BJT Mirror Saat Ini

Transistor Sambungan Bipolar atau Cermin Arus BJT

Sirkuit yang sering digunakan yang menerapkan transistor sambungan bipolar adalah yang disebut cermin arus , yang berfungsi sebagai pengatur arus sederhana, memasok arus yang hampir konstan ke beban pada berbagai hambatan beban.

Kita tahu bahwa dalam transistor yang beroperasi dalam mode aktifnya, arus kolektor sama dengan arus basis dikalikan dengan rasio . Kita juga tahu bahwa rasio antara arus kolektor dan arus emitor disebut . Karena arus kolektor sama dengan arus basis dikalikan dengan , dan arus emitor adalah jumlah dari arus basis dan kolektor, harus diturunkan secara matematis dari . Jika Anda mengerjakan aljabar, Anda akan menemukan bahwa =/(+1) untuk setiap transistor.

Kita telah melihat bagaimana mempertahankan arus basis yang konstan melalui transistor aktif menghasilkan pengaturan arus kolektor, menurut rasio . Nah, rasio bekerja dengan cara yang sama:jika arus emitor dipertahankan konstan, arus kolektor akan tetap stabil, nilai yang diatur selama transistor memiliki penurunan tegangan kolektor-ke-emitor yang cukup untuk mempertahankannya dalam mode aktifnya. Oleh karena itu, jika kita memiliki cara untuk menahan arus emitor yang konstan melalui transistor, transistor akan bekerja untuk mengatur arus kolektor pada nilai yang konstan.

Ingatlah bahwa sambungan basis-emitor BJT tidak lebih dari sambungan PN, seperti dioda, dan bahwa "persamaan dioda" menentukan berapa banyak arus yang akan melalui sambungan PN dengan penurunan tegangan maju dan suhu sambungan:

Rumus Persamaan Dioda

Jika tegangan dan suhu sambungan dijaga konstan, maka arus sambungan PN akan konstan. Mengikuti alasan ini, jika kita mempertahankan tegangan basis-emitor dari transistor konstan, maka arus emitornya akan konstan, dengan suhu yang konstan. Perhatikan contoh gambar di bawah

VBE konstan memberikan IB konstan, IE konstan, dan IC konstan.

Arus emitor konstan ini, dikalikan dengan rasio konstan, memberikan arus kolektor konstan melalui R_beban jika tegangan baterai yang cukup tersedia untuk menjaga transistor dalam mode aktif untuk setiap perubahan R_beban perlawanan.

Untuk mempertahankan tegangan konstan di persimpangan basis-emitor transistor, gunakan dioda bias maju untuk menetapkan tegangan konstan sekitar 0,7 volt, dan hubungkan secara paralel dengan persimpangan basis-emitor seperti pada Gambar di bawah.

Sambungan dioda 0,7 V mempertahankan tegangan basis konstan, dan arus basis konstan.

Penurunan tegangan melintasi dioda mungkin tidak akan tepat 0,7 volt. Jumlah pasti tegangan maju yang dijatuhkan di atasnya tergantung pada arus yang melalui dioda, dan suhu dioda, semuanya sesuai dengan persamaan dioda. Jika arus dioda dinaikkan (misalnya, dengan mengurangi resistansi R_bias ), penurunan tegangannya akan sedikit meningkat, meningkatkan penurunan tegangan pada sambungan basis-emitor transistor, yang akan meningkatkan arus emitor dengan proporsi yang sama, dengan asumsi sambungan PN dioda dan sambungan basis-emitor transistor cocok untuk masing-masing lainnya. Dengan kata lain, arus emitor transistor akan sama dengan arus dioda pada waktu tertentu. Jika Anda mengubah arus dioda dengan mengubah nilai resistansi R_bias , maka arus emitor transistor akan mengikuti, karena arus emitor digambarkan dengan persamaan yang sama dengan dioda, dan kedua PN junction mengalami penurunan tegangan yang sama.

Ingat, arus kolektor transistor hampir sama dengan arus emitornya, karena rasio dari transistor tipikal hampir satu (1). Jika kita memiliki kendali atas arus emitor transistor dengan mengatur arus dioda dengan penyesuaian resistor sederhana, maka kita juga memiliki kendali atas arus kolektor transistor. Dengan kata lain, kolektor saat ini meniru, atau cermin , arus dioda.

Arus melalui resistor R_beban Oleh karena itu, merupakan fungsi dari arus yang disetel oleh resistor bias, keduanya hampir sama. Ini adalah fungsi dari rangkaian cermin arus:untuk mengatur arus melalui resistor beban dengan menyesuaikan nilai R _bias . Arus melalui dioda dijelaskan dengan persamaan sederhana:tegangan catu daya dikurangi tegangan dioda (hampir nilai konstan), dibagi dengan resistansi R_bias .

Agar lebih cocok dengan karakteristik dua sambungan PN (persimpangan dioda dan sambungan basis-emitor transistor), transistor dapat digunakan sebagai pengganti dioda biasa, seperti pada Gambar di bawah (a).

Sirkuit cermin saat ini.

Karena suhu merupakan faktor dalam "persamaan dioda", dan kami ingin kedua sambungan PN berperilaku identik dalam semua kondisi operasi, kami harus mempertahankan kedua transistor pada suhu yang persis sama. Ini mudah dilakukan dengan menggunakan komponen diskrit dengan menempelkan casing dua transistor secara berurutan. Jika transistor dibuat bersama pada satu chip silikon (sebagai apa yang disebut sirkuit terpadu , atau IC ), perancang harus menempatkan dua transistor berdekatan satu sama lain untuk memfasilitasi perpindahan panas di antara mereka.

Rangkaian cermin arus yang ditunjukkan dengan dua transistor NPN pada gambar di atas (a) kadang-kadang disebut penyerap arus jenis karena transistor pengatur menarik arus dari beban ke ground (arus "tenggelam"), daripada memaksanya mengalir dari sisi positif baterai ke beban (arus "sumber"). Jika kita ingin memiliki beban yang diarde, dan sumber saat ini rangkaian cermin, kita dapat menggunakan transistor PNP seperti Gambar di atas (b).

Sementara resistor dapat diproduksi di IC, lebih mudah untuk membuat transistor. Perancang IC menghindari beberapa resistor dengan mengganti resistor beban dengan sumber arus. Rangkaian seperti penguat operasional yang dibangun dari komponen diskrit akan memiliki beberapa transistor dan banyak resistor. Versi sirkuit terpadu akan memiliki banyak transistor dan beberapa resistor. Pada Gambar di bawah Satu referensi tegangan, Q1 menggerakkan banyak sumber arus:Q2, Q3, dan Q4. Jika Q2 dan Q3 adalah transistor dengan luas yang sama, arus beban I_beban akan sama. Jika kami membutuhkan 2·Saya_memuat , paralel Q2 dan Q3. Lebih baik lagi membuat satu transistor, katakanlah Q3 dengan dua kali luas Q2. I3 saat ini akan menjadi dua kali I2. Dengan kata lain, bebankan skala arus dengan area transistor.

Beberapa cermin arus dapat diambil dari satu sumber tegangan (Q1 - Rbias).

Perhatikan bahwa merupakan kebiasaan untuk menggambar garis tegangan dasar melalui simbol transistor untuk beberapa cermin arus! Atau dalam kasus Q4 pada gambar di atas, dua sumber arus dikaitkan dengan simbol transistor tunggal. Resistor beban digambar hampir tidak terlihat untuk menekankan fakta bahwa ini tidak ada dalam banyak kasus. Beban seringkali merupakan rangkaian transistor (multiple), katakanlah sepasang emitor dari penguat diferensial, misalnya, Q3 dan Q4 dalam "Penguat operasional sederhana",Ch 8. Seringkali, beban kolektor transistor bukan resistor tapi cermin saat ini. Misalnya beban kolektor dari kolektor Q4, Ch 8 adalah cermin arus (Q2).

Untuk contoh cermin arus dengan beberapa kolektor, keluaran lihat Q13 pada op-amp model 741, Ch 8. Keluaran cermin arus Q13 menggantikan resistor sebagai beban kolektor untuk Q15 dan Q17. Kita melihat dari contoh-contoh ini bahwa cermin arus lebih disukai sebagai beban daripada resistor dalam sirkuit terpadu.

TINJAUAN:

• Sebuah cermin saat ini adalah rangkaian transistor yang mengatur arus melalui hambatan beban, titik pengaturan diatur dengan penyetelan resistor sederhana.
• Transistor dalam rangkaian cermin arus harus dijaga pada suhu yang sama untuk pengoperasian yang presisi. Saat menggunakan transistor diskrit, Anda dapat merekatkan casingnya untuk melakukan ini.
• Sirkuit cermin arus dapat ditemukan dalam dua jenis dasar:arus tenggelam konfigurasi, di mana transistor pengatur menghubungkan beban ke tanah; dan sumber current saat ini konfigurasi, di mana transistor pengatur menghubungkan beban ke terminal positif catu daya DC.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Beban Aktif di Rangkaian Amplifier
• Lembar Kerja Penguat Transistor Diferensial