- تحسين دائرة المرآة الأساسية الحالية
- دائرة مرآة ويلسون الحالية
- مزايا وقيود تقنية مرآة ويلسون الحالية
- مثال عملي لدائرة مرآة ويلسون الحالية
- تقنية Widlar الحالية المرآة
- تحليل واشتقاق مقاومة الخرج لدائرة المرآة للتيار العريض
في المقالة السابقة ، ناقشنا حول دائرة المرآة الحالية وكيف يمكن بناؤها باستخدام الترانزستور و MOSFET. على الرغم من حقيقة أن دارة المرآة الأساسية الحالية يمكن بناؤها باستخدام مكونين نشطين بسيطين ، BJTs و MOSFETs أو باستخدام دائرة مكبر للصوت ، فإن الإخراج ليس مثاليًا ، كما أنه يحتوي على بعض القيود والاعتماد على الأشياء الخارجية. للحصول على ناتج ثابت ، يتم استخدام تقنيات إضافية في دوائر المرآة الحالية.
تحسين دائرة المرآة الأساسية الحالية
هناك عدة خيارات لتحسين إخراج Current Mirror Circuit. في أحد الحلول ، يتم إضافة ترانزستور واحد أو اثنين على التصميم التقليدي للترانزستورات. يستخدم بناء هذه الدوائر تكوين تابع الباعث للتغلب على عدم تطابق التيار الأساسي للترانزستورات. يمكن أن يحتوي التصميم على نوع مختلف من هيكل الدائرة لموازنة مقاومة الخرج.
هناك ثلاثة مقاييس أولية لتحليل أداء المرآة الحالي كجزء من دائرة كبيرة.
1. المقياس الأول هو مقدار الخطأ الثابت. إنه الفرق بين تيارات الإدخال والإخراج. إنها مهمة صعبة لتقليل الاختلاف حيث أن الاختلاف في تحويل الإخراج التفاضلي أحادي النهاية مع كسب مكبر الصوت التفاضلي مسؤول عن التحكم في نسبة الرفض للوضع المشترك ومصدر الطاقة.
2. و القادم متري الأكثر أهمية هو الراهنة مقاومة الناتج مصدر أو تصرف الانتاج. إنه أمر بالغ الأهمية لأنه يؤثر على المرحلة مرة أخرى أثناء عمل المصدر الحالي كحمل نشط. كما أنه يؤثر على كسب الوضع العام في المواقف المختلفة.
3. من أجل التشغيل المستقر لدوائر المرآة الحالية ، فإن المقياس المهم الأخير هو الحد الأدنى من الفولتية القادمة من وصلة سكة الطاقة الموجودة عبر طرفي الإدخال والإخراج.
لذلك لتحسين ناتج دائرة المرآة الأساسية الحالية ، مع الأخذ في الاعتبار جميع مقاييس الأداء المذكورة أعلاه ، سنناقش هنا تقنيات المرآة الحالية الشائعة - دائرة ويلسون الحالية ميرور ودائرة مصدر التيار Widlar
دائرة مرآة ويلسون الحالية
بدأ الأمر كله بتحدي بين مهندسين ، جورج آر ويلسون وباري جيلبرت ، لصنع دائرة مرآة حالية محسنة بين عشية وضحاها. وغني عن القول إن جورج ر. ويلسون ربح التحدي في عام 1967. ومن اسم جورج ر. ويلسون ، فإن دائرة المرآة الحالية المحسنة التي صممها هي دائرة ويلسون الحالية.
تستخدم دائرة مرآة ويلسون الحالية ثلاثة أجهزة نشطة تقبل التيار عبر مدخلاتها وتوفر النسخة الدقيقة أو نسخة معكوسة من التيار لمخرجاتها.
في دائرة مرآة ويلسون الحالية أعلاه ، هناك ثلاثة مكونات نشطة وهي BJTs ومقاوم واحد R1.
تم وضع افتراضين هنا - أحدهما أن جميع الترانزستورات لها نفس الكسب الحالي الذي هو والثاني هو أن تيارات المجمع من T1 و T2 متساوية ، حيث أن T1 و T2 متطابقتان ونفس الترانزستور. وبالتالي
أنا C1 = أنا C2 = أنا ج
وهذا ينطبق أيضًا على تيار القاعدة ،
أنا B1 = أنا B2 = أنا ب
يمكن بسهولة حساب التيار الأساسي للترانزستور T3 عن طريق الكسب الحالي ، وهو
I B3 = I C3 / β… (1)
وسيكون تيار باعث T3
I B3 = ((+ 1) / β) أنا C3… (2)
إذا نظرنا إلى المخطط أعلاه ، فإن التيار عبر باعث T3 هو مجموع تيار مجمع T2 وتيارات القاعدة في T1 و T2. وبالتالي،
I E3 = I C2 + I B1 + I B2
الآن ، كما تمت مناقشته أعلاه ، يمكن تقييم هذا بشكل أكبر كـ
I E3 = I C + I B + I B I E3 = I C + 2I B
بالتالي،
أنا E3 = (1+ (2 / β)) أنا ج
يمكن تغيير I E3 وفقًا لـ (2)
((β + 1) / β)) أنا C3 = (1+ (2 / β)) أنا ج
يمكن كتابة تيار المجمع كـ ،
أنا C = ((1+ β) / (+ 2)) أنا C3… (3)
مرة أخرى حسب التخطيطي من خلال التيار
يمكن أن ترسم المعادلة أعلاه علاقة بين تيار جامعي الترانزستور الثالث بمقاوم الإدخال. كيف؟ إذا كان 2 / (β (β + 2)) << 1 فإن I C3 ≈ I R1. يمكن أيضًا حساب تيار الخرج بسهولة إذا كان جهد الباعث الأساسي للترانزستورات أقل من 1 فولت.
I C3 ≈ I R1 = (V 1 - V BE2 - V BE3) / R 1
لذلك ، من أجل تيار الإخراج المناسب والمستقر ، يجب أن يكون R 1 و V 1 بقيم مناسبة. لجعل الدائرة تعمل كمصدر تيار ثابت ، يجب استبدال R1 بمصدر تيار ثابت.
تحسين دائرة مرآة ويلسون الحالية
يمكن تحسين دائرة مرآة ويلسون الحالية بشكل أكبر للحصول على دقة مثالية عن طريق إضافة ترانزستور آخر.
الدائرة المذكورة أعلاه هي النسخة المحسّنة من دائرة مرآة ويلسون الحالية. يضاف الترانزستور الرابع T4 في الدائرة. يوازن الترانزستور الإضافي T4 بين جهد المجمع T1 و T2. يتم تثبيت جهد المجمع لـ T1 بمقدار يساوي V BE4. هذه النتائج في النهاية
مزايا وقيود تقنية مرآة ويلسون الحالية
تتميز دائرة المرآة الحالية بالعديد من المزايا مقارنة بدائرة المرآة التقليدية الأساسية-
- في حالة دارة المرآة الأساسية الحالية ، فإن عدم تطابق تيار القاعدة مشكلة شائعة. ومع ذلك ، فإن دائرة مرآة ويلسون الحالية تقضي فعليًا على خطأ توازن التيار الأساسي. نتيجة لهذا ، فإن تيار الإخراج قريب من الدقة اعتبارًا من تيار الإدخال. ليس هذا فقط ، تستخدم الدائرة مقاومة خرج عالية جدًا بسبب ردود الفعل السلبية عبر T1 من قاعدة T3.
- دائرة مرآة ويلسون الحالية المحسنة مصنوعة باستخدام 4 إصدارات من الترانزستور ، لذا فهي مفيدة للتشغيل في التيارات العالية.
- توفر دائرة مرآة ويلسون الحالية مقاومة منخفضة عند الإدخال.
- لا يتطلب جهدًا إضافيًا للتحيز ويحتاج إلى الحد الأدنى من الموارد لإنشائه.
حدود مرآة ويلسون الحالية:
- عندما تكون دائرة المرآة الحالية لويلسون متحيزة بأقصى تردد عالٍ ، تتسبب حلقة التغذية الراجعة السلبية في عدم الاستقرار في استجابة التردد.
- لديها جهد امتثال أعلى مقارنة بدائرة المرآة الأساسية الحالية للترانزستور.
- تخلق دائرة مرآة ويلسون الحالية ضوضاء عبر الإخراج. ويرجع ذلك إلى ردود الفعل التي ترفع مقاومة الإخراج وتؤثر بشكل مباشر على تيار المجمع. يساهم التقلب الحالي للمجمع في حدوث ضوضاء عبر الإخراج.
مثال عملي لدائرة مرآة ويلسون الحالية
هنا يتم محاكاة مرآة ويلسون الحالية باستخدام Proteus.
يتم استخدام المكونات الثلاثة النشطة (BJT) لإنشاء الدوائر. جميع BJTs هي 2N2222 ، بنفس المواصفات. يتم اختيار الوعاء لتغيير التيار عبر جامع Q2 والذي سينعكس بشكل أكبر على جامع Q3 لحمل الإخراج ، يتم تحديد المقاوم 10 أوم.
ها هو فيديو محاكاة ويلسون Current Mirror Technique-
في الفيديو ، ينعكس الجهد المبرمج عبر مجمع Q2 عبر مجمع Q3.
تقنية Widlar الحالية المرآة
دائرة أخرى ممتازة للمرآة الحالية هي دائرة مصدر التيار Widlar ، التي اخترعها Bob Widlar.
الدائرة هي نفسها تمامًا دائرة المرآة الأساسية الحالية باستخدام ترانزستورين BJT. ولكن هناك تعديل في الترانزستور الناتج. يستخدم الترانزستور الناتج مقاومة تنكس باعث لتوفير تيارات منخفضة عبر المخرجات باستخدام قيم مقاومة معتدلة فقط.
أحد أمثلة التطبيقات الشائعة لمصدر تيار Widlar موجود في دائرة مضخم التشغيل uA741.
في الصورة أدناه ، يتم عرض دائرة مصدر تيار Widlar.
تتكون الدائرة من اثنين فقط من الترانزستورات T1 و T2 ومقاومين R1 و R2. الدائرة هي نفسها دائرة المرآة الحالية للترانزستورات بدون R2. يتم توصيل R2 في سلسلة مع باعث T2 والأرض. يقلل هذا الباعث من التيار بشكل فعال عبر T2 مقارنة مع T1. يتم ذلك عن طريق انخفاض الجهد عبر هذا المقاوم ، ويقلل هذا الانخفاض في الجهد من جهد باعث القاعدة للترانزستور الناتج مما يؤدي إلى تقليل تيار المجمع عبر T2.
تحليل واشتقاق مقاومة الخرج لدائرة المرآة للتيار العريض
كما ذكرنا سابقًا ، يتم تقليل التيار عبر T2 مقارنةً بتيار T1 ، والذي يمكن اختباره وتحليله بشكل أكبر باستخدام محاكاة Cadence Pspice. دعنا نرى بناء ومحاكاة دائرة Widlar في الصورة أدناه ،
تم إنشاء الدائرة في Cadence Pspice. يتم استخدام ترانزستورات بنفس المواصفات في الدائرة ، وهي 2N2222. تُظهر المجسات الحالية المؤامرة الحالية عبر جامع Q2 و Q1.
و يمكن أن ينظر إليه المحاكاة في الصورة أدناه.
في الشكل أعلاه ، الحبكة الحمراء ، وهي تيار المجمع لـ Q1 تتناقص بالمقارنة مع Q2.
تطبيق KVL (قانون الجهد في Kirchhoff) عبر مفترق باعث القاعدة في الدائرة ،
V BE1 = V BE2 + I E2 R 2 V BE1 = V BE2 + (β + 1) I B2 R 2
β 2 مخصص للترانزستور الناتج. إنه مختلف تمامًا عن ترانزستور الإدخال حيث أن الرسم الحالي على الرسم البياني للمحاكاة يوضح بوضوح أن التيار في اثنين من الترانزستورات مختلف.
يمكن استخلاص الصيغة النهائية من الصيغة أعلاه إذا تم إلغاء المنتهية β وإذا قمنا بتغيير I C1 كـ I IN و I C2 كـ I OUT. وبالتالي،
لقياس مقاومة الخرج لمصدر Widlar الحالي ، تعد دائرة الإشارة الصغيرة خيارًا مفيدًا. الصورة أدناه هي دائرة إشارة صغيرة مكافئة لمصدر Widlar الحالي.
يتم تطبيق التيار Ix عبر الدائرة لقياس مقاومة خرج الدائرة. لذلك ، وفقًا لقانون أوم ، مقاومة الخرج هي
Vx / Ix
و المقاومة الانتاج يمكن تحديدها من خلال تطبيق قانون كيرتشوف في جميع أنحاء الأرض اليسرى لR2، فإنه is-
مرة أخرى ، تطبيق قانون الجهد Kirchhoff عبر الأرض R2 على أرض تيار الإدخال ،
V X = I X (R 0 + R 2) + I b (R 2 - βR 0)
الآن ، تغيير القيمة ، المعادلة النهائية لاشتقاق مقاومة الإخراج لدائرة Widlar Current Mirror هي
هذه هي الطريقة التي يمكن بها استخدام تقنيات المرآة الحالية ويلسون و Widlar لتحسين تصميمات دائرة المرآة الأساسية الحالية.