- Pagrindinės srovės veidrodžio grandinės tobulinimas
- Wilsono srovės veidrodžio grandinė
- „Wilson“ dabartinės veidrodžio technikos privalumai ir apribojimai
- Praktinis Wilsono srovės veidrodžio grandinės pavyzdys
- „Widlar“ dabartinė veidrodžio technika
- Analizuojamas ir nustatomas Widlaro srovės veidrodžio grandinės išėjimo varža
Ankstesniame straipsnyje aptarėme dabartinę veidrodžio grandinę ir kaip ją sukurti naudojant tranzistorių ir MOSFET. Nepaisant to, kad pagrindinė srovės veidrodžio grandinė gali būti sukonstruota naudojant du paprastus aktyvius komponentus - BJT ir MOSFET arba naudojant stiprintuvo grandinę, išvestis nėra tobula, taip pat ji turi tam tikrus apribojimus ir priklausomybę nuo išorinių dalykų. Taigi norint gauti stabilų išėjimą, dabartinėse veidrodinėse grandinėse naudojami papildomi metodai.
Pagrindinės srovės veidrodžio grandinės tobulinimas
Yra keletas variantų, kaip pagerinti srovės veidrodžio grandinės išvestį. Viename iš sprendimų vienas ar du tranzistoriai pridedami per tradicinį dviejų tranzistorių dizainą. Kontroliuojant šias grandines naudojama emiterio sekėjo konfigūracija, siekiant įveikti tranzistorių bazinės srovės neatitikimą. Konstrukcija gali turėti skirtingą grandinės struktūrą, kad būtų subalansuota išėjimo varža.
Yra trys pagrindiniai rodikliai, skirti išanalizuoti dabartinį veidrodžio veikimą kaip didelės grandinės dalį.
1. Pirmoji metrika yra statinės paklaidos dydis. Tai skirtumas tarp įėjimo ir išėjimo srovių. Sunku užduotis sumažinti skirtumą, nes diferencinio vieno galo išėjimo keitimo skirtumas su diferencinio stiprintuvo stiprinimu yra atsakingas už įprasto režimo ir maitinimo šaltinio atmetimo santykio valdymą.
2. Kitas svarbiausias rodiklis yra srovės šaltinio išvesties varža arba išėjimo laidumas. Tai labai svarbu, nes jis vėl veikia etapą, kai dabartinis šaltinis veikia kaip aktyvi apkrova. Tai taip pat turi įtakos įprasto režimo padidėjimui skirtingose situacijose.
3. Kad stabiliai veiktų dabartinės veidrodžio grandinės, paskutinė svarbi metrika yra minimalios įtampos, kylančios iš maitinimo bėgių jungties, esančios skersai įėjimo ir išvesties gnybtų.
Taigi, norėdami pagerinti pagrindinės srovės veidrodžio grandinės išvestį, atsižvelgdami į visas aukščiau pateiktas našumo metrikas, čia aptarsime populiarias dabartinio veidrodžio technikas - „ Wilson“ dabartinio veidrodžio grandinę ir „Widlar“ srovės šaltinio grandinę.
Wilsono srovės veidrodžio grandinė
Viskas prasidėjo nuo dviejų inžinierių, George'o R. Wilsono ir Barrie'o Gilberto, iššūkio sukurti patobulintą srovės veidrodžio grandinę per naktį. Nereikia nė sakyti, kad George'as R. Wilsonas laimėjo iššūkį 1967 m. Iš George'o R. Wilsono vardo jo suprojektuota patobulinta srovės veidrodžio grandinė vadinama Wilson Current Mirror Circuit.
„Wilson“ srovės veidrodžio grandinėje naudojami trys aktyvūs įrenginiai, kurie priima srovę visoje įvestyje ir pateikia tikslią srovės kopiją arba veidrodinę jos išvestį.
Virš Wilsono srovės veidrodžio grandinės yra trys aktyvūs komponentai, kurie yra BJT ir vienas rezistorius R1.
Čia daromos dvi prielaidos - viena yra ta, kad visi tranzistoriai turi tą patį srovės stiprinimą, kuris yra, ir antra, kad T1 ir T2 kolektorių srovės yra vienodos, nes T1 ir T2 yra suderinti ir tas pats tranzistorius. Todėl
I C1 = I C2 = I C
Tai galioja ir bazinei srovei, I B1 = I B2 = I B
T3 tranzistoriaus bazinę srovę galima lengvai apskaičiuoti pagal srovės stiprinimą, kuris yra
I B3 = I C3 / β… (1)
T3 spinduolio srovė bus
I B3 = ((β + 1) / β) I C3 … (2)
Jei pažvelgsime į pirmiau pateiktą schemą, srovė per T3 spinduolį yra T2 kolektoriaus srovės ir T1 ir T2 bazinių srovių suma. Todėl, I E3 = I C2 + I B1 + I B2
Dabar, kaip aptarta aukščiau, tai galima toliau vertinti kaip
I E3 = I C + I B + I B I E3 = I C + 2I B
Taigi, I E3 = (1+ (2 / β)) I C
I E3 galima pakeisti pagal (2)
((β + 1) / β)) I C3 = (1+ (2 / β)) I C
Kolektoriaus srovė gali būti parašyta kaip
I C = ((1+ β) / (β + 2)) I C3 … (3)
Vėlgi pagal schemą srovė per
Pirmiau pateikta lygtis gali nustatyti santykį tarp trečiojo tranzistoriaus kolektorių srovės su įėjimo rezistoriumi. Kaip? Jei 2 / (β (β + 2)) << 1, tada I C3 ≈ I R1. Išėjimo srovę taip pat galima lengvai apskaičiuoti, jei tranzistorių bazinė emiterio įtampa yra mažesnė nei 1 V.
I C3 ≈ I R1 = (V 1 - V BE2 - V BE3) / R 1
Taigi, norint tinkamai ir stabilią išėjimo srovė, R 1 ir V 1 poreikis būti tinkamos vertybių. Kad grandinė veiktų kaip nuolatinis srovės šaltinis, R1 reikia pakeisti pastovios srovės šaltiniu.
„Wilson Current Mirror Circuit“ tobulinimas
„Wilson“ srovės veidrodžio grandinę galima toliau tobulinti, kad būtų užtikrintas tobulas tikslumas , pridedant kitą tranzistorių.
Minėta grandinė yra patobulinta „Wilson“ srovės veidrodžio grandinės versija. Prie grandinės pridedamas ketvirtasis tranzistorius T4. Papildomas tranzistorius T4 subalansuoja kolektoriaus T1 ir T2 įtampą. Kolektoriaus T1 įtampa stabilizuojama suma, lygi V BE4. Tai baigiasi
„Wilson“ dabartinės veidrodžio technikos privalumai ir apribojimai
Dabartinė veidrodžio grandinė turi keletą privalumų, palyginti su tradicine pagrindine srovės veidrodžio grandine.
- Pagrindinės srovės veidrodžio grandinės atveju pagrindinė srovės neatitikimas yra dažna problema. Tačiau ši Wilsono srovės veidrodžio grandinė praktiškai pašalina bazinės srovės balanso klaidą. Dėl to išėjimo srovė yra beveik tiksli nuo įėjimo srovės. Maža to, grandinėje naudojama labai didelė išėjimo varža dėl neigiamo grįžtamojo ryšio per T1 nuo T3 pagrindo.
- Patobulinta „Wilson“ srovės veidrodžio grandinė yra pagaminta naudojant 4 tranzistorių versijas, todėl ji yra naudinga veikiant didele srove.
- „Wilson“ srovės veidrodžio grandinė užtikrina mažą impedansą įėjime.
- Tam nereikia papildomos šališkos įtampos, o jai sukurti reikalingi minimalūs ištekliai.
„Wilson“ dabartinio veidrodžio apribojimai:
- Kai Wilsono srovės veidrodžio grandinė yra nukreipta maksimaliai aukštu dažniu, neigiama grįžtamojo ryšio kilpa sukelia dažnio atsako nestabilumą.
- Jis turi didesnę atitikties įtampą, palyginti su pagrindine dviejų tranzistorių srovės veidrodžio grandine.
- „Wilson“ srovės veidrodžio grandinė sukuria triukšmą išėjime. Taip yra dėl grįžtamojo ryšio, kuris padidina išėjimo varžą ir tiesiogiai veikia kolektoriaus srovę. Kolektoriaus srovės svyravimai sukelia triukšmą visoje išvestyje.
Praktinis Wilsono srovės veidrodžio grandinės pavyzdys
Čia Wilsono dabartinis veidrodis imituojamas naudojant „Proteus“.
Trys aktyvūs komponentai (BJT) naudojami grandinėms gaminti. Visi BJT yra 2N2222, su tomis pačiomis specifikacijomis. Puodas pasirenkamas keičiant Q2 kolektoriaus srovę, kuri toliau atspindės Q3 kolektorių. Išėjimo apkrovai pasirenkamas 10 omų rezistorius.
Čia yra „Wilson Current Mirror Technique“ modeliavimo vaizdo įrašas
Vaizdo įraše užprogramuota įtampa per Q2 kolektorių atsispindi per Q3 kolektorių.
„Widlar“ dabartinė veidrodžio technika
Kita puiki srovės veidrodžio grandinė yra Widlaro srovės šaltinio grandinė, kurią išrado Bobas Widlaras.
Grandinė yra visiškai tokia pati kaip pagrindinė srovės veidrodžio grandinė, naudojant du BJT tranzistorius. Bet yra išėjimo tranzistoriaus modifikacija. Išvesties tranzistorius naudoja emiterio degeneracijos rezistorių, kad užtikrintų mažas sroves visoje išvestyje, naudojant tik vidutines rezistoriaus vertes.
Vienas iš populiariausių „Widlar“ srovės šaltinio taikymo pavyzdžių yra operacinio stiprintuvo „uA741“ grandinėje.
Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta Widlar srovės šaltinio grandinė.
Kontūrą sudaro tik du tranzistoriai T1 ir T2 ir du rezistoriai R1 ir R2. Grandinė yra tokia pati kaip dviejų tranzistorių srovės veidrodžio grandinė be R2. R2 yra nuosekliai sujungtas su T2 spinduoliu ir žeme. Šis spinduolinis rezistorius efektyviai sumažina srovę per T2, palyginti su T1. Tai daroma įtampos kritimu per šį rezistorių. Šis įtampos kritimas sumažina išėjimo tranzistoriaus bazinę-spinduolinę įtampą, dėl kurios dar labiau sumažėja kolektoriaus srovė T2.
Analizuojamas ir nustatomas Widlaro srovės veidrodžio grandinės išėjimo varža
Kaip minėta anksčiau, srovė per T2 yra sumažinta, palyginti su T1 srove, kurią galima toliau išbandyti ir analizuoti naudojant „Cadence Pspice“ modeliavimus. Pažiūrėkime žemiau esančiame paveikslėlyje „Widlar“ grandinės konstrukciją ir modeliavimą,
Grandinė sukonstruota „Cadence Pspice“. Grandinėje naudojami du tos pačios specifikacijos tranzistoriai, kurie yra 2N2222. Dabartiniai zondai rodo dabartinį diagramą Q2 ir Q1 kolektoriuose.
Modeliavimas gali būti vertinama atsižvelgiant į žemiau paveikslėlyje.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje raudonasis sklypas, kuris yra Q1 kolektoriaus srovė, mažėja, palyginti su Q2.
Taikant KVL (Kirchhoffo įtampos įstatymą) visoje grandinės pagrindo-spinduolio sankryžoje, V BE1 = V BE2 + I E2 R 2 V BE1 = V BE2 + (β + 1) I B2 R 2
Β 2 skirtas išėjimo tranzistoriui. Jis visiškai skiriasi nuo įvesties tranzistoriaus, nes modelio grafike esantis diagrama aiškiai parodo, kad dviejų tranzistorių srovė skiriasi.
Galutinę formulę galima gauti iš pirmiau pateiktos formulės, jei baigtinis β yra nepaisomas ir jei mes pakeisime I C1 kaip I IN ir I C2 kaip I OUT. Todėl,
Norint išmatuoti Widlar srovės šaltinio išėjimo varžą, naudinga parinktis yra mažo signalo grandinė. Žemiau pateiktas vaizdas yra lygiavertė maža Widlar srovės šaltinio signalo grandinė.
Srovė Ix yra naudojama visoje grandinėje, kad būtų galima išmatuoti grandinės išėjimo varžą. Taigi, pagal Ohmo įstatymą, išėjimo varža yra
Vx / Ix
Išėjimo varža gali būti nustatoma taikant Kirchoff dėsnis visoje kairėje žemės iki R2, tai is-
Vėlgi, taikant Kirchhoffo įtampos įstatymą per R2 įžeminimą iki įvesties srovės žemės, V X = aš X (R 0 + R 2) + I b (R 2 - ßR 0)
Dabar, keičiant vertę, gaunama galutinė lygtis, kad būtų nustatyta Widlaro srovės veidrodžio grandinės išėjimo varža
Taigi taip galima naudoti dabartines „Wilson“ ir „Widlar“ veidrodžių technologijas, siekiant patobulinti „Basic Current Mirror Circuit“ dizainą.