Como criar uma fonte de corrente constante

Eu não entendo as fontes atuais! As baterias são fontes de tensão, mas como se implementa uma fonte de corrente? Eu estava olhando os espelhos atuais para ver como eles funcionam, e entendo a idéia de obter uma corrente quase idêntica produzida pela outra metade, mas nos diagramas de onde vem o atual I_ref? Isso é apenas uma fonte de tensão através de um resistor? Além disso, como eu poderia usar isso para direcionar uma carga anexada ao dreno do M2?

Agradeço qualquer explicação!

Em algum momento, se você quiser ter uma fonte de corrente fixa em uA, precisará de uma fonte de tensão ou corrente primária. O espelho (como o próprio nome indica) reflete apenas uma corrente conhecida (talvez mais alta ou mais baixa se você fizer um paralelo com os transistores (alterar a geometria do transistor) ou introduzir um ou mais resistores de emissor, mais como um espelho de ampliação).

Em um IC (e fora), você pode servir todos os tipos de fontes de corrente diferentes a partir de uma única corrente de referência usando espelhos ponderados e similares, mas você ainda precisa dessa corrente. Alguns ICs transferem esse nó para um pino, e você conecta um resistor ao Vcc ou qualquer outra forma, todos os espelhos de corrente no chip são dimensionados por essa corrente (que é mais ou menos estável se Vcc >> 0,6V).

Uma referência de tensão e um resistor são um tipo de corrente de referência (embora a tensão de uma entrada de espelho atual não seja zero e mude a cerca de -2mV / ° C, portanto, não será estável com as mudanças de temperatura, a menos que a referência de tensão você usa tem uma característica correspondente).

Uma maneira de obter uma referência de voltagem é fazer uma referência de gap, que é naturalmente de 1,25V, mas pode ser amplificada para a voltagem desejada.

Um IC que vale a pena estudar é o TI (nee Burr-Brown) REF200 , que possui um esquema representativo fornecido na folha de dados. Possui duas fontes de corrente de 100uA +/- 0,5% de corrente de dois terminais e um espelho de corrente de precisão (espelho de corrente Wilson completo com resistores de degeneração de emissor). Veja também o AB165 , que abrange uma ampla variedade de fontes atuais.

IMPLEMENTAÇÃO E APLICAÇÕES DE FONTES ATUAIS E RECEPTORES ATUAIS

Eu não entendo as fontes atuais! As baterias são fontes de tensão, mas como se implementa uma fonte de corrente?

Aqui está um circuito de fonte de corrente que usa um amplificador operacional: -

Esse tipo de fonte de corrente depende do Vset ser aplicado à entrada não inversora do amplificador operacional. Devido ao amplificador operacional ter um ganho massivo de malha aberta, pode-se pensar razoavelmente que a entrada inversora está na mesma voltagem que a entrada não inversora. O amplificador operacional consegue isso com feedback negativo - sua saída aciona um transistor até que a tensão no Rset seja igual a Vin. Portanto, a corrente fora do coletor é: -

I = $\dfrac{Vset}{Rset}$

Existem muitos outros tipos de fonte de corrente que produzem resultados semelhantes, mas a resistência da carga deve estar dentro de uma faixa limitada. Zero ohms é bom, mas tentar passar 1mA através de um resistor de 10k em uma fonte de 5V não funcionará.

Na sua imagem, o Iref pode vir de qualquer lugar - um sinal externo ou um resistor conectado a uma fonte de alimentação - a corrente I ref é facilmente calculada porque M1 age como uma baixa impedância com uma queda de voltagem - é melhor olhar para o equivalente Circuito BJT porque a queda de volt é claramente "0,7V" quando a base está ligada ao coletor.

A implementação desse espelho atual depende do fato de que V _DD é constante, o resistor tem um valor conhecido e V _GS terá um ponto de trabalho constante que você pode recuperar da folha de dados (ou por experimentação).

Sabendo que V _DD e V _GS são constantes, é possível calcular a corrente no ramo esquerdo com a lei de Ohm. Então, se os dois transistores estiverem próximos, as correntes nos dois ramos serão idênticas. Observe que o que você faz no ramo direito, não há como ele influenciar a corrente no ramo esquerdo.

O entendimento de soluções específicas de circuitos baseia-se na revelação das idéias básicas por trás delas. Então, vamos ver quais são essas idéias no caso ...

Para produzir corrente, de acordo com a lei de Ohm I = V / R, precisamos apenas de tensão e resistência. Portanto, se a carga fosse pura resistiva, precisaríamos apenas de uma fonte de tensão para produzir corrente. Alterando a tensão, podemos definir a magnitude da corrente desejada.

Mas se a carga se comportar como uma fonte de tensão (por exemplo, uma bateria recarregável, capacitor, diodo Zener, conexão curta, resistor negativo, etc.), precisamos de resistência adicional em série para definir (limitar) a corrente. Assim, no caso geral, a fonte de corrente é composta por dois elementos em série - uma fonte de tensão com tensão V e resistor com resistência Ri ... e está conectada a uma carga com tensão VL e resistência RL. Esses quatro elementos são conectados em círculo e cada um deles afeta a magnitude da corrente determinada pela razão da tensão total Vt e da resistência Rt; I = Vt / Rt = (V ± VL) / (Ri ± RL). Nesse arranjo, a fonte de tensão de entrada tenta ajustar a corrente por sua tensão V e resistência Ri enquanto a carga interfere com ela por sua tensão VL e resistência RL.

A maneira mais simples (típica para circuitos elétricos) é aumentar enormemente a tensão e a resistência da fonte de entrada (esta é a definição bem conhecida da fonte de corrente ideal dos livros didáticos de engenharia elétrica). Eles são altos, mas constantes (estáticos) ... e esse é o problema. Assim, a tensão e a resistência da carga tornam-se desprezíveis em comparação com as da fonte de entrada. É claro que criar uma boa fonte de corrente dessa maneira está associada a grandes perdas de potência na resistência.

A maneira mais inteligente (típica para circuitos eletrônicos) é fazer a tensão ou resistência da fonte variar. Eles são dinâmicos, mas baixos ... então as perdas de energia são baixas ... e esse é o lucro. Temos a ilusão de resistência extremamente alta (diferencial), mas a resistência real (estática) é baixa. Vamos ver como essa ideia é posta em prática ...

O truque é que, quando a carga aumenta / diminui sua tensão ou resistência, a fonte diminui / aumenta sua tensão ou resistência com o mesmo valor ; então a corrente não muda.

Essa compensação pode ser feita sem nenhum feedback negativo usando a seguinte fonte de tensão (o chamado "bootstrapping") ou um resistor estabilizador de corrente (implementado por um BJT ou FET com uma tensão de entrada constante).

Uma variação dessa técnica é, em vez de alterar a própria tensão da fonte, adicionar tensão adicional em série à tensão constante da fonte , compensando assim o impacto da carga. Essa idéia é realizada, por exemplo, na fonte de corrente inversora do amplificador operacional .

Outra idéia mais extravagante é injetar corrente adicional na carga, conectando uma fonte de corrente adicional em paralelo à fonte de entrada principal . É implementado na fonte atual de Howland .

Você pode ver mais sobre essas técnicas em minhas histórias de circuito sobre fontes de corrente constantes .

Como conclusão, o poder dessa abordagem é que, conhecendo idéias básicas, podemos explicar e realizar configurações concretas de circuitos do passado, presente e futuro (implementadas por tubos, BJT, FET, op-amp, etc.)