Mạch nhân bản hiện tại: kỹ thuật phản chiếu dòng điện wilson và widlar

Trong bài trước, chúng ta đã thảo luận về Mạch gương hiện tại và cách nó có thể được xây dựng bằng Transistor và MOSFET. Mặc dù thực tế là mạch gương dòng điện cơ bản có thể được xây dựng bằng hai thành phần hoạt động đơn giản, BJT và MOSFET hoặc sử dụng mạch khuếch đại, đầu ra không hoàn hảo, cũng như nó có một số hạn chế và phụ thuộc vào những thứ bên ngoài. Vì vậy, để có được một đầu ra ổn định, các kỹ thuật bổ sung được sử dụng trong các mạch gương hiện tại.

Cải thiện mạch gương hiện tại cơ bản

Có một số tùy chọn để cải thiện đầu ra của Mạch gương hiện tại. Trong một trong các giải pháp, một hoặc hai bóng bán dẫn được thêm vào thiết kế hai bóng bán dẫn truyền thống. Việc xây dựng các mạch đó sử dụng cấu hình theo bộ phát để khắc phục sự không phù hợp hiện tại cơ bản của các bóng bán dẫn. Thiết kế có thể có một loại cấu trúc mạch khác để cân bằng trở kháng đầu ra.

Có ba số liệu chính để phân tích hiệu suất gương hiện tại như một phần của mạch lớn.

1. Số liệu đầu tiên là số lượng lỗi tĩnh. Nó là sự khác biệt giữa dòng điện đầu vào và đầu ra. Đó là một nhiệm vụ khó khăn để giảm thiểu sự khác biệt vì sự khác biệt của chuyển đổi đầu ra một đầu vi sai với độ lợi khuếch đại vi sai có trách nhiệm kiểm soát tỷ lệ loại bỏ của chế độ chung và nguồn cung cấp.

2. Số liệu quan trọng nhất tiếp theo là trở kháng đầu ra của nguồn hiện tại hoặc độ dẫn đầu ra. Nó rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến giai đoạn một lần nữa trong khi nguồn hiện tại đang hoạt động như một tải hoạt động. Nó cũng ảnh hưởng đến độ lợi chế độ chung trong các tình huống khác nhau.

3. Để hoạt động ổn định của các mạch gương hiện tại, số liệu quan trọng cuối cùng là điện áp tối thiểu đến từ kết nối ray điện nằm trên các đầu vào và đầu ra.

Vì vậy, để cải thiện đầu ra của Mạch gương hiện tại cơ bản, xem xét tất cả các số liệu hiệu suất ở trên, ở đây chúng ta sẽ thảo luận về Kỹ thuật gương hiện tại phổ biến - Mạch gương hiện tại Wilson và Mạch nguồn dòng mở rộng.

Mạch gương hiện tại Wilson

Tất cả bắt đầu với một thử thách giữa hai kỹ sư, George R. Wilson và Barrie Gilbert, để tạo ra một mạch gương dòng điện được cải tiến trong một đêm. Không cần phải nói rằng George R. Wilson đã giành chiến thắng trong thử thách vào năm 1967. Từ tên của George R. Wilson, mạch gương dòng điện cải tiến do ông thiết kế được gọi là Wilson Current Mirror Circuit.

Mạch gương dòng điện Wilson sử dụng ba thiết bị hoạt động chấp nhận dòng điện qua đầu vào của nó và cung cấp bản sao chính xác hoặc bản sao phản chiếu của dòng điện tới đầu ra của nó.

Trong Mạch gương hiện tại Wilson ở trên, có ba thành phần hoạt động là BJT và một điện trở đơn R1.

Hai giả thiết được đưa ra ở đây - một là tất cả các bóng bán dẫn có cùng độ lợi dòng điện và thứ hai là dòng điện góp của T1 và T2 bằng nhau, vì T1 và T2 được ghép nối và cùng một bóng bán dẫn. vì thế

I _C1 = I _C2 = I _C

Và điều này cũng áp dụng cho dòng điện cơ bản, I _B1 = I _B2 = I _B

Dòng điện cơ bản của bóng bán dẫn T3 có thể dễ dàng được tính bằng độ lợi hiện tại, đó là

I _B3 = I _C3 / β… (1)

Và dòng điện phát ra của T3 sẽ là

I _B3 = ((β + 1) / β) I _C3 … (2)

Nếu chúng ta nhìn vào sơ đồ trên, dòng điện qua bộ phát T3 là tổng của dòng điện cực góp của T2 và dòng điện cơ bản của T1 & T2. Vì thế, I _E3 = I _C2 + I _B1 + I _B2

Bây giờ, như đã thảo luận ở trên, điều này có thể được đánh giá thêm là

I _E3 = I _C + I _B + I _B I _E3 = I _C + 2I _B

Vì thế, I _E3 = (1+ (2 / β)) I _C

I _E3 có thể được thay đổi theo (2)

((β + 1) / β)) I _C3 = (1+ (2 / β)) I _C

Dòng thu có thể được viết là, I _C = ((1+ β) / (β + 2)) I _C3 … (3)

Một lần nữa theo sơ đồ dòng điện qua

Phương trình trên có thể rút ra mối quan hệ giữa dòng điện cực thu của bóng bán dẫn thứ ba với điện trở đầu vào. Làm sao? Nếu 2 / (β (β + 2)) << 1 thì I _C3 ≈ I _R1. Dòng điện đầu ra cũng có thể dễ dàng được tính toán nếu điện áp cực phát của các bóng bán dẫn nhỏ hơn 1V.

I _C3 ≈ I _R1 = (V ₁ - V _BE2 - V _BE3) / R ₁

Vì vậy, để có dòng điện đầu ra thích hợp và ổn định, R ₁ và V ₁ cần phải ở các giá trị thích hợp. Để đoạn mạch hoạt động như một nguồn dòng không đổi, cần thay R1 bằng một nguồn dòng không đổi.

Cải tiến mạch gương hiện tại Wilson

Mạch gương hiện tại Wilson có thể được cải tiến hơn nữa để có được độ chính xác hoàn hảo bằng cách thêm một bóng bán dẫn khác.

Mạch trên là phiên bản cải tiến của mạch gương hiện tại Wilson. Các bóng bán dẫn thứ tư T4 được thêm vào trong mạch. Transistor bổ sung T4 cân bằng điện áp bộ thu của T1 và T2. Điện áp cực thu của T1 được ổn định một lượng bằng V _BE4. Điều này dẫn đến hữu hạn

và cũng ổn định sự khác biệt điện áp giữa T1 và T2.

Ưu điểm và Hạn chế của Kỹ thuật Gương hiện tại Wilson

Mạch gương hiện tại có một số ưu điểm so với mạch Gương hiện tại cơ bản truyền thống-

Trong trường hợp mạch gương dòng điện cơ bản, sự không phù hợp dòng điện cơ bản là một vấn đề phổ biến. Tuy nhiên, mạch gương dòng Wilson này hầu như loại bỏ lỗi cân bằng dòng điện cơ bản. Do đó, dòng điện đầu ra gần chính xác như dòng điện đầu vào. Không chỉ vậy, mạch sử dụng trở kháng đầu ra rất cao do phản hồi tiêu cực qua T1 từ cơ sở của T3.
Mạch gương dòng điện Wilson cải tiến được làm bằng 4 phiên bản bóng bán dẫn nên rất hữu ích cho hoạt động ở dòng điện cao.
Mạch gương dòng Wilson cung cấp trở kháng thấp ở đầu vào.
Nó không yêu cầu điện áp phân cực bổ sung và tài nguyên tối thiểu là cần thiết để xây dựng nó.

Hạn chế của Gương hiện tại Wilson:

Khi mạch gương hiện tại Wilson được phân cực với tần số cao cực đại, vòng phản hồi âm gây ra sự không ổn định trong đáp ứng tần số.
Nó có điện áp tuân thủ cao hơn so với mạch gương hai bóng bán dẫn hiện tại cơ bản.
Mạch gương hiện tại Wilson tạo nhiễu trên đầu ra. Điều này là do phản hồi làm tăng trở kháng đầu ra và ảnh hưởng trực tiếp đến dòng thu. Sự dao động hiện tại của bộ thu góp phần gây ra tiếng ồn trên đầu ra.

Ví dụ thực tế về mạch gương hiện tại Wilson

Ở đây, gương hiện tại của Wilson được mô phỏng bằng Proteus.

Ba thành phần tích cực (BJT) được sử dụng để tạo mạch. Các BJT đều là 2N2222, với các thông số kỹ thuật giống nhau. Nồi được chọn để thay đổi dòng điện qua bộ thu Q2 sẽ phản ánh thêm trên bộ thu Q3. Đối với tải đầu ra, một điện trở 10 Ohms đang được chọn.

Đây là video mô phỏng Kỹ thuật Gương hiện tại của Wilson-

Trong video, điện áp được lập trình trên bộ thu của Q2 đang phản xạ qua bộ thu Q3.

Kỹ thuật gương hiện tại Widlar

Một mạch gương dòng điện tuyệt vời khác là Mạch nguồn dòng điện Widlar, được phát minh bởi Bob Widlar.

Mạch giống hệt như mạch gương dòng cơ bản dùng hai tranzito BJT. Nhưng có một sửa đổi trong bóng bán dẫn đầu ra. Bóng bán dẫn đầu ra sử dụng một điện trở suy giảm bộ phát để cung cấp dòng điện thấp qua đầu ra chỉ sử dụng các giá trị điện trở vừa phải.

Một trong những ví dụ ứng dụng phổ biến của nguồn dòng Widlar là trong mạch khuếch đại hoạt động uA741.

Trong hình dưới đây, một mạch nguồn dòng Widlar được hiển thị.

Đoạn mạch chỉ gồm hai tranzito T1 & T2 và hai điện trở R1 & R2. Đoạn mạch giống như đoạn mạch gương dòng hai tranzito không có R2. R2 được mắc nối tiếp với bộ phát T2 và nối đất. Điện trở phát này làm giảm hiệu quả dòng điện qua T2 so với T1. Điều này được thực hiện bởi sự sụt giảm điện áp trên điện trở này, sự sụt giảm điện áp này làm giảm điện áp cực phát của bóng bán dẫn đầu ra, dẫn đến giảm dòng điện thu trên T2.

Phân tích và lấy trở kháng đầu ra cho mạch gương hiện tại rộng

Như đã đề cập trước đó rằng dòng điện qua T2 giảm so với dòng điện T1, điều này có thể được kiểm tra và phân tích thêm bằng cách sử dụng mô phỏng Cadence Pspice. Hãy xem cấu tạo và mô phỏng mạch Widlar trong hình ảnh dưới đây,

Mạch được xây dựng trong Cadence Pspice. Hai bóng bán dẫn có cùng thông số kỹ thuật được sử dụng trong mạch là 2N2222. Các đầu dò hiện tại đang hiển thị lô hiện tại trên bộ thu Q2 và Q1.

Các mô phỏng có thể được nhìn thấy trong hình dưới đây.

Trong hình trên, ô màu đỏ, là dòng thu của Q1 đang giảm so với Q2.

Áp dụng KVL (Định luật điện áp Kirchhoff) trên đường giao nhau bộ phát gốc của mạch, V _BE1 = V _BE2 + I _E2 R ₂ V _BE1 = V _BE2 + (β + 1) I _B2 R ₂

Β ₂ dành cho bóng bán dẫn đầu ra. Nó hoàn toàn khác với bóng bán dẫn đầu vào vì biểu đồ hiện tại trên đồ thị mô phỏng cho thấy rõ ràng rằng dòng điện trong hai bóng bán dẫn là khác nhau.

Công thức cuối cùng có thể được rút ra từ công thức trên nếu β hữu hạn bị loại bỏ và nếu chúng ta thay đổi I _C1 thành I _IN và I _C2 thành I _OUT. Vì thế,

Để đo điện trở đầu ra của nguồn dòng Widlar, mạch tín hiệu nhỏ là một lựa chọn hữu ích. Hình ảnh dưới đây là mạch tín hiệu nhỏ tương đương cho nguồn dòng Widlar.

Dòng điện Ix được đặt qua mạch để đo điện trở ra của mạch. Vì vậy, theo định luật Ohms, điện trở đầu ra là

Vx / Ix

Điện trở đầu ra có thể được xác định bằng cách áp dụng định luật Kirchoff trên mặt đất bên trái cho R2, nó là-

Một lần nữa, áp dụng định luật điện áp Kirchhoff trên mặt đất R2 đến mặt đất của Dòng điện đầu vào, V _X = I _X (R ₀ + R ₂) + I _b (R ₂ - βR ₀)

Bây giờ, thay đổi giá trị, phương trình cuối cùng để suy ra điện trở đầu ra của mạch Gương hiện tại Widlar là

Vì vậy, đây là cách Kỹ thuật Gương hiện tại Wilson và Widlar có thể được sử dụng để cải thiện các thiết kế của Mạch gương hiện tại cơ bản.