Implementación de la fuente de corriente para un espejo de corriente

Question

Consideremos este sencillo ejemplo de fuente de corriente:

Es una fuente de corriente porque cada carga que le conecte, recibirá un valor de corriente igual a Vbias/R, que no depende del valor de la carga. Por lo tanto, es correcto representarlo como una fuente de corriente, como en el esquema de la derecha.

Consideremos ahora este ejemplo de espejo de corriente, cuyo objetivo es el de generar una corriente para el bloque llamado "circuito" igual a la proporcionada por la corriente de la fuente que hemos creado previamente:

En teoría, para realizar este último circuito, pondría la fuente de corriente inicial con op - amp dentro de este espejo de corriente. Pero me parece extraño: la retroalimentación del op amp resulta abierta, y la corriente que fluye en R no es más Vbias/R. ¿Dónde está mi error?

Answer 1

El primer circuito es realmente una fuente de corriente perfecta hecha por un op-amp. Su función es compensar la caída de tensión a través de la carga añadiendo la misma tensión en serie a la carga (en sentido figurado, la salida del op-amp actúa como una resistencia negativa con resistencia -RL que neutraliza la resistencia positiva RL). Como resultado, la fuente de corriente de entrada simple (compuesta por VBIAS y R) "ve" una resistencia y una tensión virtuales nulas (tierra virtual)... y su corriente I = VBIAS/R no depende de la carga.

El problema de este circuito es que la carga está "flotando" (no está conectada a tierra). Por lo tanto, si quieres pasar su corriente de salida a través de la parte de entrada del espejo de corriente (como has dibujado en la tercera imagen), sólo hay una manera: alimentar el circuito del op-amp (o el espejo de corriente) mediante una fuente de tensión flotante independiente.

Afortunadamente, no hay necesidad de hacer una conexión tan extraña ya que la parte de entrada del espejo de corriente se comporta como un "diodo" (también conocido como diodo activo ) con una tensión baja y relativamente constante a través de ella, es decir estabilizador de voltaje o una especie de terreno virtual . Este comportamiento se consigue conectando la puerta al drenaje (una retroalimentación negativa de tipo tensión). Así que esta "carga" no afectará a la corriente y se puede conducir directamente por la humilde fuente de corriente VBIAS+R.

Answer 2

Como se ha dicho en los comentarios, y tú mismo te has dado cuenta, el principal problema de tu circuito es que no hay retroalimentación por lo que el OPAMP entrará en saturación negativa en cuanto alimentes el circuito: esto significa que \$V_{GS}\approx 0\$ para ambos MOSFETs, por lo que no \$I_D\$ fluirá. Deberías cambiar el circuito para evitar tanto la ausencia de realimentación como el principal problema del amplificador inversor "generador de corriente" que es la necesidad de una carga flotante, tal y como apuntaba Circuit fantasist en su respuesta. Mi propuesta es la siguiente

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Descripción del circuito .

Mientras trata de mantener su nodo de entrada no inversor al mismo potencial de la entrada inversora (es decir, realizando la llamada "tierra virtual") el OPAMP fuerza la tensión de puerta de \$M_1\$ para que la corriente de drenaje sea igual a la corriente que fluye en el nodo, es decir $$ I_{D_{M_1}}\simeq \frac{V_{CC}}{R} $$ Y como \$V_{GS_{M_1}}=V_{GS_{M_2}}\$ si \$M_1\$ y \$M_2\$ tienen características muy similares, se obtiene \$I_{D_{M_1}}\simeq I_{D_{M_2}}\$ como quieras.

Edición: una nota sobre la polaridad del nodo de comparación . El nodo de comparación debe ser el no inversor, ya que la subida de \$V_+\$ debe implicar el aumento de \$V_{GS_{m_1}}\$ y a su vez el aumento de \$I_{D_{M_1}}\$ que provoca una disminución de la misma tensión: simplemente, la retroalimentación general tiene que ser negativa y esto implica también la necesidad de considerar la inversión de fase dada por el amplificador lineal de fuente común formado por el \$M_1\$ MOSFET.