6.5. Токовые зеркала

6.5.1. Простое токовое зеркало

Токовое зеркало является источником тока, поддерживающим постоянный ток в нагрузке независимо от изменения ее параметров.

Работа простого токового зеркала (рис. 6.7) определяется коллекторным током транзистора . Напряжение для устанавливается в соответствии с заданным током, температурой окружающей среды и типом транзистора. В результате оказывается заданным такое же напряжение для транзистора , согласованного с . Таким образом, передает в нагрузку такой же ток, что задан для потенциометром .

Рис. 6.7. Варианты схемы простого токового зеркала

Одним из достоинств токового зеркала как источника тока является более широкий рабочий диапазон, практически близкий к напряжению питания, так как нет падения напряжения на эмиттерном резисторе. Недостаток простого токового зеркала заключается в том, что выходной ток несколько изменяется при изменении нагрузки из-за проявления эффекта Эрли, поскольку .

Уменьшение влияния эффекта Эрли в простом токовом зеркале достигается введением резисторов , что повышает и делает относительно него изменение , а значит и изменение , несущественным. Однако это уменьшает рабочий диапазон токового зеркала как источника тока.

6.5.2. Токовое зеркало Уилсона

Токовое зеркало Уилсона обеспечивает более высокую степень постоянства выходного тока по сравнению с простым токовым зеркалом. В схеме уменьшено влияние эффекта Эрли. Транзисторы и включены как в обычном токовом зеркале. Однако, с одной стороны, транзистор в два раза уменьшает потенциал коллектора транзистора по сравнению с простым токовым зеркалом, поэтому относительные изменения в данной схеме меньше. С другой стороны, транзисторы и можно рассматривать включенными каскодно.

Такое включение компенсирует изменение тока в нагрузке, в том числе вызванное эффектом Эрли. При этом напряжение на коллекторе и, стало быть, на базах и фиксируется током эмиттера . Фактически используется свойство эмиттерного повторителя отдавать ток в нагрузку, поскольку нагрузкой эмиттерной цепи является транзистор .

Действительно, при ↑I→↑I_Э3→↑U_Э3→↑U_Б2→↓U_БЭ2→↓I_К2→↓I_Э3→↓I и, наоборот, ↓I→↓I_Э3→↓U_Э3→↓U_Б2→↑U_БЭ2→↑I_К2→↑I_Э3→↑I.

Рис. 6.8. Токовое зеркало Уилсона

6.6. Составные транзисторы

Различают два варианта составных транзисторов: по схеме Дарлингтона и по схеме Шиклаи.

Составной транзистор работает как один транзистор с коэффициентом усиления по току , равным произведению коэффициентов составляющих транзисторов: . Составные транзисторы позволяют повысить входное сопротивление схем ЭП и усилителей с ОЭ, так как . В транзисторе Дарлингтона падение напряжения между базой и эмиттером в два раза больше обычного.

Составные транзисторы имеют пониженное быстродействие, так как транзисторы и срабатывают последовательно. В схеме Дарлингтона используются транзисторы одинаковой полярности, в схеме Шиклаи – транзисторы разной полярности.

а б в г

Рис. 6.9. Варианты составных транзисторов:

а – n-p-n-транзистор Дарлингтона; б – p-n-p-транзистор Дарлингтона; в – n-p-n-транзистор Шиклаи; г – p-n-p-транзистор Шиклаи