- Forbedring av den grunnleggende gjeldende speilkretsen
- Wilson Current Mirror Circuit
- Fordeler og begrensning av Wilson Current Mirror Technique
- Praktisk eksempel på Wilson Current Mirror Circuit
- Widlar Current Mirror Technique
- Analysere og utlede utgangsimpedans for Widlar Current Mirror Circuit
I forrige artikkel diskuterte vi om Current Mirror Circuit og hvordan den kan bygges ved hjelp av Transistor og MOSFET. Til tross for at grunnleggende strømspeilkrets kan konstrueres ved hjelp av to enkle aktive komponenter, BJT og MOSFET eller ved hjelp av en forsterkerkrets, er ikke utgangen perfekt, i tillegg til at den har visse begrensninger og avhengigheter av de eksterne tingene. Så for å få en stabil produksjon, brukes flere teknikker i gjeldende speilkretser.
Forbedring av den grunnleggende gjeldende speilkretsen
Det er flere alternativer for å forbedre produksjonen av Current Mirror Circuit. I en av løsningen tilsettes en eller to transistorer over det tradisjonelle to transistordesignet. Konstruksjon av disse kretsene bruker emitterfollower-konfigurasjon for å overvinne basestrømmatchen til transistorene. Designet kan ha en annen type kretsstruktur for å balansere utgangsimpedansen.
Det er tre primære beregninger for å analysere gjeldende speilytelse som en del av en stor krets.
1. Første beregning er mengden statisk feil. Det er forskjellen mellom inngangs- og utgangsstrømmer. Det er en tøff oppgave å minimere forskjellen, ettersom forskjellen mellom differensial konvertering med en sluttutgang og differensialforsterkerforsterkning er ansvarlig for å kontrollere avvisningsforholdet til vanlig modus og strømforsyning.
2. Den neste mest avgjørende beregningen er den nåværende kildeutgangsimpedansen eller utgangskonduktansen. Det er avgjørende fordi det påvirker scenen igjen mens den nåværende kilden fungerer som en aktiv belastning. Det påvirker også vanlig modusforsterkning i forskjellige situasjoner.
3. For stabil drift av gjeldende speilkretsløp er den siste viktige beregningen minimumsspenningene som kommer fra strømskinneforbindelsen som ligger over inngangs- og utgangsterminalene.
For å forbedre produksjonen av Basic Current Mirror Circuit, med tanke på alle ovennevnte ytelsesberegninger, vil vi her diskutere med populære Current Mirror Techniques - Wilson Current Mirror Circuit og Widlar Current Source Circuit.
Wilson Current Mirror Circuit
Det hele startet med en utfordring mellom to ingeniører, George R. Wilson og Barrie Gilbert, om å lage en forbedret gjeldende speilkrets over natten. Unødvendig å si at George R. Wilson vant utfordringen i 1967. Fra navnet George R. Wilson kalles den forbedrede nåværende speilkretsen designet av ham Wilson Current Mirror Circuit.
Wilsons nåværende speilkrets bruker tre aktive enheter som aksepterer strømmen over inngangen og gir den eksakte kopien eller speilet kopien av strømmen til utgangen.
I over Wilson Current Mirror Circuit er det tre aktive komponenter som er BJT og en enkelt motstand R1.
To antagelser blir gjort her - den ene er at alle transistorer har den samme strømforsterkningen som er, og andre er at kollektorstrømmene til T1 og T2 er like, ettersom T1 og T2 samsvarer og den samme transistoren. Derfor
I C1 = I C2 = I C
Og dette gjelder også for grunnstrømmen, I B1 = I B2 = I B
Basestrømmen til T3-transistoren kan enkelt beregnes av strømforsterkningen, altså
I B3 = I C3 / β… (1)
Og emitterstrømmen til T3 vil være
I B3 = ((β + 1) / β) I C3… (2)
Hvis vi ser på skjematisk ovenfor, er strømmen over T3-emitteren summen av T2s samlerstrøm og basestrømmen til T1 & T2. Derfor, I E3 = I C2 + I B1 + I B2
Nå, som diskutert ovenfor, kan dette vurderes videre som
I E3 = I C + I B + I B I E3 = I C + 2I B
Derfor, I E3 = (1+ (2 / β)) I C
I E3 kan endres i henhold til (2)
((β + 1) / β)) I C3 = (1+ (2 / β)) I C
Samlerstrømmen kan skrives som, I C = ((1+ β) / (β + 2)) I C3… (3)
Igjen i henhold til skjematisk strøm gjennom
Ovennevnte ligning kan tegne et forhold mellom den tredje transistorsamlerens strøm med inngangsmotstanden. Hvordan? Hvis 2 / (β (β + 2)) << 1 så er I C3 ≈ I R1. Utgangsstrømmen kan også enkelt beregnes hvis base-emitter-spenningen til transistorene er mindre enn 1V.
I C3 ≈ I R1 = (V 1 - V BE2 - V BE3) / R 1
Så, for riktig og stabil utgangsstrøm, må R 1 og V 1 være i riktige verdier. For å få kretsen til å fungere som en konstant strømkilde, må R1 byttes ut med en konstant strømkilde.
Forbedring av Wilson Current Mirror Circuit
Wilson nåværende speilkrets kan forbedres ytterligere for å få perfekt nøyaktighet ved å legge til en annen transistor.
Ovennevnte krets er den forbedrede versjonen av Wilson gjeldende speilkrets. Den fjerde transistoren T4 er lagt til i kretsen. Den ekstra transistoren T4 balanserer samlerspenningen til T1 og T2. Samlerspenningen til T1 stabiliseres med mengden lik V BE4. Dette resulterer i endelig
Fordeler og begrensning av Wilson Current Mirror Technique
Den nåværende speilkretsen har flere fordeler i forhold til tradisjonell grunnleggende gjeldende speilkrets-
- I tilfelle grunnleggende gjenspeilkrets, er grunnstrøm mismatch et vanlig problem. Imidlertid eliminerer denne Wilson-strømspeilingskretsen praktisk talt basestrømbalansefeilen. På grunn av dette er utgangsstrømmen nær nøyaktig fra inngangsstrømmen. Ikke bare dette, kretsen bruker veldig høy utgangsimpedans på grunn av den negative tilbakemeldingen over T1 fra basen av T3.
- Den forbedrede Wilson nåværende speilkretsen er laget ved hjelp av 4 transistorversjoner, så den er nyttig for drift ved høye strømmer.
- Wilson nåværende speilkrets gir lav impedans ved inngangen.
- Det krever ikke ekstra forspenning og minimale ressurser er nødvendig for å konstruere den.
Begrensninger for Wilson Current Mirror:
- Når Wilson nåværende speilkrets er forspent med maksimal høy frekvens, forårsaker den negative tilbakemeldingssløyfen ustabilitet i frekvensresponsen.
- Den har en høyere samsvarsspenning sammenlignet med de grunnleggende to transistorstrømspeilkretsene.
- Wilson nåværende speilkrets skaper støy over utgangen. Dette skyldes tilbakemeldingen som øker utgangsimpedansen og direkte påvirker samlerstrømmen. Samlestrømssvingningen bidrar med lyder over utgangen.
Praktisk eksempel på Wilson Current Mirror Circuit
Her simuleres Wilson nåværende speil ved hjelp av Proteus.
De tre aktive komponentene (BJT) brukes til å lage kretsene. BJT-ene er alle 2N2222, med samme spesifikasjoner. Potten er valgt for å endre strømmen over Q2-samleren, som vil reflektere videre over Q3-samleren. For utgangsbelastningen velges en motstand på 10 ohm.
Her er simuleringsvideoen til Wilson Current Mirror Technique-
I videoen reflekteres den programmerte spenningen over Q2s samler over Q3-samleren.
Widlar Current Mirror Technique
En annen utmerket strømspeilkrets er Widlar Current Source Circuit, oppfunnet av Bob Widlar.
Kretsen er nøyaktig den samme som den grunnleggende speilkretsen ved bruk av to BJT-transistorer. Men det er en modifikasjon i utgangstransistoren. Utgangstransistoren bruker en emitterdegenerasjonsmotstand for å gi lave strømmer over utgangen ved bruk av bare moderat motstandsverdier.
Et av de populære brukseksemplene til Widlar-strømkilde er i uA741 operasjonsforsterkerkrets.
På bildet nedenfor vises en Widlar-strømkildekrets.
Kretsen består av bare to transistorer T1 & T2 og to motstander R1 og R2. Kretsen er den samme som de to transistorenes nåværende speilkrets uten R2. R2 er koblet i serie med T2-senderen og bakken. Denne emittermotstanden reduserer effektivt strømmen over T2 sammenlignet med T1. Dette gjøres av spenningsfallet over denne motstanden, dette spenningsfallet reduserer base-emitter-spenningen til utgangstransistoren, noe som ytterligere resulterer i redusert kollektorstrøm over T2.
Analysere og utlede utgangsimpedans for Widlar Current Mirror Circuit
Som tidligere nevnt at strømmen over T2 reduseres i sammenligning med T1-strøm, kan den testes videre og analyseres ved bruk av Cadence Pspice-simuleringer. La oss se Widlar-kretskonstruksjonen og simuleringene i bildet nedenfor,
Kretsen er konstruert i Cadence Pspice. To transistorer med samme spesifikasjon brukes i kretsene, som er 2N2222. De nåværende sonderne viser gjeldende plot på tvers av Q2 og Q1-samleren.
Den simuleringen kan ses i nedenstående bilde.
I figuren ovenfor reduseres det røde plottet, som er kollektorstrømmen til Q1, sammenlignet med Q2.
Påføring av KVL (Kirchhoffs spenningslov) over bane-emitterkrysset på kretsen, V BE1 = V BE2 + I E2 R 2 V BE1 = V BE2 + (β + 1) I B2 R 2
Β 2 er for utgangstransistoren. Det er helt forskjellig fra inngangstransistoren ettersom det nåværende plottet på simuleringsgrafen tydelig viser at strømmen i to transistorer er forskjellig.
Den endelige formelen kan trekkes fra formelen ovenfor hvis den endelige β overstyres, og hvis vi endrer I C1 som I IN og I C2 som I OUT. Derfor,
For å måle utgangsmotstanden til Widlar-strømkilden, er småsignalkretsen et nyttig alternativ. Bildet nedenfor er en ekvivalent liten signalkrets for Widlar-strømkilde.
Strømmen Ix påføres over kretsen for å måle utgangsmotstanden til kretsen. Så, i henhold til Ohms lov, utgang motstand er
Vx / Ix
Den utgangsmotstand kan bestemmes ved å anvende Kirchhoffs lov seg gjennom venstre bakken til R2, det er-
Igjen, ved å bruke Kirchhoffs spenningslov over R2-bakken til bakken av inngangsstrøm, V X = I X (R 0 + R 2) + I b (R 2 - p-R- 0)
Nå endrer verdien den endelige ligningen for å utlede utgangsmotstanden til Widlar Current Mirror-kretsen
Så dette er hvordan Wilson og Widlar nåværende speilteknikker kan brukes til å forbedre utformingen av Basic Current Mirror Circuit.