Активное токовое зеркало

Токовые зеркала – распространенная схемная функция, и иногда от нее требуется высокая точность. Проблема обеспечения точности токовых зеркал породила длинный список хитростей и приемов. В этот список входят согласованные транзисторы, монолитные транзисторные умножители, вырождение эмиттера, сложные топологии с дополнительными транзисторами, например, схемы Вильсона, каскодные схемы и т. д.

Но когда все остальные способы не помогают, и точность не допускает никаких компромиссов, на Рисунке 1 показан радикальный вариант решения. Просто добавьте rail-to-rail операционный усилитель!

Рисунок 1.	Активное зеркало втекающего тока. Если сопротивления резисторов равны, и погрешность смещения усилителя A1 пренебрежимо мала, обратная связь A1 заставляет транзистор Q1 поддерживать точное равенство втекающих токов: I2 = I1.

 

 

Нет ничего проще принципа работы активного токового зеркала. Напряжение V_R, равное I₁×R, подключено к неинвертирующему входу усилителя A1, заставляя его управлять транзистором Q1 таким образом, чтобы протекающий через него ток I₂ подчинялся соотношению I₂×R = I₁×R.

Таким образом, если сопротивления резисторов равны, параметры, ограничивающие точность усилителя A1, такие как напряжение смещения, коэффициент усиления, полоса пропускания, токи смещения и т. д., адекватны, и транзистор Q1 не насыщается, ток I₁ может быть равен I₂ с любой желаемой точностью.

Очевидно, что напряжение V_R должен быть намного больше напряжения смещения усилителя, а диапазон выходных напряжений A1 должен быть намного больше порога включения транзистора Q1, даже после вычитания из него напряжения V_R.

Замените n-канальный МОП-транзистор, показанный на Рисунке 1, на p-канальный, и получите зеркало вытекающего тока, как показано на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Активное зеркало вытекающего тока. Это идентично Рисунку 1, за исключением того, что транзистор Q1 является p-канальным, и полярности поменялись местами.

Точность активного токового зеркала может быть выше, чем у легкодоступных токоизмерительных резисторов. Поэтому может оказаться полезной небольшая подстройка после сборки, как показано на Рисунке 3.

Рисунок 3.	Если под рукой нет достаточно точных резисторов, для подстройки после сборки может пригодиться подстроечный резистор.