BJT miroirs actuels

Transistor à jonction bipolaire ou miroir de courant BJT

Un circuit souvent utilisé appliquant le transistor à jonction bipolaire est le soi-disant miroir de courant , qui sert de simple régulateur de courant, fournissant un courant presque constant à une charge sur une large gamme de résistances de charge.

On sait que dans un transistor fonctionnant dans son mode actif, le courant de collecteur est égal au courant de base multiplié par le rapport β. On sait aussi que le rapport entre le courant de collecteur et le courant d'émetteur est appelé . Étant donné que le courant de collecteur est égal au courant de base multiplié par et que le courant d'émetteur est la somme des courants de base et de collecteur, α devrait être mathématiquement dérivé de β. Si vous faites l'algèbre, vous constaterez que α =β/(β+1) pour n'importe quel transistor.

Nous avons déjà vu comment le maintien d'un courant de base constant à travers un transistor actif entraîne la régulation du courant de collecteur, selon le rapport β. Eh bien, le rapport α fonctionne de la même manière :si le courant de l'émetteur est maintenu constant, le courant du collecteur restera à une valeur stable et régulée tant que le transistor a une chute de tension collecteur-émetteur suffisante pour le maintenir dans son mode actif. Par conséquent, si nous avons un moyen de maintenir un courant d'émetteur constant à travers un transistor, le transistor fonctionnera pour réguler le courant de collecteur à une valeur constante.

N'oubliez pas que la jonction base-émetteur d'un BJT n'est rien de plus qu'une jonction PN, tout comme une diode, et que « l'équation de la diode » spécifie la quantité de courant qui traversera une jonction PN en fonction de la chute de tension directe et de la température de jonction :

Formule d'équation de diode

Si la tension et la température de jonction sont maintenues constantes, le courant de jonction PN sera constant. Suivant cette logique, si nous devions maintenir la tension base-émetteur d'un transistor constante, alors son courant d'émetteur serait constant, étant donné une température constante. Considérez l'exemple de figure ci-dessous

Le VBE constant donne un IB constant, un IE constant et un IC constant.

Ce courant d'émetteur constant, multiplié par un rapport α constant, donne un courant de collecteur constant à travers R_load si une tension de batterie suffisante est disponible pour maintenir le transistor dans son mode actif pour tout changement de R_charge la résistance.

Pour maintenir une tension constante aux bornes de la jonction base-émetteur du transistor, utilisez une diode polarisée en direct pour établir une tension constante d'environ 0,7 volts et connectez-la en parallèle avec la jonction base-émetteur comme dans la figure ci-dessous.

La jonction de diode 0,7 V maintient une tension de base constante et un courant de base constant.

La chute de tension aux bornes de la diode ne sera probablement pas exactement de 0,7 volt. La quantité exacte de tension directe chute à travers elle dépend du courant traversant la diode et de la température de la diode, le tout conformément à l'équation de la diode. Si le courant de diode est augmenté (par exemple, en réduisant la résistance de R_bias ), sa chute de tension augmentera légèrement, augmentant la chute de tension à travers la jonction base-émetteur du transistor, ce qui augmentera le courant d'émetteur dans la même proportion, en supposant que la jonction PN de la diode et la jonction base-émetteur du transistor sont bien adaptées à chacun autre. En d'autres termes, le courant de l'émetteur du transistor sera étroitement égal au courant de la diode à un moment donné. Si vous modifiez le courant de diode en modifiant la valeur de résistance de R_bias , alors le courant d'émetteur du transistor suivra, car le courant d'émetteur est décrit par la même équation que celui de la diode, et les deux jonctions PN subissent la même chute de tension.

N'oubliez pas que le courant de collecteur du transistor est presque égal à son courant d'émetteur, car le rapport α d'un transistor typique est presque égal à l'unité (1). Si nous contrôlons le courant d'émetteur du transistor en réglant le courant de diode avec un simple réglage de résistance, nous contrôlons également le courant de collecteur du transistor. En d'autres termes, des mimes de courant de collecteur, ou des miroirs , courant de diode.

Courant à travers la résistance R_charge est donc fonction du courant défini par la résistance de polarisation, les deux étant presque égaux. C'est la fonction du circuit miroir de courant :pour réguler le courant à travers la résistance de charge en ajustant commodément la valeur de R _biais . Le courant traversant la diode est décrit par une équation simple :la tension d'alimentation moins la tension de la diode (presque une valeur constante), divisée par la résistance de R_bias .

Pour mieux faire correspondre les caractéristiques des deux jonctions PN (la jonction diode et la jonction base-émetteur du transistor), un transistor peut être utilisé à la place d'une diode ordinaire, comme dans la figure ci-dessous (a).

Circuits miroirs actuels.

Étant donné que la température est un facteur dans "l'équation de la diode" et que nous voulons que les deux jonctions PN se comportent de manière identique dans toutes les conditions de fonctionnement, nous devons maintenir les deux transistors exactement à la même température. Cela se fait facilement en utilisant des composants discrets en collant les boîtiers à deux transistors dos à dos. Si les transistors sont fabriqués ensemble sur une seule puce de silicium (comme un soi-disant circuit intégré , ou IC ), les concepteurs doivent placer les deux transistors à proximité l'un de l'autre pour faciliter le transfert de chaleur entre eux.

Le circuit miroir de courant illustré avec deux transistors NPN dans la figure ci-dessus (a) est parfois appelé un courant qui absorbe type parce que le transistor de régulation tire le courant de la charge vers la terre (courant « descendant »), plutôt que de le forcer à passer du côté positif de la batterie vers la charge (courant « source »). Si l'on souhaite avoir une charge mise à la terre, et un approvisionnement courant circuit miroir, nous pouvons utiliser des transistors PNP comme la figure ci-dessus (b).

Alors que les résistances peuvent être fabriquées dans des circuits intégrés, il est plus facile de fabriquer des transistors. Les concepteurs de circuits intégrés évitent certaines résistances en remplaçant les résistances de charge par des sources de courant. Un circuit comme un amplificateur opérationnel construit à partir de composants discrets aura quelques transistors et de nombreuses résistances. Une version à circuit intégré aura de nombreux transistors et quelques résistances. Dans la figure ci-dessous Une référence de tension, Q1 entraîne plusieurs sources de courant :Q2, Q3 et Q4. Si Q2 et Q3 sont des transistors à surface égale, les courants de charge I_load sera égal. Si nous avons besoin d'un 2·I_load , parallèles Q2 et Q3. Mieux encore, fabriquez un transistor, disons Q3 avec deux fois la surface de Q2. Le courant I3 sera alors le double de I2. En d'autres termes, chargez les échelles de courant avec la zone du transistor.

Plusieurs miroirs de courant peuvent être asservis à une seule source de tension (Q1 - Rbias).

Notez qu'il est d'usage de tracer la ligne de tension de base à travers les symboles de transistor pour plusieurs miroirs de courant ! Ou dans le cas de Q4 sur la figure ci-dessus, deux sources de courant sont associées à un seul symbole de transistor. Les résistances de charge sont dessinées presque invisibles pour souligner le fait qu'elles n'existent pas dans la plupart des cas. La charge est souvent un autre circuit à transistors (multiple), disons une paire d'émetteurs d'un amplificateur différentiel, par exemple, Q3 et Q4 dans "Un amplificateur opérationnel simple", Ch 8. Souvent, la charge de collecteur d'un transistor n'est pas une résistance mais un miroir actuel. Par exemple la charge de collecteur du collecteur Q4, Ch 8 est un miroir de courant (Q2).

Pour un exemple de miroir de courant avec collecteur multiple, les sorties voir Q13 dans l'ampli-op modèle 741, Ch 8. Les sorties du miroir de courant Q13 remplacent les résistances en tant que charges de collecteur pour Q15 et Q17. Nous voyons à partir de ces exemples que les miroirs de courant sont préférés comme charges par rapport aux résistances dans les circuits intégrés.

AVIS :

• Un miroir actuel est un circuit à transistor qui régule le courant à travers une résistance de charge, le point de régulation est défini par un simple réglage de la résistance.
• Les transistors d'un circuit miroir de courant doivent être maintenus à la même température pour un fonctionnement précis. Lorsque vous utilisez des transistors discrets, vous pouvez coller leurs boîtiers ensemble pour ce faire.
• Les circuits miroirs actuels peuvent être trouvés dans deux variétés de base :le coulant actuel configuration, où le transistor de régulation relie la charge à la terre ; et le sourcing actuel configuration, où le transistor de régulation connecte la charge à la borne positive de l'alimentation CC.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur les charges actives dans les circuits d'amplificateur
• Fiche de travail sur les amplificateurs à transistors différentiels