Memahami Mirror Arus dalam Sirkuit Transistor Sambungan Bipolar

Mirror Arus Transistor Sambungan Bipolar atau BJT

Mirror arus adalah salah satu sirkuit BJT yang paling banyak digunakan. Ia bertindak sebagai pengatur arus sederhana dan terpercaya, mempertahankan arus yang hampir konstan melalui beban dalam rentang resistansi beban yang luas.

Dalam mode aktif, arus kolektor (I_C) sama dengan arus basis (I_B) dikalikan dengan gain arus transistor, \beta. Rasio arus kolektor terhadap arus emitter adalah \alpha, yang dapat diturunkan dari \beta sebagai \alpha = \beta/(\beta+1). Hubungan ini menunjukkan bahwa, sama seperti arus basis yang tetap menetapkan I_C, arus emitter yang tetap akan menetapkan I_C selama transistor tetap berada dalam wilayah aktifnya.

Simpang basis-emitter dari BJT berperilaku seperti dioda PN. Persamaan dioda yang terkenal memprediksi arus simpang untuk tegangan maju dan suhu tertentu:

Rumus Persamaan Dioda

Jika tegangan maju dan suhu dipertahankan konstan, arus simpang PN konstan. Akibatnya, mempertahankan tegangan basis-emitter (V_BE) yang konstan memaksa arus emitter (I_E) dan oleh karena itu arus kolektor (I_C) untuk tetap konstan, asalkan transistor memiliki V_CE yang cukup untuk tetap dalam mode aktif.

Untuk menjaga V_BE tetap stabil, sebuah dioda bias maju ditempatkan secara paralel dengan simpang basis-emitter, seperti yang ditunjukkan:

Dioda menetapkan penurunan sekitar 0,7 V, menjaga tegangan basis—dan oleh karena itu arus basis, emitter, dan kolektor—tetap stabil. Tegangan sebenarnya akan bervariasi sedikit dengan arus dan suhu, tetapi baik dioda maupun simpang basis-emitter transistor berbagi fisika simpang PN yang sama, sehingga arus emitter melacak arus dioda dengan dekat. Menyesuaikan resistor bias (R_bias) mengubah arus dioda, yang secara langsung menetapkan arus emitter dan kolektor.

Karena \alpha untuk BJT typikal mendekati satu, arus kolektor pada dasarnya mencerminkan arus dioda. Arus beban melalui R_load oleh karena itu ditetapkan oleh resistor bias, menjadikan mirror arus cara yang nyaman untuk mengatur arus beban dengan satu resistor.

Untuk pencocokan yang lebih erat dari dua simpang PN, sebuah transistor kedua dapat menggantikan dioda, menghasilkan pasangan transistor yang dicocokkan dalam konfigurasi mirror arus:

Pencocokan suhu krusial karena persamaan dioda bergantung pada suhu. Komponen diskrit dapat dilekatkan back-to-back, sedangkan sirpadu terintegrasi biasanya menempatkan transistor yang dicocokkan berdekatan untuk memastikan pemanasan yang sama.

Topologi yang ditunjukkan dengan dua transistor NPN (Fig. a) adalah mirror arus-tengam: transistor pengatur menarik arus dari beban ke ground. Jika beban yang dihubungkan ke ground diperlukan, mirror arus-sumber menggunakan transistor PNP (Fig. b) dapat digunakan.

Dalam desain sirpadu, resistor sering digantikan dengan sumber arus berbasis transistor. Suatu referensi tegangan tunggal dapat mengemudi beberapa mirror arus: Q2, Q3, dan Q4 berbagi arus referensi yang sama, dan arus beban mereka berskala dengan luas transistor. Misalnya, transistor dengan luas dua kali akan menyediakan dua kali arus, menghilangkan kebutuhan untuk resistor paralel.

Mirror arus sering digunakan sebagai perangkat beban dalam penguat terintegrasi. Dalam op-amp 741, misalnya, mirror Q13 menggantikan beban resistif dari Q15 dan Q17, mendemonstrasikan bagaimana mirror menggantikan resistor dalam sirpadu padat tinggi.

UJIAN:

• Sebuah mirror arus adalah sirkuit transistor yang menetapkan arus beban melalui resistor bias sederhana.
• Operasi yang presisi memerlukan transistor untuk berbagi suhu yang sama; komponen diskrit dapat dilekatkan bersama, sedangkan sirpadu menempatkan mereka dalam jarak dekat.
• Mirror arus datang dalam dua konfigurasi dasar: arus-tengam (NPN) dan arus-sumber (PNP).

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Beban Aktif dalam Lembar Kerja Sirkuit Penguat
• Lembar Kerja Penguat Transistor Diferensial