Specchio di corrente

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Uno specchio di corrente (in inglese current mirror) è una particolare configurazione di dispositivi elettronici realizzata per riprodurre fedelmente in un ramo di un circuito elettronico la corrente circolante in un altro ramo dello stesso circuito. La corrente da riprodurre può essere costante o variabile a seconda dell'utilizzo. Teoricamente uno specchio di corrente non è altro che un amplificatore di corrente a guadagno unitario. In pratica diversi fattori impediscono di ottenere nei due rami del circuito correnti perfettamente identiche.

Indice 1 Specchio di corrente a transistor bipolare 1.1 Funzionamento 1.2 Analisi del circuito 2 Specchio di corrente a MOSFET 2.1 Funzionamento 3 Voci correlate 4 Bibliografia

[modifica] Specchio di corrente a transistor bipolare

[modifica] Funzionamento

Il transistor Q₁ è collegato in modo da funzionare come un diodo polarizzato direttamente. La corrente attraverso di esso (dipendente da R1 e Vs) è determinata essenzialmente dal valore di R1 finché Vs è sufficientemente maggiore di 0.7V, la tipica tensione V_BE di conduzione per un transistor bipolare al silicio. È importante che Q₁ sia un transistor e non un diodo, perché, se i dispositivi sono pressoché identici, la corrente di base dei due transistor sarà uguale, dato che la tensione V_BE è la stessa. Con uguale corrente di base, la coppia di transistori identici avrà anche corrente di collettore uguale finché sarà V_CE2 non troppo maggiore di V_BE. Se V_CE2 è molto maggiore di V_BE, la corrente di collettore in Q₂ sarà in qualche modo maggiore di quella in Q₁ a causa dell'effetto Early; inoltre, la temperatura di Q₂ può essere sostanzialmente diversa rispetto a quella di Q₁ per via della differente potenza dissipata. Per questo i due transistori non si potranno più considerare identici. Nei circuiti integrati l'uguaglianza della temperatura dei due transistor è abbastanza facile da ottenere, mentre in un circuito con componenti discreti bisognerà avere cura di mantenere i due transistor alla stessa temperatura per un funzionamento ottimale.

È possibile collegare altri transistor uguali allo stesso modo di Q2 per riprodurre la stessa corrente in altri lati del circuito, anche con diversi valori della resistenza R2. Va notato però che ogni transistor supplementare aggiungerà la sua corrente di base a quella di R1, sottraendola alla corrente di collettore di Q1.

[modifica] Analisi del circuito

La corrente circolante in R1 è data da:

I_R1 = I_C1 + I_B1 + I_B2

Dove I_C1 è la corrente di collettore di Q1, I_B1 è la corrente di base di Q1, I_B2 è la corrente di base di Q2.

La corrente di collettore di Q1 è data anche dall'equazione:

I_C1 = β₀I_B1

Dove β₀ è il guadagno di corrente di Q1. Se Q1 e Q2 sono perfettamente identici, β di Q2 sarà:

dove V_A è dovuta all'effetto Early.

Dato che V_BE1 = V_BE2 e Q1 e Q2 sono identici, I_B1 = I_B2.

La corrente di collettore di Q2 sarà dunque data da:

Se β₀ > > 1, si ha:

Valori tipici di β permetteranno di ottenere uno scarto tra le due correnti migliore dell'1%. Una precisione superiore è ottenibile con circuiti più complessi, come quelli di Widlar, di Wilson o con configurazione Cascode.

[modifica] Specchio di corrente a MOSFET

[modifica] Funzionamento

I transistor T₁ e T₂ operano in regione di saturazione. In queste condizioni la corrente di uscita I_out sarà dipendente direttamente da I_ref. I_d è funzione della tensione di gate del transistor secondo la relazione I_d = f(V_gs). Questa funzione dipende dalla tecnologia del MOSFET. Nel caso dello specchio di corrente, desideriamo ottenere I_d = I_ref. I_ref è nota ed è la corrente di riferimento. Dalla stessa relazione otteniamo I_out. I_out = I_d è anche una funzione di V_gs. I terminali source e gate dei due transistor sono in comune, per cui i due transistor hanno la stessa V_gs. Poiché possiamo derivare V_gs da I_ref in base alle proprietà del transistor, la relazione f(V_gs) = I_out può essere applicata per determinare I_out = I_ref.

Questo principio regge se T₁ e T₂ sono pressoché identici, soprattutto in proprietà come lunghezza del canale e concentrazione dei dopanti.

L'equazione di I_d che descrive questo principio è –

dove,

K_p = μC

µ e C sono costanti dipendenti dal transistor, W/L è il rapporto ampiezza lunghezza del canale, V_gs è la tensione gate-source, V_t è la tensione di soglia, λ è la costante di modulazione di canale, e V_ds è la tensione tra drain e source.

[modifica] Voci correlate

• Generatore di corrente

[modifica] Bibliografia

• (EN) Paul Gray; Meyer, Hurst, Lewis. Analysis and Design of Analog Integrated Circuits. Wiley, 2001. ISBN 0-471-32168-0