Токовое зеркало
То́ковое зе́ркало — структура транзисторной схемотехники, представляющая собой генератор тока, управляемый входным током, в котором входной и выходной токи имеют один общий вывод источника питания, причем соотношение токов (коэффициент отражения) сохраняется постоянным в широком диапазоне и мало зависит от напряжения и температуры. Классическая схема токового зеркала содержит два транзистора одинаковой проводимости с резисторами в коллекторных цепях. Соотношение номиналов резисторов определяет коэффициент отражения, который может быть как меньше, так и больше единицы (но не выше коэффициента передачи тока выходного транзистора); если резисторы отсутствуют, ток передается в соотношении 1:1.
Необходимым условием точности работы токового зеркала являются хорошая температурная связь и конструктивная однотипность транзисторов, что легко реализуется в составе интегральных схем, поэтому токовые зеркала там широко используются. Если требуется «скопировать» один управляющий ток на несколько каскадов (например, чтобы задать их токи покоя), в токовом зеркале может быть один входной и несколько выходных транзисторов, генерирующих несколько различных выходных токов.
Принцип работы схемы
Управляющий входной ток подается на соединенные вместе базу и коллектор входного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Повышение напряжения на базе до определённого уровня приводит к открытию транзистора и появлению его коллекторного тока, который отбирая на себя большую часть входного тока, начинает препятствовать дальнейшему росту напряжения на базе.
Таким образом, на соединенных вместе базе и коллекторе входного транзистора всегда устанавливается напряжение соответствующее порогу открытия транзистора при соответствующем токе коллектора, равным входному управляющему току минус небольшие токи баз входного и выходного транзисторов.
Задаваемое первым транзистором напряжение коллектора подается на базу второго, выходного, транзистора, также включенного по схеме с общим эмиттером, который открывается на столько же, на сколько открыт и первый транзистор, и создает в цепи своего коллектора выходной ток, пропорциональный току коллектора входного транзистора. Поскольку коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером большинства современных транзисторов значительно больше 100 и на долю базовых токов в сумме приходится не более 1/50 части входного тока, можно утверждать что выходной ток токового зеркала будет соответствовать входному с точностью не хуже 2 %. Выходных транзисторов может быть несколько, при этом каждый из них будет являться источником тока, равного входному минус суммарный ток баз всех транзисторов, который, в данном варианте, будет больше чем суммарный базовый ток в аналогичной двухтранзисторной схеме.
Одним из способов получения отличного от единицы соотношения токов является включение сопротивлений в эмиттерную цепь каждого транзистора. На включаемых сопротивлениях протекающие токи создают дополнительные падения напряжений (обычно не более 0,5 В), которые изменяют коэффициент передачи входного тока в выходной. Соотношение токов при этом будет примерно обратно пропорционально отношению сопротивлений. Сопротивления также улучшают термостабильность и линейность схемы, однако несколько снижают диапазон рабочих напряжений. Если требуется высокая точность передачи тока, используют усложненные схемы токовых зеркал с применением нескольких транзисторов. Если же требования к точности невысоки, входной транзистор может быть заменен прямосмещенным полупроводниковым диодом, а коэффициент передачи подобран обязательным включением резисторов в обе ветви схемы.
Поскольку напряжение p-n перехода зависит от температуры, нагрев или охлаждение одного из транзисторов в схеме токового зеркала будет влиять на коэффициент передачи, а использование транзисторов разных типов и даже партий ухудшить линейность. Чтобы исключить подобные явления, используется подбор транзисторов и между ними обеспечивается тепловой контакт, при высоких требованиях применяется специальная сборка из двух транзисторов, например К159НТ1, а в топологии микросхем учитывается неравномерный нагрев кристалла. По этой же причине токовое зеркало обеспечивает высокую точность только при малых напряжениях и токах, так как нагрев кристалла выходного транзистора из-за высокой рассеиваемой мощности трудно скомпенсировать.
Характеристики токового зеркала
Основные характеристики токового зеркала следующие:
- Коэффициент передачи (в случае операционного усилителя) или величина выходного тока (в случае постоянного тока источника).
- Выходное сопротивление переменному току, — определяет, насколько выходной ток меняется в зависимости от напряжения, приложенного к токовому зеркалу.
- Минимальное падение напряжения на выходе токового зеркала, требуемое для того, чтобы заставить его работать должным образом. Это минимальное напряжение продиктовано необходимостью поддерживать выходной транзистор схемы в активном режиме.
- Диапазон соответствия — диапазон напряжений, в котором работает зеркало.
- Диапазон напряжений — напряжение, лежащее на разделе между «хорошим» (рабочим) и «плохим» (напр, каким либо аварийным) поведением.
Также есть ряд второстепенных технических проблем по работе с зеркалами (например, температурная стабильность).
Практические приближения
Для анализа в режиме малого сигнала токовое зеркало можно приблизить его эквивалентным сопротивлением Нортона.
Для быстрого анализа в режиме большого сигнала, текущее зеркало, как правило, просто заменяется идеальным источником тока. Тем не менее, идеальный источник тока не является эквивалентом в нескольких отношениях:
- он имеет бесконечное сопротивление, в то время как реальное зеркало имеет конечное сопротивление
- он обеспечивает один и тот же ток, независимо от напряжения, то есть, нет никаких требований по диапазону соответствия
- он не имеет ограничений по частоте, в то время как реальное зеркало имеет свои ограничения из-за паразитных емкостей транзисторов
- идеальный источник не чувствителен ко внешним эффектам, таким как шум, перепадам напряжения источника питания и допускам на элементы схемы.
Реализация схем токовых зеркал
Основная идея
Биполярный транзистор может быть использован в качестве простейшего преобразователя тока, но его коэффициент передачи сильно зависит от колебаний температуры, стойкости к ионизирующему излучению и т. д. Для устранения этих нежелательных помех токовое зеркало состоит из двух каскадно соединенных преобразователей «ток — напряжение» и «напряжение — ток», находящихся при одинаковых условиях и имеющих одинаковые параметры. Не обязательно, чтобы они были линейными, единственным требованием является их «зеркальность» (например, в транзисторном токовом зеркале они логарифмические и экспоненциальные). Как правило, используются два одинаковых преобразователя, один из которых обращают с помощью отрицательной обратной связи. Таким образом, токовое зеркало состоит из двух каскадных одинаковых преобразователей (первый — обратный, и второй — прямой).
Работа токового зеркала «программируется» путём задания коллекторного тока транзистора Q1. Напряжение UБЭ для Q1 устанавливается в соответствии с заданным током, температурой окружающей среды и типом транзистора. В результате оказывается заданным режим схемы, и транзистор Q2, согласованный с транзистором Q1 (лучше всего использовать монолитный сдвоенный транзистор), передаёт в нагрузку такой же ток, что задан на Q1. Небольшими базовыми токами можно пренебречь.
Одно из достоинств описанной схемы состоит в том, что её диапазон устойчивости по напряжению Ukk за вычетом нескольких десятых долей вольта, так как нет падения напряжения на эмиттерном резисторе. Кроме того, во многих случаях удобно задавать ток с помощью тока. Легче всего получить управляющий ток Iпр с помощью резистора. В связи с тем что эмиттерные переходы транзисторов представляют собой диоды, падения напряжения на которых мало по сравнению с Ukk, резистор 14,4 кОм формирует управляющий, а следовательно и выходной ток величиной 1 мА. Токовые зеркала можно использовать в тех случаях, когда в транзисторной схеме необходим источник тока. Их широко используют при проектировании интегральных схем, когда:
- под рукой есть много согласованных транзисторов,
- разработчик хочет создать схему, которая бы работала в широком диапазоне питающих напряжений.
Существуют даже безрезисторные интегральные операционные усилители, в которых режимный ток всего усилителя задаётся с помощью внешнего резистора, а токи отдельных внутренних усилительных каскадов формируются с помощью токовых зеркал. Такие усилители называются соответственно программируемыми.
Недостатки токовых зеркал, обусловленные эффектом Эрли
Простое токовое зеркало обладает одним недостатком: выходной ток несколько изменяется при изменении выходного напряжения, то есть выходное сопротивление схемы не бесконечно. Это связано с тем, что при заданном токе транзистора T1, напряжение UБЭ слегка меняется в зависимости от коллекторного напряжения (проявление эффекта Эрли); иначе говоря, график зависимости коллекторного тока от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированном напряжении между базой и эмиттером не является горизонтальной линией. Практически ток может изменяться приблизительно на 25 % в диапазоне устойчивой работы схемы. Если же нужен более высококачественный источник тока (чаще всего таких требований не возникает), то подойдёт схема, показанная на рисунке. Эмиттерные резисторы выбраны таким образом, что падение напряжения на них составляет несколько десятых долей вольта. Такая схема — гораздо лучший источник тока, так как в ней изменения напряжения UБЭ, обусловленные изменениями напряжения UКЭ, оказывают пренебрежительно малое влияние на выходной ток. В этой схеме также следует использовать согласованные транзисторы.
Простейшее транзисторное токовое зеркало
Достоверность этой статьи поставлена под сомнение. |
Этот раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, уточните проблему в разделе с помощью более узкого шаблона. |
Если принять напряжение на переходе база-эмиттер транзистора в качестве входной величины и ток коллектора принять за выходную величину, то транзистор будет действовать как экспоненциальный преобразователь напряжение-ток. Применив отрицательную обратную связь (просто соединив базу Q1 с его коллектором) транзистор может быть «инвертирован», и он будет действовать как обратный логарифмический (экспоненциальный) преобразователь из тока в напряжение; теперь он будет регулировать «выходное» напряжение база-эмиттер (транзистора Q2) так, чтобы «скопировать» входной ток коллектора Q1 на коллектор Q2.
Схема Уилсона
Простое токовое зеркало имеет один существенный недостаток — выходной ток в некоторых пределах меняется при изменении выходного напряжения, то есть выходное сопротивление такой схемы не бесконечно. При заданном токе транзистора напряжение UБЭ, а вместе с ним и ток коллектора, меняется в зависимости от коллекторного напряжения.
Данная схема избавлена от описанного выше недостатка и обеспечивает высокую степень постоянства выходного тока. Транзисторы T1 и T2 в этой схеме включены так же, как в обычном токовом зеркале, но благодаря транзистору T3 потенциал коллектора Т2 фиксирован и не влияет на выходной ток.
Схемы с несколькими выходами и коэффициенты отражения тока
Схему токового зеркала можно построить так, что вытекающий выходной ток (или втекающий — в случае использования транзистора n-p-n типа будет передаваться в несколько нагрузок. О том, как эта идея воплощается в жизнь, даёт представленная на рисунке схема. Отметим, что если один из транзисторов — источников тока переходит в режим насыщения (в том случае, например, когда отключается его нагрузка), то база будет отбирать повышенный ток из общей линии, соединяющей базы всех его транзисторов, и в связи с этим уменьшаются остальные выходные токи. Положение можно улучшить если включить в схему ещё один транзистор.
На рисунке представлены два варианта многовыходного токового зеркала. Эти схемы отражают удвоенный (или половинный) управляющий ток. При разработке токовых зеркал в интегральных схемах коэффициенты отражения тока задают путём выбора размеров (площадей) эмиттерных переходов.
Ещё один способ получения выходного тока, кратного управляющему состоит во включении дополнительного резистора в цепь эмиттера выходного транзистора. Если схема работает с токами различной плотности, то, согласно уравнению Эберса — Молла, разность напряжения UБЭ зависит только от отношения плотностей токов. Для согласованных транзисторов отношение коллекторных токов равно отношению плотностей токов. График позволяет определить разность напряжений между базой и эмиттером в подобном случае и полезен при разработке токовых зеркал с неединичным отражением.
Примеры
В таблице приведены типичные примеры схем токового зеркала на биполярных транзисторах и эквивалентные им МОП-схемы. Резисторы у биполярного токового зеркала не являются обязательными, а в МОП-технологии являются чем-то необычным.[что?] Основные критерии при выборе схемы токового зеркала — минимальное напряжение питания, выходное сопротивление, требования к точности.
| Простое токовое зеркало | Трехтранзисторное токовое зеркало | Каскодное токовое зеркало | Токовое зеркало Уилсона | |
|---|---|---|---|---|
| На биполярных транзисторах |  |  |  |  |
| На МОП-технологии |  |  |  |
- Токовое зеркало Видлара
- Токовое зеркало Видлара, названное в честь разработчика Роберта Видлара, является разновидностью простого токового зеркала и представляет собой очень простую двухтранзисторную схему. Из-за сильной зависимости передаточного отношения от тока токовые зеркала Видлара, как правило, подходят только для Постоянного тока.
- Трехтранзисторное токовое зеркало
- Дополнительный транзистор уменьшает ошибку, возникающую из-за тока базы биполярного транзистора.
- Каскодное токовое зеркало
- В простом токовом зеркале существует заметная зависимость выходного тока от выходного напряжения из-за конечного выходного сопротивления транзисторов. Этот эффект может быть уменьшен применением данной схемы.
- Токовое зеркало Уилсона
- В дополнение к токовому зеркалу Уилсона существует усовершенствованное токовое зеркало Уилсона. Последнее содержит четыре транзистора и обеспечивает по сравнению с трёхтранзисторным вариантом улучшенную линейность.
Примечания
- может задаваться резистором, другим токовым зеркалом или источником тока
- При условии полной идентичности транзисторов и равенстве их температур
- U.S. Patent 3 320 439 «Low-value current source for integrated circuits», заявка 1965-05-26, выдан 1967-05-16
Литература
- Хоровиц П., Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т. 1. Пер. с англ.— 4-е изд., перераб. и доп.— М.: Мир, 1993.—413 с., ил. ISBN 5-03-002337-2.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Токовое зеркало, Что такое Токовое зеркало? Что означает Токовое зеркало?
To kovoe ze rkalo struktura tranzistornoj shemotehniki predstavlyayushaya soboj generator toka upravlyaemyj vhodnym tokom v kotorom vhodnoj i vyhodnoj toki imeyut odin obshij vyvod istochnika pitaniya prichem sootnoshenie tokov koefficient otrazheniya sohranyaetsya postoyannym v shirokom diapazone i malo zavisit ot napryazheniya i temperatury Klassicheskaya shema tokovogo zerkala soderzhit dva tranzistora odinakovoj provodimosti s rezistorami v kollektornyh cepyah Sootnoshenie nominalov rezistorov opredelyaet koefficient otrazheniya kotoryj mozhet byt kak menshe tak i bolshe edinicy no ne vyshe koefficienta peredachi toka vyhodnogo tranzistora esli rezistory otsutstvuyut tok peredaetsya v sootnoshenii 1 1 Tokovoe zerkalo na bipolyarnyh tranzistorah Neobhodimym usloviem tochnosti raboty tokovogo zerkala yavlyayutsya horoshaya temperaturnaya svyaz i konstruktivnaya odnotipnost tranzistorov chto legko realizuetsya v sostave integralnyh shem poetomu tokovye zerkala tam shiroko ispolzuyutsya Esli trebuetsya skopirovat odin upravlyayushij tok na neskolko kaskadov naprimer chtoby zadat ih toki pokoya v tokovom zerkale mozhet byt odin vhodnoj i neskolko vyhodnyh tranzistorov generiruyushih neskolko razlichnyh vyhodnyh tokov Princip raboty shemyUpravlyayushij vhodnoj tok podaetsya na soedinennye vmeste bazu i kollektor vhodnogo tranzistora vklyuchennogo po sheme s obshim emitterom Povyshenie napryazheniya na baze do opredelyonnogo urovnya privodit k otkrytiyu tranzistora i poyavleniyu ego kollektornogo toka kotoryj otbiraya na sebya bolshuyu chast vhodnogo toka nachinaet prepyatstvovat dalnejshemu rostu napryazheniya na baze Takim obrazom na soedinennyh vmeste baze i kollektore vhodnogo tranzistora vsegda ustanavlivaetsya napryazhenie sootvetstvuyushee porogu otkrytiya tranzistora pri sootvetstvuyushem toke kollektora ravnym vhodnomu upravlyayushemu toku minus nebolshie toki baz vhodnogo i vyhodnogo tranzistorov Zadavaemoe pervym tranzistorom napryazhenie kollektora podaetsya na bazu vtorogo vyhodnogo tranzistora takzhe vklyuchennogo po sheme s obshim emitterom kotoryj otkryvaetsya na stolko zhe na skolko otkryt i pervyj tranzistor i sozdaet v cepi svoego kollektora vyhodnoj tok proporcionalnyj toku kollektora vhodnogo tranzistora Poskolku koefficient peredachi toka v sheme s obshim emitterom bolshinstva sovremennyh tranzistorov znachitelno bolshe 100 i na dolyu bazovyh tokov v summe prihoditsya ne bolee 1 50 chasti vhodnogo toka mozhno utverzhdat chto vyhodnoj tok tokovogo zerkala budet sootvetstvovat vhodnomu s tochnostyu ne huzhe 2 Vyhodnyh tranzistorov mozhet byt neskolko pri etom kazhdyj iz nih budet yavlyatsya istochnikom toka ravnogo vhodnomu minus summarnyj tok baz vseh tranzistorov kotoryj v dannom variante budet bolshe chem summarnyj bazovyj tok v analogichnoj dvuhtranzistornoj sheme Odnim iz sposobov polucheniya otlichnogo ot edinicy sootnosheniya tokov yavlyaetsya vklyuchenie soprotivlenij v emitternuyu cep kazhdogo tranzistora Na vklyuchaemyh soprotivleniyah protekayushie toki sozdayut dopolnitelnye padeniya napryazhenij obychno ne bolee 0 5 V kotorye izmenyayut koefficient peredachi vhodnogo toka v vyhodnoj Sootnoshenie tokov pri etom budet primerno obratno proporcionalno otnosheniyu soprotivlenij Soprotivleniya takzhe uluchshayut termostabilnost i linejnost shemy odnako neskolko snizhayut diapazon rabochih napryazhenij Esli trebuetsya vysokaya tochnost peredachi toka ispolzuyut uslozhnennye shemy tokovyh zerkal s primeneniem neskolkih tranzistorov Esli zhe trebovaniya k tochnosti nevysoki vhodnoj tranzistor mozhet byt zamenen pryamosmeshennym poluprovodnikovym diodom a koefficient peredachi podobran obyazatelnym vklyucheniem rezistorov v obe vetvi shemy Poskolku napryazhenie p n perehoda zavisit ot temperatury nagrev ili ohlazhdenie odnogo iz tranzistorov v sheme tokovogo zerkala budet vliyat na koefficient peredachi a ispolzovanie tranzistorov raznyh tipov i dazhe partij uhudshit linejnost Chtoby isklyuchit podobnye yavleniya ispolzuetsya podbor tranzistorov i mezhdu nimi obespechivaetsya teplovoj kontakt pri vysokih trebovaniyah primenyaetsya specialnaya sborka iz dvuh tranzistorov naprimer K159NT1 a v topologii mikroshem uchityvaetsya neravnomernyj nagrev kristalla Po etoj zhe prichine tokovoe zerkalo obespechivaet vysokuyu tochnost tolko pri malyh napryazheniyah i tokah tak kak nagrev kristalla vyhodnogo tranzistora iz za vysokoj rasseivaemoj moshnosti trudno skompensirovat Harakteristiki tokovogo zerkalaOsnovnye harakteristiki tokovogo zerkala sleduyushie Koefficient peredachi v sluchae operacionnogo usilitelya ili velichina vyhodnogo toka v sluchae postoyannogo toka istochnika Vyhodnoe soprotivlenie peremennomu toku opredelyaet naskolko vyhodnoj tok menyaetsya v zavisimosti ot napryazheniya prilozhennogo k tokovomu zerkalu Minimalnoe padenie napryazheniya na vyhode tokovogo zerkala trebuemoe dlya togo chtoby zastavit ego rabotat dolzhnym obrazom Eto minimalnoe napryazhenie prodiktovano neobhodimostyu podderzhivat vyhodnoj tranzistor shemy v aktivnom rezhime Diapazon sootvetstviya diapazon napryazhenij v kotorom rabotaet zerkalo Diapazon napryazhenij napryazhenie lezhashee na razdele mezhdu horoshim rabochim i plohim napr kakim libo avarijnym povedeniem Takzhe est ryad vtorostepennyh tehnicheskih problem po rabote s zerkalami naprimer temperaturnaya stabilnost Prakticheskie priblizheniyaDlya analiza v rezhime malogo signala tokovoe zerkalo mozhno priblizit ego ekvivalentnym soprotivleniem Nortona Dlya bystrogo analiza v rezhime bolshogo signala tekushee zerkalo kak pravilo prosto zamenyaetsya idealnym istochnikom toka Tem ne menee idealnyj istochnik toka ne yavlyaetsya ekvivalentom v neskolkih otnosheniyah on imeet beskonechnoe soprotivlenie v to vremya kak realnoe zerkalo imeet konechnoe soprotivlenie on obespechivaet odin i tot zhe tok nezavisimo ot napryazheniya to est net nikakih trebovanij po diapazonu sootvetstviya on ne imeet ogranichenij po chastote v to vremya kak realnoe zerkalo imeet svoi ogranicheniya iz za parazitnyh emkostej tranzistorov idealnyj istochnik ne chuvstvitelen ko vneshnim effektam takim kak shum perepadam napryazheniya istochnika pitaniya i dopuskam na elementy shemy Realizaciya shem tokovyh zerkalOsnovnaya ideya Bipolyarnyj tranzistor mozhet byt ispolzovan v kachestve prostejshego preobrazovatelya toka no ego koefficient peredachi silno zavisit ot kolebanij temperatury stojkosti k ioniziruyushemu izlucheniyu i t d Dlya ustraneniya etih nezhelatelnyh pomeh tokovoe zerkalo sostoit iz dvuh kaskadno soedinennyh preobrazovatelej tok napryazhenie i napryazhenie tok nahodyashihsya pri odinakovyh usloviyah i imeyushih odinakovye parametry Ne obyazatelno chtoby oni byli linejnymi edinstvennym trebovaniem yavlyaetsya ih zerkalnost naprimer v tranzistornom tokovom zerkale oni logarifmicheskie i eksponencialnye Kak pravilo ispolzuyutsya dva odinakovyh preobrazovatelya odin iz kotoryh obrashayut s pomoshyu otricatelnoj obratnoj svyazi Takim obrazom tokovoe zerkalo sostoit iz dvuh kaskadnyh odinakovyh preobrazovatelej pervyj obratnyj i vtoroj pryamoj Rabota tokovogo zerkala programmiruetsya putyom zadaniya kollektornogo toka tranzistora Q1 Napryazhenie UBE dlya Q1 ustanavlivaetsya v sootvetstvii s zadannym tokom temperaturoj okruzhayushej sredy i tipom tranzistora V rezultate okazyvaetsya zadannym rezhim shemy i tranzistor Q2 soglasovannyj s tranzistorom Q1 luchshe vsego ispolzovat monolitnyj sdvoennyj tranzistor peredayot v nagruzku takoj zhe tok chto zadan na Q1 Nebolshimi bazovymi tokami mozhno prenebrech Odno iz dostoinstv opisannoj shemy sostoit v tom chto eyo diapazon ustojchivosti po napryazheniyu Ukk za vychetom neskolkih desyatyh dolej volta tak kak net padeniya napryazheniya na emitternom rezistore Krome togo vo mnogih sluchayah udobno zadavat tok s pomoshyu toka Legche vsego poluchit upravlyayushij tok Ipr s pomoshyu rezistora V svyazi s tem chto emitternye perehody tranzistorov predstavlyayut soboj diody padeniya napryazheniya na kotoryh malo po sravneniyu s Ukk rezistor 14 4 kOm formiruet upravlyayushij a sledovatelno i vyhodnoj tok velichinoj 1 mA Tokovye zerkala mozhno ispolzovat v teh sluchayah kogda v tranzistornoj sheme neobhodim istochnik toka Ih shiroko ispolzuyut pri proektirovanii integralnyh shem kogda pod rukoj est mnogo soglasovannyh tranzistorov razrabotchik hochet sozdat shemu kotoraya by rabotala v shirokom diapazone pitayushih napryazhenij Sushestvuyut dazhe bezrezistornye integralnye operacionnye usiliteli v kotoryh rezhimnyj tok vsego usilitelya zadayotsya s pomoshyu vneshnego rezistora a toki otdelnyh vnutrennih usilitelnyh kaskadov formiruyutsya s pomoshyu tokovyh zerkal Takie usiliteli nazyvayutsya sootvetstvenno programmiruemymi Nedostatki tokovyh zerkal obuslovlennye effektom Erli Prostoe tokovoe zerkalo obladaet odnim nedostatkom vyhodnoj tok neskolko izmenyaetsya pri izmenenii vyhodnogo napryazheniya to est vyhodnoe soprotivlenie shemy ne beskonechno Eto svyazano s tem chto pri zadannom toke tranzistora T1 napryazhenie UBE slegka menyaetsya v zavisimosti ot kollektornogo napryazheniya proyavlenie effekta Erli inache govorya grafik zavisimosti kollektornogo toka ot napryazheniya mezhdu kollektorom i emitterom pri fiksirovannom napryazhenii mezhdu bazoj i emitterom ne yavlyaetsya gorizontalnoj liniej Prakticheski tok mozhet izmenyatsya priblizitelno na 25 v diapazone ustojchivoj raboty shemy Esli zhe nuzhen bolee vysokokachestvennyj istochnik toka chashe vsego takih trebovanij ne voznikaet to podojdyot shema pokazannaya na risunke Emitternye rezistory vybrany takim obrazom chto padenie napryazheniya na nih sostavlyaet neskolko desyatyh dolej volta Takaya shema gorazdo luchshij istochnik toka tak kak v nej izmeneniya napryazheniya UBE obuslovlennye izmeneniyami napryazheniya UKE okazyvayut prenebrezhitelno maloe vliyanie na vyhodnoj tok V etoj sheme takzhe sleduet ispolzovat soglasovannye tranzistory Prostejshee tranzistornoe tokovoe zerkalo Dostovernost etoj stati postavlena pod somnenie Neobhodimo proverit tochnost faktov i dostovernost svedenij izlozhennyh v etoj state Sootvetstvuyushuyu diskussiyu mozhno najti na stranice obsuzhdeniya 20 yanvarya 2015 Etot razdel nuzhdaetsya v pererabotke Pozhalujsta utochnite problemu v razdele s pomoshyu bolee uzkogo shablona Pozhalujsta uluchshite statyu v sootvetstvii s pravilami napisaniya statej 20 yanvarya 2015 Prostejshee tranzistornoe tokovoe zerkalo Esli prinyat napryazhenie na perehode baza emitter tranzistora v kachestve vhodnoj velichiny i tok kollektora prinyat za vyhodnuyu velichinu to tranzistor budet dejstvovat kak eksponencialnyj preobrazovatel napryazhenie tok Primeniv otricatelnuyu obratnuyu svyaz prosto soediniv bazu Q1 s ego kollektorom tranzistor mozhet byt invertirovan i on budet dejstvovat kak obratnyj logarifmicheskij eksponencialnyj preobrazovatel iz toka v napryazhenie teper on budet regulirovat vyhodnoe napryazhenie baza emitter tranzistora Q2 tak chtoby skopirovat vhodnoj tok kollektora Q1 na kollektor Q2 Shema Uilsona Prostoe tokovoe zerkalo imeet odin sushestvennyj nedostatok vyhodnoj tok v nekotoryh predelah menyaetsya pri izmenenii vyhodnogo napryazheniya to est vyhodnoe soprotivlenie takoj shemy ne beskonechno Pri zadannom toke tranzistora napryazhenie UBE a vmeste s nim i tok kollektora menyaetsya v zavisimosti ot kollektornogo napryazheniya Tokovoe zerkalo Uilsona Dannaya shema izbavlena ot opisannogo vyshe nedostatka i obespechivaet vysokuyu stepen postoyanstva vyhodnogo toka Tranzistory T1 i T2 v etoj sheme vklyucheny tak zhe kak v obychnom tokovom zerkale no blagodarya tranzistoru T3 potencial kollektora T2 fiksirovan i ne vliyaet na vyhodnoj tok Shemy s neskolkimi vyhodami i koefficienty otrazheniya toka Shemu tokovogo zerkala mozhno postroit tak chto vytekayushij vyhodnoj tok ili vtekayushij v sluchae ispolzovaniya tranzistora n p n tipa budet peredavatsya v neskolko nagruzok O tom kak eta ideya voploshaetsya v zhizn dayot predstavlennaya na risunke shema Otmetim chto esli odin iz tranzistorov istochnikov toka perehodit v rezhim nasysheniya v tom sluchae naprimer kogda otklyuchaetsya ego nagruzka to baza budet otbirat povyshennyj tok iz obshej linii soedinyayushej bazy vseh ego tranzistorov i v svyazi s etim umenshayutsya ostalnye vyhodnye toki Polozhenie mozhno uluchshit esli vklyuchit v shemu eshyo odin tranzistor Na risunke predstavleny dva varianta mnogovyhodnogo tokovogo zerkala Eti shemy otrazhayut udvoennyj ili polovinnyj upravlyayushij tok Pri razrabotke tokovyh zerkal v integralnyh shemah koefficienty otrazheniya toka zadayut putyom vybora razmerov ploshadej emitternyh perehodov Eshyo odin sposob polucheniya vyhodnogo toka kratnogo upravlyayushemu sostoit vo vklyuchenii dopolnitelnogo rezistora v cep emittera vyhodnogo tranzistora Esli shema rabotaet s tokami razlichnoj plotnosti to soglasno uravneniyu Ebersa Molla raznost napryazheniya UBE zavisit tolko ot otnosheniya plotnostej tokov Dlya soglasovannyh tranzistorov otnoshenie kollektornyh tokov ravno otnosheniyu plotnostej tokov Grafik pozvolyaet opredelit raznost napryazhenij mezhdu bazoj i emitterom v podobnom sluchae i polezen pri razrabotke tokovyh zerkal s needinichnym otrazheniem PrimeryV tablice privedeny tipichnye primery shem tokovogo zerkala na bipolyarnyh tranzistorah i ekvivalentnye im MOP shemy Rezistory u bipolyarnogo tokovogo zerkala ne yavlyayutsya obyazatelnymi a v MOP tehnologii yavlyayutsya chem to neobychnym chto Osnovnye kriterii pri vybore shemy tokovogo zerkala minimalnoe napryazhenie pitaniya vyhodnoe soprotivlenie trebovaniya k tochnosti Varianty tokovogo zerkala Prostoe tokovoe zerkalo Trehtranzistornoe tokovoe zerkalo Kaskodnoe tokovoe zerkalo Tokovoe zerkalo UilsonaNa bipolyarnyh tranzistorahNa MOP tehnologiiWidlar Stromspiegel Patentschrift von 1967Tokovoe zerkalo Vidlara Tokovoe zerkalo Vidlara nazvannoe v chest razrabotchika Roberta Vidlara yavlyaetsya raznovidnostyu prostogo tokovogo zerkala i predstavlyaet soboj ochen prostuyu dvuhtranzistornuyu shemu Iz za silnoj zavisimosti peredatochnogo otnosheniya ot toka tokovye zerkala Vidlara kak pravilo podhodyat tolko dlya Postoyannogo toka Trehtranzistornoe tokovoe zerkalo Dopolnitelnyj tranzistor umenshaet oshibku voznikayushuyu iz za toka bazy bipolyarnogo tranzistora Kaskodnoe tokovoe zerkalo V prostom tokovom zerkale sushestvuet zametnaya zavisimost vyhodnogo toka ot vyhodnogo napryazheniya iz za konechnogo vyhodnogo soprotivleniya tranzistorov Etot effekt mozhet byt umenshen primeneniem dannoj shemy Tokovoe zerkalo Uilsona V dopolnenie k tokovomu zerkalu Uilsona sushestvuet usovershenstvovannoe tokovoe zerkalo Uilsona Poslednee soderzhit chetyre tranzistora i obespechivaet po sravneniyu s tryohtranzistornym variantom uluchshennuyu linejnost Primechaniyamozhet zadavatsya rezistorom drugim tokovym zerkalom ili istochnikom toka Pri uslovii polnoj identichnosti tranzistorov i ravenstve ih temperatur U S Patent 3 320 439 Low value current source for integrated circuits zayavka 1965 05 26 vydan 1967 05 16LiteraturaHorovic P Iskusstvo shemotehniki V 3 h tomah T 1 Per s angl 4 e izd pererab i dop M Mir 1993 413 s il ISBN 5 03 002337 2
