BJTs de espelho atual

Transistor de junção bipolar ou espelho de corrente BJT

Um circuito frequentemente usado que aplica o transistor de junção bipolar é o chamado espelho de corrente , que serve como um regulador de corrente simples, fornecendo corrente quase constante a uma carga em uma ampla faixa de resistências de carga.

Sabemos que em um transistor operando em seu modo ativo, a corrente de coletor é igual à corrente de base multiplicada pela relação β. Também sabemos que a relação entre a corrente do coletor e a corrente do emissor é chamada de α. Como a corrente do coletor é igual à corrente de base multiplicada por β, e a corrente do emissor é a soma das correntes de base e do coletor, α deve ser matematicamente derivável de β. Se você fizer a álgebra, encontrará α =β / (β + 1) para qualquer transistor.

Já vimos como manter uma corrente de base constante através de um transistor ativo resulta na regulação da corrente do coletor, de acordo com a relação β. Bem, a razão α funciona de forma semelhante:se a corrente do emissor for mantida constante, a corrente do coletor permanecerá em um valor regulado estável, desde que o transistor tenha queda de tensão coletor-emissor suficiente para mantê-lo em seu modo ativo. Portanto, se tivermos uma maneira de manter a corrente do emissor constante através de um transistor, o transistor funcionará para regular a corrente do coletor em um valor constante.

Lembre-se de que a junção base-emissor de um BJT nada mais é do que uma junção PN, assim como um diodo, e que a "equação do diodo" especifica quanta corrente passará por uma junção PN dada a queda de tensão direta e a temperatura da junção:

Fórmula de equação de diodo



Se a tensão e a temperatura da junção forem mantidas constantes, a corrente da junção PN será constante. Seguindo esse raciocínio, se mantivermos a tensão base-emissor de um transistor constante, então sua corrente de emissor será constante, dada uma temperatura constante. Considere a figura de exemplo abaixo



O VBE constante fornece IB constante, IE constante e IC constante.

Esta corrente de emissor constante, multiplicada por uma razão α constante, dá uma corrente de coletor constante através de R _load se houver tensão de bateria suficiente disponível para manter o transistor em seu modo ativo para qualquer mudança em R _load Resistência de s.

Para manter uma tensão constante através da junção base-emissor do transistor, use um diodo polarizado direto para estabelecer uma voltagem constante de aproximadamente 0,7 volts e conecte-o em paralelo com a junção base-emissor como na Figura abaixo.



A junção de diodo 0,7 V mantém a tensão de base constante e a corrente de base constante.

A queda de tensão no diodo provavelmente não será de 0,7 volts exatamente. A quantidade exata de tensão direta caiu através dele depende da corrente através do diodo e da temperatura do diodo, tudo de acordo com a equação do diodo. Se a corrente do diodo for aumentada (digamos, reduzindo a resistência de R _bias ), sua queda de tensão aumentará ligeiramente, aumentando a queda de tensão através da junção base-emissor do transistor, o que aumentará a corrente do emissor na mesma proporção, assumindo que a junção PN do diodo e a junção base-emissor do transistor são bem combinadas com cada de outros. Em outras palavras, a corrente do emissor do transistor será quase igual à corrente do diodo em qualquer momento. Se você alterar a corrente do diodo alterando o valor da resistência de R _bias , então a corrente do emissor do transistor seguirá o exemplo, porque a corrente do emissor é descrita pela mesma equação do diodo, e ambas as junções PN experimentam a mesma queda de tensão.

Lembre-se, a corrente de coletor do transistor é quase igual à sua corrente de emissor, já que a razão α de um transistor típico é quase a unidade (1). Se tivermos controle sobre a corrente do emissor do transistor ajustando a corrente do diodo com um ajuste simples do resistor, então também teremos controle sobre a corrente do coletor do transistor. Em outras palavras, simulações de corrente de coletor ou espelhos , corrente de diodo.

Corrente através do resistor R _load é, portanto, uma função da corrente definida pelo resistor de polarização, os dois sendo quase iguais . Esta é a função do circuito do espelho de corrente:regular a corrente através do resistor de carga ajustando convenientemente o valor de R _preconceito . A corrente através do diodo é descrita por uma equação simples:tensão da fonte de alimentação menos a tensão do diodo (quase um valor constante), dividida pela resistência de R _bias .

Para melhor corresponder às características das duas junções PN (a junção do diodo e a junção do emissor-base do transistor), um transistor pode ser usado no lugar de um diodo regular, como na Figura abaixo (a).



Circuitos de espelho atuais.

Como a temperatura é um fator na “equação do diodo” e queremos que as duas junções PN se comportem de forma idêntica em todas as condições de operação, devemos manter os dois transistores exatamente à mesma temperatura. Isso é feito facilmente usando componentes discretos colando as caixas de dois transistores costas com costas. Se os transistores forem fabricados juntos em um único chip de silício (como o chamado circuito integrado ou IC ), os projetistas devem colocar os dois transistores próximos um do outro para facilitar a transferência de calor entre eles.

O circuito do espelho de corrente mostrado com dois transistores NPN na figura acima (a) às vezes é chamado de afundamento de corrente tipo porque o transistor regulador puxa a corrente da carga para o terra (“afundando” corrente), ao invés de forçá-la a fluir do lado positivo da bateria para a carga (“fonte” de corrente). Se desejarmos ter uma carga aterrada e uma fonte de corrente circuito de espelho, podemos usar transistores PNP como a Figura acima (b).

Embora os resistores possam ser fabricados em CIs, é mais fácil fabricar transistores. Os projetistas de IC evitam alguns resistores substituindo os resistores de carga por fontes de corrente. Um circuito como um amplificador operacional construído a partir de componentes discretos terá alguns transistores e muitos resistores. Uma versão com circuito integrado terá muitos transistores e alguns resistores. Na Figura abaixo Uma referência de tensão, Q1 aciona várias fontes de corrente:Q2, Q3 e Q4. Se Q2 e Q3 forem transistores de área igual, as correntes de carga I _carregar será igual. Se precisarmos de um 2 · I _load , paralelo Q2 e Q3. Melhor ainda, fabrique um transistor, digamos Q3 com o dobro da área de Q2. O I3 atual será então duas vezes I2. Em outras palavras, carregue as escalas de corrente com a área do transistor.



Múltiplos espelhos de corrente podem ser escravos de uma única fonte de tensão (Q1 - Rbias).

Observe que é comum traçar a linha de tensão de base através dos símbolos do transistor para vários espelhos de corrente! Ou, no caso de Q4 na figura acima, duas fontes de corrente estão associadas a um único símbolo de transistor. Os resistores de carga são desenhados de forma quase invisível para enfatizar o fato de que eles não existem na maioria dos casos. A carga é frequentemente outro circuito de transistor (múltiplo), digamos um par de emissores de um amplificador diferencial, por exemplo, Q3 e Q4 em "Um amplificador operacional simples", Capítulo 8. Freqüentemente, a carga de coletor de um transistor não é um resistor mas um espelho atual. Por exemplo, a carga do coletor do coletor Q4, Ch 8 é um espelho atual (Q2).

Para um exemplo de espelho de corrente com coletor múltiplo, as saídas ver Q13 no modelo 741 op-amp, Ch 8. As saídas do espelho de corrente Q13 substituem resistores como cargas do coletor para Q15 e Q17. Vemos a partir desses exemplos que os espelhos de corrente são preferidos como cargas sobre os resistores em circuitos integrados.

REVER:

• Um espelho atual é um circuito de transistor que regula a corrente através de uma resistência de carga, o ponto de regulação é definido por um simples ajuste do resistor.
• Os transistores em um circuito de espelho de corrente devem ser mantidos na mesma temperatura para uma operação precisa. Ao usar transistores discretos, você pode colar seus invólucros para fazer isso.
• Os circuitos do espelho atual podem ser encontrados em duas variedades básicas:o atual afundando configuração, onde o transistor de regulação conecta a carga ao solo; e o atual sourcing configuração, onde o transistor regulador conecta a carga ao terminal positivo da fonte de alimentação DC.

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