Notwendigkeit einer Temperaturkompensation des Stromspiegels

Ich lerne gerade über aktuelle Spiegelkonfigurationen. Ich habe bisher zwei davon gemacht. Beide arbeiteten wie gewünscht, aber beim Erhitzen oder Abkühlen nahm der Strom durch die rechte Seite (die Seite, von der der Ausgang stammt) mit kleinen Temperaturunterschieden signifikant ab oder zu.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

$R_{load}$ für beide Stromkreise war niedrig oder kurzgeschlossen auf +10 V. Beide Schaltkreise wurden so eingestellt, dass sie den Strom von 500 uA widerspiegeln. Alle Transistoren wurden von Hand angepasst (sie sind alle in Bezug auf Beta sehr nahe beieinander).

Ohne Emitterdegeneration wurden beide Schaltkreise signifikant von der Temperatur beeinflusst, insbesondere in Abb. A, wo sich der Strom durch um 100 uA oder mehr (1 Sekunde Erwärmung) änderte, als ich entweder Q1 oder Q2 mit einer Fingerspitze berührte; jedoch die Transistoren Q4 und Q5 mit einer Fingerspitze berührt wurden, änderte sich der Strom durch um 50 uA (auch 1 Sekunde Erwärmung), was weniger als im ersten Beispiel ist, aber immer noch zu viel. R l o a d $R_{load1}$$R_{load2}$

Mit der Emitterdegeneration verbesserten beide Schaltkreise ihre Temperaturstabilität erheblich. Zum Beispiel (die hinzugefügten waren 1 kOhm), wenn ich mich auf Fig. B änderte sich der Strom durch nur um 10 uA (bei Erwärmung um ca. 1 Sekunde), während das Ergebnis mit Fig. A etwas war schlechter.R l o a d $R_e$$R_{load2}$

Beide Schaltungen werden verbessert, wenn Emitterdegeneration zu Q1 / Q2 oder Q3 / Q4 hinzugefügt wird. In beiden Beispielen war der Strom durch Q1 oder Q3 zu allen Zeiten ungefähr konstant, aber der Strom durch Q2 oder Q5 war nicht einmal annähernd gleich.

• Gibt es eine Möglichkeit, einen der hier gezeigten Schaltkreise aufgrund unterschiedlicher Temperatur zu kompensieren? Ich dachte, dass Q5 den Temperaturänderungsfehler im Strom korrigieren würde, tat dies aber offensichtlich nicht.

Die drei Hauptschritte sind

a) Verwenden Sie so viel Emitterdegeneration wie möglich.
b) Passen Sie die Temperaturen von Q1 und Q2 an.
c) Passen Sie die Verlustleistung von Q1 und Q2 an

Kleben Sie für (b) mindestens Q1 und Q2 zusammen. Weitaus besser ist es, ein monolithisches Transistorarray wie das CA3046 zu verwenden, das 5 Transistoren enthält, die auf demselben Substrat hergestellt wurden. Für ein wirklich hardcore thermisch abgestimmtes Paar verwendet das LM394 'SuperMatch'-Paar Tausende von Transistor-Chips, die wie ein Schachbrett verbunden sind.

Q5 erhöht nicht nur die Ausgangsimpedanz, sondern steuert auch die Verlustleistung in Q4. Spielen Sie mit Serientropfen auf Q5-Basis oder Emitter, um die Q3 / 4-Verlustleistung auszugleichen.

Eine etwas kompliziertere Lösung mit weniger Bandbreite, aber viel mehr Präzision besteht darin, Q1 zu beseitigen und Q2 mit einem Operationsverstärker anzusteuern, um die Spannungsabfälle an Re1 / 2 auszugleichen. Durch das Ersetzen von Q2 durch einen FET wird jeglicher Beta-Variationsbeitrag zur Ausgangsgenauigkeit eliminiert. Dann müssen Sie sich nur noch um die Vos-Drift des Verstärkers mit der Temperatur und die Tempco- oder Re1 / 2-Widerstände kümmern.

Wenn Sie beide Transistoren auf der gleichen Temperatur halten möchten, sollten sie die gleiche Verlustleistung haben (dh den gleichen Strom und die gleiche Spannung). Dies glättet auch einige der anderen Fehlerquellen (wie die frühe Spannung). Ihr zweiter Schaltplan erreicht dies nicht genau, da der Vce eines Transistors höher ist als der des anderen. Auf geht's:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Dies ist ein vollständiger Wilson- Spiegel, und Q3 hat die Aufgabe, eine Vbe fallen zu lassen, um die Vce von Q1 / Q2 gleich zu machen.

Eine billige Quelle für doppelt angepasste BJTs ist DMMT3904 und andere duale Transistoren. Sie sind nicht monolithisch, daher ist die Anpassung und Temperaturerfassung nicht so gut wie die ausgefallenen, aber sie sind billig.

Wenn Sie jedoch ultimative Präzision wünschen, müssen Sie einen Opamp mit niedrigem Offset verwenden.

Verwenden Sie Transistor-Arrays wie den (Original-) Cinch CA3046, um angepasste Stromquellen zu erzielen. Es wird jetzt von Harris oder Intersil verkauft. Die Anpassung erfolgt an eine Emitterbasis von 5 Millivolt, was ungefähr 10% entspricht. Da Sie nicht die Möglichkeit haben, mehrere Emitterstreifen zu verwenden und diese zu interdigitalisieren, benötigen Sie Emitter-Degenerationswiderstände.