Necesidad de compensar la temperatura del espejo de corriente

Question

Actualmente estoy aprendiendo sobre las configuraciones actuales de los espejos. Hasta ahora he hecho dos. Ambas han funcionado como se deseaba pero, cuando se calentaba o enfriaba, la corriente a través del lado derecho (el lado de donde se toma la salida) disminuía o aumentaba significativamente con pequeñas diferencias de temperatura.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

\$R_{load}\$ para ambos circuitos era baja o estaba en cortocircuito a +10V. Ambos circuitos se ajustaron para reflejar la corriente de 500 uA. Todos los transistores se ajustaron a mano (todos son muy parecidos en cuanto a la beta).

Sin degeneración del emisor ambos circuitos se vieron significativamente afectados por la temperatura, especialmente la Fig. A, donde la corriente a través de \$R_{load1}\$ cambió en 100 uA o más (1 segundo de calentamiento) al tocar cualquiera de Q1 o Q2 con la punta del dedo; pero al tocar los transistores Q4 y Q5 con la punta del dedo, la corriente a través de \$R_{load2}\$ cambió en 50 uA (1 segundo de calentamiento también), que es menos que en el primer ejemplo, pero todavía demasiado.

Con la degeneración del emisor ambos circuitos mejoraron en gran medida su estabilidad de temperatura. Por ejemplo (el \$R_e\$ añadido era de 1 kOhm) si me remito a la Fig. B, la corriente a través de \$R_{load2}\$ cambió sólo en 10 uA (cuando se calienta durante aproximadamente 1 segundo), mientras que el resultado con la Fig. A fue un poco peor.

Ambos circuitos mejoran al añadir la degeneración del emisor a Q1/Q2 o Q3/Q4. En ambos ejemplos, la corriente a través de Q1 o Q3 era aproximadamente constante en todo momento, pero la corriente a través de Q2 o Q5 ni siquiera se acercaba.

• ¿Hay alguna manera de compensar cualquiera de los circuitos mostrados aquí, debido a la variación de la temperatura? Pensaba que Q5 iba a corregir el error de variación de temperatura en la corriente, pero evidentemente no fue así.

Answer 1

Los tres pasos principales son

a) Utiliza toda la degeneración de emisores que puedas
b) Haz coincidir las temperaturas de Q1 y Q2
c) Haz coincidir la disipación de Q1 y Q2

Para (b), como mínimo, pega Q1 y Q2. Mucho mejor es utilizar una matriz de transistores monolíticos como el CA3046, que consta de 5 transistores hechos en el mismo sustrato. Para un par térmico realmente duro, el par LM394 'SuperMatch' utiliza miles de troqueles de transistores conectados como un tablero de ajedrez.

Q5 no sólo aumenta la impedancia de salida, sino que también controla la disipación en Q4. Juega con caídas en serie en la base o el emisor de Q5 para igualar la disipación de Q3/4.

Una solución un poco más complicada, con menos ancho de banda pero con mucha más precisión, es prescindir de Q1 y utilizar un op-amp para accionar Q2 e igualar las caídas de tensión en Re1/2. La sustitución de Q2 por un FET elimina cualquier contribución de la variación beta a la precisión de la salida. Entonces sólo tienes que preocuparte por la deriva de Vos del amplificador con la temperatura, y las resistencias tempco o Re1/2.

Answer 2

Si quieres mantener ambos transistores a la misma temperatura, deben tener la misma disipación (es decir, la misma corriente y el mismo voltaje). Esto también suaviza algunas de las otras fuentes de error (como la tensión temprana). Tu segundo esquema no consigue exactamente esto, ya que la Vce de un transistor es mayor que la del otro. Aquí vamos:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Este es un Wilson completo espejo y el papel de Q3 es bajar un Vbe para igualar el Vce de Q1/Q2.

Una fuente barata de BJT dobles emparejados es el DMMT3904 y otros transistores dobles. No son monolíticos, por lo que la adaptación y el seguimiento de la temperatura no son tan buenos como los de lujo, pero son baratos.

Sin embargo, si quieres la máxima precisión, tendrías que usar un opamp de baja compensación.

Answer 3

Para conseguir fuentes de corriente emparejadas, utilice conjuntos de transistores como el (original) RCA CA3046. Ahora lo venden Harris o Intersil. La correspondencia es de 5milliVolts emisor-base, que es alrededor del 10%. Para algo mejor, dado que no tienes forma de usar múltiples bandas de emisores e interdigitarlas, necesitarás resistencias de degeneración de emisores.