电流镜温度补偿需求

电器工程 温度 恒流 赔偿
2022-01-10 21:50:52

我目前正在学习当前的镜像配置。到目前为止,我已经做了两个。它们都按预期工作,但是当加热或冷却时,通过右侧(输出输出的一侧)的电流会随着温差小而显着减少或增加。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

两个电路的 \$R_{load}\$ 均低或短路至 +10V。两个电路都设置为镜像 500 uA 的电流。所有晶体管都是手工匹配的(就 beta 而言,它们彼此非常接近)。

在没有发射极退化的情况下,两个电路都受到温度的显着影响,尤其是图 A,当我用 a指尖;但是当用指尖触摸晶体管 Q4 和 Q5 时,通过 \$R_{load2}\$ 的电流改变了 50 uA(加热时间也是 1 秒),这比第一个示例中的要少,但仍然太多。

通过发射极退化,两个电路都大大提高了它们的温度稳定性。例如(添加的 \$R_e\$ 为 1 kOhm)如果我参考图 B,通过 \$R_{load2}\$ 的电流仅变化 10 uA(加热约 1 秒时),而图A的结果有点糟糕。

随着发射极退化被添加到 Q1/Q2 或 Q3/Q4,这两个电路都得到了改进。在这两个示例中,通过 Q1 或 Q3 的电流始终大致恒定,但通过 Q2 或 Q5 的电流甚至不接近该值。

  • 由于温度变化,我有什么方法可以补偿此处显示的任一电路?我以为 Q5 会纠正电流中的温度变化误差,但显然没有。
3个回答

三个主要步骤是

a) 尽可能多地使用发射极退化
b) 匹配 Q1 和 Q2 的温度
c) 匹配 Q1 和 Q2 的耗散

对于 (b),至少将 Q1 和 Q2 粘合在一起。更好的是使用像 CA3046 这样的单片晶体管阵列,它包含在同一基板上制造的 5 个晶体管。对于真正的硬核热匹配对,LM394“SuperMatch”对使用了数千个晶体管芯片,它们像棋盘一样连接在一起。

Q5 不仅增加了输出阻抗,还控制了 Q4 的耗散。使用 Q5 基极或发射极上的串联下降来均衡 Q3/4 耗散匹配。

一个稍微复杂一点、带宽更小但精度更高的解决方案是取消 Q1,并使用运算放大器驱动 Q2 以均衡 Re1/2 上的电压降。用 FET 代替 Q2 可以很好地消除任何 beta 变化对输出精度的影响。那么您只需要关注放大器 Vos 随温度的漂移,以及 tempco 或 Re1/2 电阻。

如果您想让两个晶体管保持相同的温度,它们应该具有相同的耗散(即相同的电流和相同的电压)。这也消除了一些其他误差源(如早期电压)。您的第二个原理图并没有完全实现这一点,因为一个晶体管的 Vce 高于另一个。开始了:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

这是一个完整的 Wilson镜像,Q3 的作用是降低一个 Vbe 以使 Q1/Q2 的 Vce 相等。

双匹配 BJT 的廉价来源是 DMMT3904 和其他双晶体管。它们不是单片的,因此匹配和温度跟踪不如花哨的,但它们很便宜。

但是,如果您想要最终的精度,则必须使用低偏移运算放大器。

要获得匹配的电流源,请使用晶体管阵列,例如(原始)RCA CA3046。它现在由 Harris 或 Intersil 出售。匹配的是 5milliVolts 发射极-基极,约为 10%。更好的是,鉴于您无法使用多个发射极条纹并将它们相互交叉,您将需要发射极退化电阻器。