Proudové zrcadlo je jedním ze základních stavebních bloků operačních zesilovačů a integrovaných obvodů. Zrcadlí referenční proud (v našem případě i1) z jedné časti obvodu do druhé časti obvodu.Ideální proudové zrcadlo by mělo zrcadlit referenční proud přímo, zrcadlený proud( i2 ) by měl být nezávislý na zátěži ( R2 ) a na napájecím napětí ( U1 ). Celé proudové zrcadlo by mělo být teplotně nezávislé.

Schéma :

Zvolíme U1=15V

T1 a T2 - Q2N2222A,pro které je Ucet=0,6V

Vypočteme R1=(U1-Ucet1)/I1 po dosazení získáme R1=2,83kOhmu pro I1=5mA

R1=143kOhmu pro I1=0,1mA

Grafy z programu SPICE:

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) 20 stupňů Celsia

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) 100 stupňů Celsia

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) 200 stupňů Celsia

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222) v závislosti na vstupním napětí pro 20,100,200 stupňů Celsia

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro různé tranzistory(Q2N2222A a Q2N3904) 20 stupnů Celsia

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro různé tranzistory(Q2N2222A a Q2N3904) 100 stupnů Celsia

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro různé tranzistory(Q2N2222A a Q2N3904) 200 stupnů Celsia

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro různé tranzistory(Q2N2222A a Q2N3904) v závislosti na vstupním napětí pro 20,100,200 stupňů Celsia

Při zvyšování I1 se poměr proudů I2/I1 nepatrně zvyšuje.

Přibližná závislost I2 na I1 :

Se změnou teplotz se závislost I2/I1 na I1(U1) téměř nemění.

Pokud změníme jeden tranzistor tak se pouze změní poměr I2 a I1

Wilsnovo zapojení:

Jedním z vylepšujících zapojení je Wilsonovo zapojení, které mění výstupní odpor v závilosti na zesílení beta, a redukuje neshodu

mezi I1 a I2 závislou na betě.

Kontrola funkčnosti Wilsonova zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) 20 stupnů Celsia

Kontrola funkčnosti Wilsonova zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) 100 stupnů Celsia

Kontrola funkčnosti Wilsonova zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) 200 stupnů Celsia

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) v závislosti na vstupním napětí pro 20,100,200 stupňů Celsia

Kontrola funkčnosti zrcadla v rozsahu 0-5mA pro různé tranzistory(Q2N2222A a Q2N3904 a Q2N2222A) v závislosti na vstupním napětí pro 20,100,200 stupňů Celsia

Kontrola funkčnosti Wilsonova zrcadla v rozsahu 0-5mA pro různé tranzistory(Q2N2222A a Q2N3904 a Q2N3904) v závislosti na vstupním napětí pro 20,100,200 stupňů Celsia

Z grafů je vidět,že Wilsonovo zapojení odstraní zvýšení poměru I2/I1 v závislosti na vstupním proudu I1(vstuoním napětí U1)

Na průběh nemá teplota příliš velký vliv(pouze v oblati malých proudů) a ani změnou tranzistorů se průběh téměř nezmění.

Widlarovo zapojení:

Druhé z vylepšujících zapojení je Widalarovo zapojení, které umožňuje zrcadlení malých proudů. Toto zapojení mění poměr

zrcadlení referenčního proudu I1. Napříkla při termálním napětí Vt=26mV při 300K. Tak s relativně velkým I1 můžeme generovat relativně

malé I2 s vhodným odporem R.

Kontrola funkčnosti Widlarova zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) 20 stupnů Celsia

Kontrola funkčnosti Widlarova zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) 100 stupnů Celsia

Kontrola funkčnosti Widlarova zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) 200 stupnů Celsia

Kontrola funkčnosti Widlarova zrcadla v rozsahu 0-5mA pro různé tranzistory(Q2N2222A a Q2N3904) v závislosti na vstupním napětí pro 20,100,200 stupňů Celsia

Kontrola funkčnosti Wilsonova zrcadla v rozsahu 0-5mA pro stejné tranzistory(Q2N2222A) v závislosti na vstupním napětí pro 20,100,200 stupňů Celsia

U Widlarova zapojení se s rostoucí teplotou nepatrně zvyšuje poměr I2/I1.

© Karel Frýd , Zdeněk Bečvář 2002