espejos de aumento, configuraciones de cascos regulados y esquemas de sesgo adaptativos que optimizan el rendimiento en voltajes de suministro variables.

Técnicas de compensación de procesos

El coeficiente de temperatura y la magnitud de la corriente de referencia están influenciados por la variación del proceso. Para calibrar la variación del proceso, el TPC-CM propuesto utiliza dos espejos de corriente de peso binario que controlan el coeficiente de temperatura y la magnitud de la corriente de referencia. Después de que se miden las corrientes de TTAT y CTAT, los códigos de conmutación del TPC-CM se fijan para que la magnitud de la corriente de referencia sea independiente a la temperatura 19.

Las técnicas de trimming y calibración digitales permiten que los espejos actuales modernos alcancen niveles de precisión previamente inalcanzables. Mediante la medición y compensación de variaciones de procesos durante las pruebas de producción, los fabricantes pueden garantizar especificaciones estrictas en los lotes de producción y las condiciones de funcionamiento.

Diseños de alta potencia de rendimiento

El espejo actual es uno de los elementos clave en el diseño de circuitos analógicos. Para aplicaciones de circuitos analógicos de alto rendimiento, la precisión y la impedancia de salida son los parámetros más importantes para determinar el rendimiento del espejo actual. En este artículo se propone un nuevo espejo actual para proporcionar alta precisión y muy alta impedancia de salida. Una etapa de ganancia de retroalimentación novedosa se utiliza para aumentar la impedancia de salida y la precisión de coincidencia significativamente.

Las topologías avanzadas emplean múltiples bucles de retroalimentación y técnicas de aumento para lograr impedancias de salida en la gama gigaohm. Estos espejos de impedancia ultra-alta son esenciales para la instrumentación de precisión, convertidores de datos de alta resolución y otras aplicaciones donde la calidad actual de fuente impacta directamente el rendimiento del sistema.

Solución de problemas y caídas comunes

Cuestiones de error

k1 se llama el factor actual e idealmente, debe tener un valor de 1 u otro valor determinado por la relación entre los valores seleccionados para R1 y R2. IOUT debe seguir IIN a través de la gama de valores de entrada que requiere el diseño, sin embargo, incluso pequeñas diferencias en las características físicas de los BJTs, como por ejemplo, si tienen diferentes valores de VBE y/o hfe entonces k1 se desviará del valor deseado.

Al solucionar problemas de circuitos de espejo actuales, verifique que los transistores se combinan y operan correctamente en sus regiones activas. Medida V no se ha introducido en la saturación. Las diferencias de temperatura entre los transistores se manifiestan a menudo como errores de corriente sistemática que varían con la disipación de energía.

Saturación y cumplimiento

Uno de los fallos más comunes en los circuitos de espejos actuales ocurre cuando el transistor de salida entra en saturación debido a la tensión de colector-emisor insuficiente. Esto ocurre típicamente cuando la resistencia de carga es demasiado grande o el voltaje de suministro demasiado bajo. Siempre verifique que el voltaje de salida permanece por encima del voltaje de cumplimiento bajo todas las condiciones de operación.

En circuitos con cargas variables, pueden ocurrir violaciones dinámicas de cumplimiento durante los transitorios. La adición de condensadores de bypass y la garantía de unos márgenes de tensión adecuados evita estos problemas. Para aplicaciones críticas, los circuitos de monitoreo pueden detectar violaciones de cumplimiento y desencadenar acciones protectoras.

Oscilación e instalación

Los espejos actuales con retroalimentación, en particular las configuraciones de Wilson, pueden oscilar si las capacitancias parasitarias crean un cambio excesivo de fase. Los condensadores de compensación pequeña en los nodos críticos pueden estabilizar el circuito.

Los bucles de tierra y la desacoplación de la fuente de alimentación deficiente pueden inyectar ruido en la corriente de referencia, provocando variaciones de la corriente de salida. Las técnicas de arrastre de estrellas y los condensadores locales de desacoplamiento minimizan estos efectos. En sistemas de señalización mixta, separar los terrenos analógicos y digitales evita que el ruido de conmutación digital corrompa las corrientes analógicas.

Medición y caracterización

DC Caracterización

Para caracterizar completamente un espejo actual, mida la corriente de salida versus el voltaje de salida en todo el rango de cumplimiento. Esta curva I-V revela el voltaje de cumplimiento, impedancia de salida y cualquier comportamiento no ideal. Suministra la corriente de referencia para verificar la linealidad y la precisión de ganancia actual en todo el rango operativo.

La caracterización de temperatura requiere mediciones en el rango de temperatura especificado, normalmente -40°C a +125°C para aplicaciones comerciales. Corriente de salida de lote versus temperatura a corriente de referencia fija y tensión de salida para cuantificar coeficiente de temperatura. Los espejos bien diseñados deben exhibir coeficientes de temperatura por debajo de 100 ppm/°C.

AC Performance

La caracterización de AC implica medir la impedancia de salida versus frecuencia y determinar el ancho de banda del espejo actual. Análisis de AC pequeño signo revela polos y ceros en la función de transferencia. Para los espejos utilizados en aplicaciones dinámicas, las mediciones de respuesta transitoria muestran el tiempo de ajuste y características de sobresueldo.

Las mediciones de ruido son críticas para aplicaciones de precisión. La densidad espectral de salida de medición del ruido actual en el rango de frecuencias de interés. El ruido de los ventiladores domina en frecuencias bajas, mientras que el ruido térmico establece el suelo de ruido en frecuencias más altas.

Recursos prácticos de diseño

Para los ingenieros que diseñan espejos actuales de BJT, varios recursos excelentes proporcionan una profundidad adicional y orientación práctica.El sitio web de ل href="https://www.analog.com" target=" blank" rel="noopener"Conceptos seleccionados/a sitio web de contactos ofrece extensas notas de aplicación y herramientas de diseño para circuitos de espejo actuales.

Para el aprendizaje práctico, el apadrinar circuitos de espejo corriente simple con componentes discretos proporciona intuición inestimable. Comience con un espejo básico de dos transistores utilizando transistores de pequeñas señales como el BC547 o 2N3904. El rendimiento de medición, luego implemente progresivamente topologías mejoradas para observar los beneficios de primera mano.

Las herramientas de simulación SPICE permiten un análisis detallado antes de comprometerse con hardware. Los simuladores modernos incluyen el análisis de Monte Carlo para evaluar los efectos de las tolerancias de componentes, los barridos de temperatura para la caracterización térmica y el análisis de AC para la respuesta de frecuencias.

Conclusión

Los espejos actuales de BJT representan bloques de construcción fundamentales en el diseño de circuitos analógicos, ofreciendo soluciones elegantes para la replicación actual, el sesgo y la carga activa. Mientras que la configuración básica de dos transistores proporciona un punto de partida simple, entender las limitaciones y mejoras disponibles permite a los diseñadores seleccionar topologías apropiadas para aplicaciones específicas.

Desde redes simples de sesgo hasta sofisticados amplificadores operativos, los espejos actuales permiten funcionalidades que serían imprácticas o imposibles con componentes pasivos solo. La capacidad de generar corrientes precisas y estables con un área mínima de silicio hace que los espejos actuales sean indispensables en el diseño moderno de circuitos integrados.

El éxito con el diseño actual del espejo requiere atención a la combinación de transistores, la gestión térmica, técnicas de diseño y condiciones de funcionamiento. Al aplicar los principios y cálculos descritos en esta guía, los ingenieros pueden diseñar espejos de corriente robustos que satisfagan especificaciones exigentes de rendimiento a través de temperatura, variaciones de proceso y condiciones de funcionamiento.

A medida que la tecnología semiconductora sigue avanzando hacia niveles de tensión más bajos y geometrías más pequeñas, el diseño actual del espejo evoluciona para abordar nuevos retos. Las topologías de baja tensión, las técnicas de calibración digital y los métodos avanzados de compensación aseguran que los espejos actuales sigan siendo relevantes y efectivos en los sistemas analógicos y de señalización mixta de próxima generación.