Espejo actual BJT

Transistor de unión bipolar o espejo de corriente BJT

Un circuito de uso frecuente que aplica el transistor de unión bipolar es el llamado espejo de corriente , que sirve como un regulador de corriente simple, suministrando corriente casi constante a una carga en una amplia gama de resistencias de carga.

Sabemos que en un transistor que opera en su modo activo, la corriente del colector es igual a la corriente base multiplicada por la relación β. También sabemos que la relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor se llama α. Debido a que la corriente del colector es igual a la corriente base multiplicada por β, y la corriente del emisor es la suma de las corrientes base y colector, α debería ser matemáticamente derivable de β. Si haces álgebra, encontrarás que α =β / (β + 1) para cualquier transistor.

Ya hemos visto cómo mantener una corriente base constante a través de un transistor activo da como resultado la regulación de la corriente del colector, de acuerdo con la relación β. Bueno, la relación α funciona de manera similar:si la corriente del emisor se mantiene constante, la corriente del colector permanecerá en un valor estable y regulado siempre que el transistor tenga suficiente caída de voltaje de colector a emisor para mantenerlo en su modo activo. Por lo tanto, si tenemos una manera de mantener constante la corriente de un emisor a través de un transistor, el transistor funcionará para regular la corriente del colector a un valor constante.

Recuerde que la unión base-emisor de un BJT no es más que una unión PN, como un diodo, y que la "ecuación del diodo" especifica cuánta corriente pasará por una unión PN dada la caída de tensión directa y la temperatura de la unión:

Fórmula de ecuación de diodo

Si tanto el voltaje de la unión como la temperatura se mantienen constantes, entonces la corriente de la unión PN será constante. Siguiendo este razonamiento, si tuviéramos que mantener constante el voltaje base-emisor de un transistor, entonces su corriente de emisor será constante, dada una temperatura constante. Considere la figura de ejemplo a continuación

VBE constante da IB constante, IE constante e IC constante.

Esta corriente de emisor constante, multiplicada por una relación α constante, da una corriente de colector constante a través de R _carga si hay suficiente voltaje de batería disponible para mantener el transistor en su modo activo para cualquier cambio en R _carga Resistencia.

Para mantener un voltaje constante en la unión base-emisor del transistor, use un diodo polarizado hacia adelante para establecer un voltaje constante de aproximadamente 0,7 voltios y conéctelo en paralelo con la unión base-emisor como se muestra en la Figura siguiente.

La unión de diodos de 0,7 V mantiene un voltaje base constante y una corriente base constante.

La caída de voltaje a través del diodo probablemente no será de 0,7 voltios exactamente. La cantidad exacta de voltaje directo que cae a través de él depende de la corriente a través del diodo y de la temperatura del diodo, todo de acuerdo con la ecuación del diodo. Si aumenta la corriente del diodo (digamos, reduciendo la resistencia de R _{polarización} ), su caída de voltaje aumentará levemente, aumentando la caída de voltaje a través de la unión base-emisor del transistor, lo que aumentará la corriente del emisor en la misma proporción, asumiendo que la unión PN del diodo y la unión base-emisor del transistor están bien adaptadas a cada una otro. En otras palabras, la corriente del emisor del transistor será casi igual a la corriente del diodo en un momento dado. Si cambia la corriente del diodo cambiando el valor de resistencia de R _{polarización} , entonces la corriente del emisor del transistor seguirá su ejemplo, porque la corriente del emisor se describe mediante la misma ecuación que la del diodo, y ambas uniones PN experimentan la misma caída de voltaje.

Recuerde, la corriente del colector del transistor es casi igual a la corriente del emisor, ya que la relación α de un transistor típico es casi la unidad (1). Si tenemos control sobre la corriente del emisor del transistor estableciendo la corriente del diodo con un simple ajuste de resistencia, entonces también tenemos control sobre la corriente del colector del transistor. En otras palabras, imitaciones de corriente de colector o espejos , corriente de diodo.

Corriente a través de la resistencia R _carga es, por tanto, una función de la corriente establecida por la resistencia de polarización, siendo las dos casi iguales . Esta es la función del circuito de espejo de corriente:regular la corriente a través de la resistencia de carga ajustando convenientemente el valor de R _sesgo . La corriente a través del diodo se describe mediante una ecuación simple:voltaje de la fuente de alimentación menos voltaje del diodo (casi un valor constante), dividido por la resistencia de R _{polarización} .

Para igualar mejor las características de las dos uniones PN (la unión del diodo y la unión del emisor-base del transistor), se puede usar un transistor en lugar de un diodo regular, como en la Figura siguiente (a).

Circuitos espejo actuales.

Debido a que la temperatura es un factor en la "ecuación del diodo" y queremos que las dos uniones PN se comporten de manera idéntica en todas las condiciones de funcionamiento, debemos mantener los dos transistores exactamente a la misma temperatura. Esto se hace fácilmente usando componentes discretos pegando las carcasas de dos transistores una tras otra. Si los transistores se fabrican juntos en un solo chip de silicio (como un llamado circuito integrado o IC ), los diseñadores deben ubicar los dos transistores uno cerca del otro para facilitar la transferencia de calor entre ellos.

El circuito de espejo actual que se muestra con dos transistores NPN en la figura anterior (a) a veces se denomina sumidero de corriente tipo porque el transistor regulador lleva la corriente de la carga a tierra (corriente de "hundimiento"), en lugar de forzarla a fluir desde el lado positivo de la batería a la carga (corriente de "fuente"). Si deseamos tener una carga conectada a tierra y un suministro de corriente circuito espejo, podemos usar transistores PNP como la Figura anterior (b).

Si bien las resistencias se pueden fabricar en circuitos integrados, es más fácil fabricar transistores. Los diseñadores de circuitos integrados evitan algunas resistencias reemplazando las resistencias de carga con fuentes de corriente. Un circuito como un amplificador operacional construido a partir de componentes discretos tendrá algunos transistores y muchas resistencias. Una versión de circuito integrado tendrá muchos transistores y algunas resistencias. En la Figura siguiente Una referencia de voltaje, Q1 impulsa múltiples fuentes de corriente:Q2, Q3 y Q4. Si Q2 y Q3 son transistores de áreas iguales, las corrientes de carga I _load será igual. Si necesitamos un 2 · I _cargar , paralelo Q2 y Q3. Mejor aún, fabrique un transistor, digamos Q3 con el doble de área de Q2. La corriente I3 será entonces el doble de I2. En otras palabras, cargue las escalas de corriente con el área del transistor.

Se pueden esclavizar múltiples espejos de corriente desde una sola fuente de voltaje (Q1 - Rbias).

Tenga en cuenta que es habitual dibujar la línea de voltaje base a través de los símbolos del transistor para múltiples espejos de corriente. O en el caso de Q4 en la figura anterior, dos fuentes de corriente están asociadas con un solo símbolo de transistor. Las resistencias de carga se dibujan casi invisibles para enfatizar el hecho de que no existen en la mayoría de los casos. La carga es a menudo otro circuito de transistor (múltiple), digamos un par de emisores de un amplificador diferencial, por ejemplo, Q3 y Q4 en "Un amplificador operacional simple", Ch 8. A menudo, la carga del colector de un transistor no es una resistencia sino un espejo actual. Por ejemplo, la carga del colector del colector Q4, Ch 8 es un espejo de corriente (Q2).

Para ver un ejemplo de un espejo de corriente con colector múltiple, las salidas ver Q13 en el amplificador operacional modelo 741, canal 8. Las salidas del espejo de corriente Q13 sustituyen a las resistencias como cargas de colector para Q15 y Q17. Vemos en estos ejemplos que los espejos de corriente se prefieren como cargas sobre las resistencias en los circuitos integrados.

REVISAR:

• Un espejo actual es un circuito de transistor que regula la corriente a través de una resistencia de carga, el punto de regulación se establece mediante un simple ajuste de la resistencia.
• Los transistores en un circuito de espejo de corriente deben mantenerse a la misma temperatura para un funcionamiento preciso. Cuando use transistores discretos, puede pegar sus carcasas juntas para hacer esto.
• Los circuitos espejo actuales se pueden encontrar en dos variedades básicas:el hundimiento actual configuración, donde el transistor regulador conecta la carga a tierra; y el abastecimiento actual configuración, donde el transistor regulador conecta la carga al terminal positivo de la fuente de alimentación de CC.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de cargas activas en circuitos de amplificador
• Hoja de trabajo de amplificadores de transistores diferenciales