Qué es un espejo de corriente : Circuito y su funcionamiento
Para el diseño del circuito integrado monolítico, se utiliza la técnica más popular: el espejo de corriente. En este método, el diseño del circuito puede realizarse para copiar el flujo de corriente a través de un dispositivo energético a otro, incluyendo la característica de control de corriente. Aquí, el flujo de corriente puede copiarse en forma de inversión de un dispositivo a otro. Una vez que se altera el flujo de corriente dentro del primer dispositivo activo, la corriente de salida reflejada del otro dispositivo activo también se modificará. Por ello, el circuito de espejo de corriente se denomina frecuentemente CCCS (Fuente de Corriente Controlada). En este artículo se trata una visión general del circuito espejo de corriente y su funcionamiento.
¿Qué es un espejo de corriente?
El circuito que se utiliza para copiar el flujo de corriente en un dispositivo activo y controlar el flujo de corriente en otro dispositivo manteniendo estable la corriente de salida en lugar de cargarla se conoce como espejo de corriente. Teóricamente, un espejo de corriente perfecto es un amplificador de corriente inversor. La función principal de este amplificador es invertir el sentido del flujo de la corriente. La función principal del espejo de corriente es proporcionar cargas activas así como corrientes de polarización a los circuitos y también se utiliza para formar una fuente de corriente más práctica.
Circuito de espejo de corriente
Generalmente, el diseño de los circuitos espejo de corriente puede realizarse con dos transistores principales, aunque también se utilizan otros dispositivos como los FET. Algunos de estos circuitos pueden utilizar los dos transistores anteriores para permitir mejorar el nivel de rendimiento. Como su nombre indica, copia el flujo de corriente en un dispositivo activo mientras que, en otro dispositivo activo, mantiene estable la corriente de salida en lugar de cargarla. La corriente copiada es una corriente constante.
A continuación se muestra el esquema del circuito espejo de corriente. Este circuito puede construirse con dos transistores, donde uno de los terminales de base y colector del transistor están conectados mientras que en el otro no. En el circuito, los dos terminales de la base del transistor están conectados, mientras que los terminales del emisor se dan a GND. En este circuito, los dos transistores funcionan de forma similar.
En el funcionamiento del circuito, los terminales base-emisor del primer transistor (TR1) funcionan como un diodo porque los terminales colector y base están conectados entre sí.
El flujo de corriente hacia el transistor TRI se establece externamente a través de otros componentes, y en consecuencia, se desarrolla una tensión determinada a través de la unión BE del primer transistor. Cuando la tensión BE de estos dos transistores es la misma, entonces el flujo de corriente dentro de un transistor reflejará con exactitud el del segundo transistor. Así, el flujo de corriente en el primer transistor se reflejará en el segundo transistor y, por tanto, en la carga R1.
Espejo de corriente Wilson
La variación del circuito de espejo de corriente se conoce como circuito de espejo de corriente de Wilson porque este transistor incluye otro transistor similar al TR3. El diagrama del circuito de espejo de corriente de Wilson se muestra a continuación. En el circuito, el transistor TR3 mantiene el terminal de colector del primer transistor (TR1) a una tensión igual a la de dos diodos que caen bajo el Vcc.
Este circuito supera el efecto anterior y es muy útil, sobre todo en los CI o circuitos integrados. Los diferentes componentes se pueden utilizar de forma sencilla en el diseño del circuito. Permiten que fluyan corrientes no sesgadas en los circuitos, como los pares diferenciales, y esto hace que se mejore aún más su función. Estos espejos no se utilizan mucho en la tecnología de circuitos integrados externos debido al número adicional de componentes necesarios, pero los principios son similares tanto en forma discreta como cuando se utilizan en circuitos integrados.
Limitaciones del espejo de corriente
El circuito de espejo de corriente que utiliza dos transistores y que se ha descrito anteriormente puede ser, a menudo, suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Pero incluye algunas limitaciones bajo varias condiciones como las siguientes.
La corriente cambia con el cambio de la tensión de salida
El flujo de corriente cambiará cuando cambie la tensión de salida debido a que la impedancia de salida o/p no es ilimitada porque; hay una pequeña diferencia de "Vbe" a través de la tensión de colector a una corriente determinada dentro del transistor TR2. Con frecuencia, el flujo de corriente puede cambiar con un 25% del rango de cumplimiento de la salida.
La adaptación de la corriente se basa en la adaptación del transistor
La adaptación de la corriente depende principalmente de la adaptación de los transistores. A menudo, los transistores deben estar en un sustrato similar si quieren reflejar la corriente con precisión. Estos problemas pueden resolverse utilizando circuitos avanzados de espejo de corriente.
Circuito espejo de corriente con MOSFET
Este circuito espejo de corriente se puede implementar con dos transistores MOSFET. El funcionamiento de este circuito es similar al del circuito espejo comentado anteriormente. A continuación se muestra el circuito espejo de corriente utilizando MOSFETs. En el siguiente circuito, los dos MOSFET se consideran M1 y M2.
El primer MOSFET, como M1, está en la región de saturación debido a que VDS ≤ VGS, mientras que el segundo MOSFET, como M2, está en la región de saturación si la tensión de salida es mayor que la de saturación. Así, la corriente de entrada del primer MOSFET puede controlar la corriente o/p del segundo MOSFET.
La función del MOSFET es que la corriente de drenaje de este transistor replica la función de la tensión G a S y D a G. Por tanto, utilizando la siguiente función, se puede escribir la fórmula.
ID = f (VGS, VDG)
Por ello, la corriente de entrada de M1 puede reflejarse hacia la corriente de drenaje. La corriente de entrada se puede proporcionar a través de la resistencia de polarización. Si la VDG es 0 para el M1, la corriente de drenaje del M1 será
ID = f (VGS, VDG=0)
Por tanto, f (VGS, 0) = IEN así que, yoEN fijará el valor de VGS. La misma VGS puede reflejarse en el segundo MOSFET.
IOUT = f (VGS, VDG=0) es verdadero.
Así que la corriente o/p puede reflejarse como la corriente i/p, IOUT = IEN
Además, el VDS puede introducirse como VDS = VDG + VGS. Al cambiar esto, el modelo de Shichman-Hodges da la respuesta estimada para la f(VGS, VDG). Así que esta función puede expresarse de la siguiente manera
ID = f (VGS, VDG)
ID = ½ Kp (W/L) (VGS-Vth)2 (1+λVDS)
ID = ½ Kp (W/L) (VGS-Vth)2 (1+λ(VDG + VGS))
La resistencia o/p se calcula cuando la resistencia de salida está limitada
ROUT = ((1/ λ) +VDS)/ID como R = V/I
A partir de la ecuación anterior
Donde "KP' es una constante relacionada con la tecnología de los transistores
w/L' es la relación entre la anchura y la longitud
'λ' se utiliza principalmente para la constante de modulación de la longitud del canal.
'VGSes la tensión entre la puerta y la fuente
vth' es la tensión de umbral
'VDSes una tensión de drenaje a fuente
La tensión de cumplimiento, cuando la VDG = 0 y la resistencia del MOSFET es alta, el espejo de corriente funciona dentro de la menor tensión o/p. Esta tensión se puede medir derivando la situación.
VCV = VGS (ID en VDG = 0)
En caso contrario, f-1 (ID) una vez que el VDG = 0
Especificaciones
La caracterización de un circuito de espejo de corriente puede realizarse mediante las siguientes especificaciones.
Relación de transferencia de corriente
Un circuito de espejo de corriente se utiliza para copiar la corriente de entrada de un dispositivo activo a la salida de otros dispositivos activos. Este tipo de circuito también se conoce como amplificador de corriente ideal, incluyendo el diseño inversor que puede invertir la dirección del flujo de corriente. Por tanto, la relación de transferencia de corriente es un factor importante para un amplificador de corriente.
Resistencia de salida de CA
La resistencia incluye una relación VI según la ley de ohmios. Por lo tanto, la resistencia de CA o/p desempeña un papel clave dentro de la estabilidad de la corriente de salida con respecto a los cambios de tensión.
Caída de tensión
La caída de tensión de un circuito espejo que funciona a través de la salida es menor. El rango de tensión en el que puede funcionar este circuito se conoce como rango de conformidad y la tensión más baja a la más alta dentro de este rango de conformidad se conoce como tensión de conformidad. La menor cantidad de tensión es necesaria para mantener activo el transistor, por lo que la menor tensión depende principalmente de las especificaciones del transistor.
Así pues, todo esto es una visión general de los circuitos de espejo de corriente, como el funcionamiento y la aplicación de los circuitos de espejo de corriente.
Circuito espejo de corriente con BJT
A continuación se muestra el circuito espejo de corriente utilizando BJTs. Supongamos que estos transistores son iguales, por lo que tanto las temperaturas de funcionamiento de los transistores como los parámetros del dispositivo son similares. Como la VBE (tensión base-emisor) es la misma para estos transistores, entonces la IC1 (corriente de referencia) para el transistor Q1 puede reflejarse en el transistor Q2, es decir, IC2 = IC1 una vez que se ignoran las corrientes de base. Esto nos permite modificar IC2 con independencia de la tensión VC2 mediante la simple modificación de R1, ya que
IC1 = VCC-0,7V/R1
Si las dos corrientes de base como IB1 & IB2 se utilizan, entonces
IC2 = IC1/ (1+(2/β))
En la práctica, el IC2 no es bastante independiente de VC2, ya que el transistor "Q2" incluye una resistencia de salida limitada debido al efecto temprano. Por lo tanto, se puede encontrar que el IC2 se amplifica ligeramente a través de VC2.
El rendimiento del IC2 en comparación con el VC2 puede explicarse en términos de la tensión temprana como
IC2 = Es eVBE2/VT (1+VCE2/VA)
De la ecuación anterior, "VA" es la tensión temprana. Por tanto, la resistencia o/p del espejo de corriente puede escribirse como
Ro = VA/IC2
Por último, los BJT deben estar en modo activo para que el espejo de corriente funcione como es debido.
Por tanto, se trata de una visión general del espejo actual y su funcionamiento utilizando BJTs, MOSFETs, Especificaciones, etc. Aquí tienes una pregunta, ¿cuáles son las aplicaciones del circuito espejo de corriente?
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