Nuvarande spegelkrets: wilson och widlar nuvarande speglingstekniker

I den föregående artikeln diskuterade vi om Current Mirror Circuit och hur den kan byggas med Transistor och MOSFET. Trots det faktum att grundläggande strömspeglingskrets kan konstrueras med två enkla aktiva komponenter, BJTs och MOSFETs eller med hjälp av en förstärkarkrets, är utgången inte perfekt, liksom den har vissa begränsningar och beroenden av externa saker. Så för att få en stabil effekt används ytterligare tekniker i nuvarande spegelkretsar.

Förbättring av den grundläggande strömspeglingskretsen

Det finns flera alternativ för att förbättra resultatet från Current Mirror Circuit. I en av lösningen läggs en eller två transistorer över den traditionella två transistordesignen. Konstruktion av dessa kretsar använder emitterföljarkonfiguration för att övervinna transistorernas basströmfel. Konstruktionen kan ha en annan typ av kretsstruktur för att balansera utgångsimpedansen.

Det finns tre primära mätvärden för att analysera den aktuella spegelprestandan som en del av en stor krets.

1. Första mått är mängden statiskt fel. Det är skillnaden mellan in- och utströmmar. Det är en tuff uppgift att minimera skillnaden, eftersom skillnaden mellan differentiell en-slut-utgångskonvertering och differentialförstärkarens förstärkning är ansvarig för att styra avvisningsförhållandet för vanligt läge och strömförsörjning.

2. Det näst viktigaste måttet är den aktuella källans utgångsimpedans eller utgångskonduktansen. Det är avgörande eftersom det påverkar scenen igen under den aktuella källan fungerar som en aktiv belastning. Det påverkar också den gemensamma modförstärkningen i olika situationer.

3. För den stabila driften av nuvarande spegelkretsar är det sista viktiga måttet de minsta spänningarna som kommer från strömskenans anslutning över ingångs- och utgångsterminalerna.

Så för att förbättra produktionen av Basic Current Mirror Circuit, med tanke på alla ovanstående prestandamätvärden, här kommer vi att diskutera med populära Current Mirror Techniques - Wilson Current Mirror Circuit och Widlar Current Source Circuit.

Wilson Current Mirror Circuit

Det hela började med en utmaning mellan två ingenjörer, George R. Wilson och Barrie Gilbert, att göra en förbättrad strömspegelkrets över natten. Det behöver inte sägas att George R. Wilson vann utmaningen 1967. Från namnet George R. Wilson kallas den förbättrade strömspegelkretsen som designats av honom Wilson Current Mirror Circuit.

Wilsons nuvarande spegelkrets använder tre aktiva enheter som accepterar strömmen över dess ingång och tillhandahåller exakt kopia eller speglad kopia av strömmen till dess utgång.

I ovanstående Wilson Current Mirror Circuit finns det tre aktiva komponenter som är BJT och ett enda motstånd R1.

Två antaganden görs här - en är att alla transistorer har samma strömförstärkning som är och andra är att kollektorströmmarna för T1 och T2 är lika, eftersom T1 och T2 matchas och samma transistor. Därför

I _C1 = I _C2 = I _C

Och detta gäller även för basströmmen, I _B1 = I _B2 = I _B

Basströmmen för T3-transistorn kan enkelt beräknas med strömförstärkningen, vilket är

I _B3 = I _C3 / β… (1)

Och emitterströmmen för T3 kommer att vara

I _B3 = ((β + 1) / β) I _C3… (2)

Om vi ​​tittar på schemat ovan är strömmen över T3-sändaren summan av T2: s samlarström och basströmmar för T1 & T2. Därför, I _E3 = I _C2 + I _B1 + I _B2

Som diskuterats ovan kan detta nu utvärderas som

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

Därmed, I _E3 = (1+ (2 / β)) I _C

I _E3 kan ändras enligt (2)

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

Samlarströmmen kan skrivas som, I _C = ((1+ β) / (β + 2)) I _C3… (3)

Återigen enligt schematisk ström genom

Ovanstående ekvation kan rita ett förhållande mellan den tredje transistorsamlarens ström med ingångsmotståndet. Hur? Om 2 / (β (β + 2)) << 1 är I _C3 ≈ I _R1. Utgångsströmmen kan också enkelt beräknas om transistors bas-emitterspänning är mindre än 1V.

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

Så, för en korrekt och stabil utström, R ₁ och V _ett behov att vara i rätta värden. För att få kretsen att fungera som en konstant strömkälla måste R1 ersättas med en konstant strömkälla.

Förbättra Wilson Current Mirror Circuit

Wilsons nuvarande spegelkrets kan förbättras ytterligare för att få perfekt noggrannhet genom att lägga till en annan transistor.

Ovanstående krets är den förbättrade versionen av Wilson-strömspegelkretsen. Den fjärde transistorn T4 läggs till i kretsen. Den ytterligare transistorn T4 balanserar kollektorspänningen för T1 och T2. Samlerspänningen för T1 stabiliseras med mängden lika med V _BE4. Detta resulterar i ändlig

och även stabilisera spänningsskillnaderna mellan T1 och T2.

Fördelar och begränsning av Wilson Current Mirror Technique

Den aktuella spegelkretsen har flera fördelar jämfört med traditionell grundläggande spegelkrets-

1. I händelse av en grundläggande strömspeglingskrets är basströmens ojämnhet ett vanligt problem. Emellertid eliminerar denna Wilson-strömspegelkrets praktiskt taget basströmbalansfelet. På grund av detta är utströmmen nära till exakt från ingångsströmmen. Inte bara detta, kretsen använder mycket hög utgångsimpedans på grund av den negativa återkopplingen över T1 från basen av T3.
2. Den förbättrade Wilson-strömspegelkretsen är tillverkad med 4 transistorversioner, så den är användbar för drift vid höga strömmar.
3. Wilsons strömspeglingskrets ger låg impedans vid ingången.
4. Det kräver ingen extra förspänning och minimikällor behövs för att konstruera den.

Begränsningar av Wilson Current Mirror:

1. När Wilson-strömspegelkretsen är förspänd med maximal hög frekvens orsakar den negativa återkopplingsslingan instabilitet i frekvenssvaret.
2. Den har en högre överensstämmelsespänning jämfört med de två grundläggande transistorströmspeglingskretsarna.
3. Wilsons nuvarande spegelkrets skapar brus över utgången. Detta beror på återkopplingen som höjer utgångsimpedansen och direkt påverkar kollektorströmmen. Samlarströmssvängningarna bidrar med ljud över hela utgången.

Praktiskt exempel på Wilson Current Mirror Circuit

Här simuleras Wilson nuvarande spegel med Proteus.

De tre aktiva komponenterna (BJT) används för att skapa kretsarna. BJT: erna är alla 2N2222, med samma specifikationer. Potten väljs för att ändra strömmen över Q2-samlaren, vilket ytterligare kommer att reflektera över Q3-samlaren. För uteffekten väljs ett motstånd på 10 ohm.

Här är simuleringsvideon för Wilson Current Mirror Technique-

I videon reflekteras den programmerade spänningen över Q2-samlaren över Q3-samlaren.

Widlar Current Mirror Technique

En annan utmärkt strömspegelkrets är Widlar Current Source Circuit, uppfunnen av Bob Widlar.

Kretsen är exakt densamma som den grundläggande strömspeglingskretsen som använder två BJT-transistorer. Men det finns en modifiering i utgångstransistorn. Utgångstransistorn använder ett emitterdegenereringsmotstånd för att tillhandahålla låga strömmar över utgången med endast måttliga motståndsvärden.

Ett av de populäraste tillämpningsexemplen på Widlar-strömkälla finns i uA741-operationsförstärkarkretsen.

I bilden nedan visas en Widlar-strömkällkrets.

Kretsen består av endast två transistorer T1 & T2 och två motstånd R1 & R2. Kretsen är densamma som de två transistornas spegelkrets utan R2. R2 är ansluten i serie med T2-sändaren och jord. Detta emittermotstånd minskar effektivt strömmen över T2 jämfört med T1. Detta görs av spänningsfallet över detta motstånd, detta spänningsfall minskar bas-emitterspänningen för utgångstransistorn vilket ytterligare resulterar i reducerad kollektorström över T2.

Analysera och härleda utgångsimpedans för Widlar Current Mirror Circuit

Som tidigare nämnts att strömmen över T2 reduceras i jämförelse med T1-strömmen, som kan testas vidare och analyseras med Cadence Pspice-simuleringar. Låt oss se Widlar-kretsens konstruktion och simuleringar i bilden nedan,

Kretsen är konstruerad i Cadence Pspice. Två transistorer med samma specifikation används i kretsarna, som är 2N2222. De nuvarande sonderna visar den aktuella plottningen över Q2 och Q1-samlaren.

Den simulering kan ses i nedanstående bild.

I figuren ovan minskar det röda diagrammet, som är kollektorströmmen för Q1, jämfört med Q2.

Tillämpa KVL (Kirchhoff's Voltage Law) över bas-emitter-korsningen i kretsen, V _BE1 = V _BE2 + I _E2 R ₂ V _BE1 = V _BE2 + (β + 1) I _B2 R ₂

Β ₂ är för utgångstransistorn. Det skiljer sig helt från ingångstransistorn, eftersom den aktuella plottet i simuleringsdiagrammet tydligt visar att strömmen i två transistorer är olika.

Den slutliga formeln kan hämtas från ovanstående formel om den ändliga β åsidosätts och om vi ändrar I _C1 som I _IN och I _C2 som I _OUT. Därför,

För att mäta utstrålningsmotståndet för Widlar-strömkällan är kretsen med små signaler ett användbart alternativ. Bilden nedan är en ekvivalent liten signalkrets för Widlar-strömkälla.

Strömmen Ix appliceras över kretsen för att mäta kretsens utgångsmotstånd. Så, som per den Ohms lag, produktion motstånd är

Vx / Ix

Den utgående motståndet kan bestämmas genom att tillämpa Kirchoff lag över vänstra marken till R2, är- det

Återigen tillämpar Kirchhoffs spänningslag över R2-marken till marken för ingångsströmmen, V _X = I _X (R ₀ + R ₂) + I _b (R ₂ - p-R ₀)

Nu ändrar värdet, den slutliga ekvationen för att härleda utgångsmotståndet hos Widlar Current Mirror-kretsen är

Så här kan Wilson och Widlar nuvarande spegeltekniker användas för att förbättra designen av Basic Current Mirror Circuit.