Необходимость температурной компенсации токового зеркала

В настоящее время я изучаю текущие конфигурации зеркал. Я сделал два из них до сих пор. Они оба работали как хотелось, но при нагреве или охлаждении ток через правую сторону (сторону, откуда берется выход) уменьшался или значительно увеличивался при небольших перепадах температур.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

для обеих цепей была низкойили замкнута на + 10В. Обе цепи были настроены на отражение тока 500 мкА. Все транзисторы были подобраны вручную (они все очень близки друг к другу, что касается бета).$R_{load}$

Без эмиттера дегенерации оба контура были значительно зависит от температуры, особенно рис. А, где ток через изменен на 100 мкА или более (1 секунду нагрева) , как я прикоснулся к любой из Q1 или Q2 с кончиком пальца ; но , как транзисторы Q4 и Q5 были затронуты с кончиком пальца, ток через R л о в г 2 изменен на 50 мкА (1 секунда нагрева также), что меньше , чем в первом примере , но все еще слишком много.$R_{load1}$$R_{load2}$

С вырождением эмиттера обе цепи значительно улучшили свою температурную стабильность. Например (если добавлено 1 кОм), если я ссылаюсь на рис. B, ток через R l o a d 2 изменился только на 10 мкА (при нагреве примерно на 1 секунду), в то время как результат с рис. A было немного хуже.$R_e$$R_{load2}$

Обе схемы улучшаются по мере добавления вырождения эмиттера к Q1 / Q2 или Q3 / Q4. В обоих примерах ток через Q1 или Q3 всегда был приблизительно постоянным, но ток через Q2 или Q5 даже не был близок к этому.

• Есть ли способ компенсировать любую из показанных здесь цепей из-за разной температуры? Я думал, что Q5 исправит ошибку изменения температуры в токе, но, очевидно, не сделал.

Три основных шага

а) Используйте как можно больше вырождения эмиттера.
б) Согласуйте температуры Q1 и Q2.
в) Согласуйте рассеивание Q1 и Q2.

Для (b), по крайней мере, склейте Q1 и Q2 вместе. Намного лучше использовать массив монолитных транзисторов, такой как CA3046, который состоит из 5 транзисторов, выполненных на одной подложке. Для действительно жесткой пары с термическим соответствием пара LM394 «SuperMatch» использует тысячи транзисторных кристаллов, связанных как шахматная доска.

Q5 не только увеличивает выходное сопротивление, но также контролирует рассеивание в Q4. Поиграйте с выпадающими сериями на базе Q5 или эмиттере, чтобы выровнять матч рассеивания Q3 / 4.

Немного более сложное решение с меньшей пропускной способностью, но гораздо большей точностью - избавиться от Q1 и использовать операционный усилитель для управления Q2, чтобы выровнять падения напряжения на Re1 / 2. Замена Q2 полевым транзистором исключает любой вклад бета-вариации в точность вывода. Тогда вам нужно беспокоиться только о дрейфе усилителя Vos с температурой и резисторах tempco или Re1 / 2.

Если вы хотите, чтобы оба транзистора имели одинаковую температуру, они должны иметь одинаковое рассеивание (т. Е. Одинаковый ток и одинаковое напряжение). Это также сглаживает некоторые другие источники ошибок (например, Раннее напряжение). Ваша вторая схема точно не достигает этого, так как Vce одного транзистора выше, чем другого. Вот так:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Это полное зеркало Уилсона, и роль Q3 - сбросить один Vbe, чтобы сделать Vce Q1 / Q2 равным.

Дешевый источник двойных согласованных BJT - это DMMT3904 и другие двойные транзисторы. Они не монолитны, поэтому сопоставление и отслеживание температуры не так хороши, как навороченные, но они дешевы.

Однако если вы хотите максимальной точности, вам придется использовать операционный усилитель с низким смещением.

Для достижения согласованных источников тока используйте транзисторные матрицы, такие как (оригинальный) RCA CA3046. Сейчас его продают Харрис или Интерсиль. Соответствие составляет 5 милливольт, излучатель-база, что составляет около 10%. Более того, учитывая, что у вас нет возможности использовать несколько полос эмиттера и использовать их для оцифровки, вам понадобятся резисторы вырожденного эмиттера.