3). Классическое токовое зеркало.

Работа токового зеркала формируется путем задания коллекторного тока транзистора Q₁ (рис. 5). Напряжение U_бэ для Q₁ устанавливается в соответствии с заданным током, температурой окружающей среды и типом транзистора. В результате оказывается заданным режим схемы, и транзистор Q₂, согласованный с транзистором Q₁ передает в нагрузку такой же ток, что задан для Q₁. Небольшими базовыми токами при этом можно пренебречь.

Рис. 5 – Классическое токовое зеркало, смоделированное в среде Micro-Cap 12.

Одно из достоинств описанной схемы состоит в том, что ее диапазон устойчивости по напряжению равен U_пит за вычетом нескольких десятых долей вольта, так как нет падения напряжения на эмиттерном резисторе. Кроме того, во многих случаях удобно задавать ток с помощью тока. Легче всего получить управляющий ток I_упр с помощью резистора. В связи с тем, что эмиттерные переходы транзисторов представляют собой диоды, падение напряжения на которых мало по сравнению с U_пит, резистор формирует управляющий, а, следовательно, и выходной ток с заданной величиной. Токовые зеркала можно использовать в тех случаях, когда в транзисторной схеме необходим источник тока. Их широко используют при проектировании интегральных схем, когда:

1. под рукой есть много согласованных транзисторов и

2. р азработчик хочет создать схему, которая бы работала в широком диапазоне питающих напряжений.

Рис. 6 - Простое токовое зеркало; анализ по постоянному току.

Анализ простого токового зеркала по постоянному току показан на рисунке 6, на котором представлена зависимость тока нагрузки от сопротивления нагрузки. Очевидно, что токовое зеркало является не очень хорошим источником тока, и работает в достаточно узком диапазоне изменения сопротивления нагрузки, но при этом может широко применяться в интегральных микросхемах, где нет недостатка в транзисторах, которые легко согласуются друг с другом.

4). Токовое зеркало Уилсона.

Когда недостаточно схемы простого токового зеркала, например, для работы со схемами, где необходимо обеспечивать высокую степень постоянства выходного тока, можно воспользоваться токовым зеркалом Уилсона.

Рис. 7 – Токовое зеркало Уилсона, смоделированное в среде MicroCap 12.

Транзисторы Q₁ и Q₂ включены как в обычном токовом зеркале. Благодаря транзистору Q₃ потенциал коллектора транзистора Q₁ фиксирован и на удвоенную величину падения напряжения на PN-переходе больше, чем напряжение земли. Такое включение позволяет подавить эффект Эрли в транзисторе Q₁, коллектор которого теперь служит для задания режима работы схемы; выходной ток определяется транзистором Q₃, который задаёт ток в нагрузку R2. Транзистор Q₃ не влияет на баланс токов, если его базовый ток пренебрежимо мал; его единственная функция состоит в том, чтобы зафиксировать потенциал коллектора Q₁. В результате в токозадающих транзисторах Q₁ и Q₂ падения напряжения на эмиттерных переходах фиксированы; транзистор Q₃ можно рассматривать как элемент, который просто передает выходной ток в нагрузку, напряжение на которой является переменным (аналогичный прием используют при каскодном включении). Транзистор Q₃ не обязательно согласовывать с транзисторами Q₁ и Q₂.

Рис. 8 - Токовое зеркало Уилсона; анализ по постоянному току.

Как видно из результатов анализа по постоянному току (рис. 8), токовое зеркало Уилсона показывает более стабильные результаты по сравнению со простым токовым зеркалом.