需要电流镜的温度补偿


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我目前正在了解当前的镜像配置。到目前为止,我已经做了两个。两者均按要求工作,但在加热或冷却时,通过右侧(从中获取输出的一侧)的电流在温差较小的情况下显着降低或增加。

原理图

模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图

两个电路的 R l a a d低或短路至+ 10V。两个电路均设置为镜像500 uA的电流。所有晶体管都是手工匹配的(就β而言,它们彼此非常接近)。[RØ一种d

[RØ一种d1个[RØ一种d2

[RË[RØ一种d2

当将发射极退化添加到Q1 / Q2或Q3 / Q4时,两个电路均得到改善。在这两个示例中,流经Q1或Q3的电流始终保持恒定,但流经Q2或Q5的电流甚至都没有接近。

  • 由于温度变化,我是否有办法补偿此处所示的任何一个电路?我以为Q5可以纠正电流中的温度变化误差,但显然没有。

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Vbe与T的匹配不仅对beta而言也很重要,这对于IC带隙Vref而言是一个优势。您可以使它们热耦合但与环境隔绝吗?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,2018年

我认为您错过了重点。如果对晶体管进行不同的加热,不要指望能够稳定它。所有的数学都落在醉酒般的呕吐物上。你期望太多了。
安迪(aka Andy)'18

@ TonyStewart.EEsince'75我知道其他参数(例如Vbe,β,Early Voltage等)很重要,但beta只是可以用万用表轻松测量的参数。您认为热耦合镜会改善温度稳定性吗?
基诺

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是的,当然可以。但是您可以同时进行温度变化和差异温度测试
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,2018年

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您的问题主要是温差,但是对于很小的差异,请不要忽略以下事实:由于电源上的Vbe下降,流经设置电阻器的电流取决于温度。如果电压较低,则依赖性会更大。
Spehro Pefhany

Answers:


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三个主要步骤是

a)尽可能使发射极退化
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。最好使用CA3046之类的单片晶体管阵列,该阵列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'对使用了像棋盘一样连接的数千个晶体管管芯。

Q5不仅增加了输出阻抗,而且还控制了Q4的耗散。在Q5基极或发射极上串连降,以均衡Q3 / 4耗散匹配。

带宽较小但精度更高的稍微复杂一点的解决方案是取消Q1,并使用运算放大器驱动Q2来均衡Re1 / 2上的压降。用FET代替Q2可以很好地消除任何β变化对输出精度的影响。然后,您只需要考虑放大器Vos随温度的漂移以及tempco或Re1 / 2电阻。


匹配耗散?功耗?通过Q1和Q2的电流应基本相等,但是Q2两端的电压Vce所发生的情况主要取决于要施加的负载电阻。如果那是您的意思,否则我发现您非常有用。
基诺

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@Keno在图A电路中,两个BJT的VCE存在显着差异。这可能导致两个镜像BJT中的热量发生很大不同。图B,由于Q4的VCE有一个VBE,Q3的VCE有两个VBE,一个应该比另一个加热两倍。
jonk

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如果要使两个晶体管保持相同的温度,则它们应具有相同的功耗(即,相同的电流和相同的电压)。这也可以消除其他一些误差源(如早期电压)。您的第二个原理图并不能完全实现这一点,因为一个晶体管的Vce高于另一个晶体管。开始了:

原理图

模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图

这是完整的威尔逊镜像,并且Q3的作用是降低一个Vbe以使Q1 / Q2的Vce相等。

DMMT3904和其他双晶体管是双匹配BJT的廉价来源。它们不是单片的,因此匹配和温度跟踪不如想象中的那样好,但是它们很便宜。

但是,如果要获得极高的精度,则必须使用低失调运算放大器。


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我已经为此写了基诺,但是还没有提到您在完整的Wilson中添加的有关BJT的详细信息。很好的补充。+1他正在原型板上探索这些想法,并以不同方式加热事物以查看会发生什么。(他的全面测试给我留下了深刻的印象,让他看到了需要更好地理解的行为。)这些电路,无论您的电路还是尼尔的电路,都没有讨论过β补偿的方法。(发射极电阻器大约是ISAT / VBE加上温度补偿,而不是beta。)由于他从事的工作是离散的,因此必须回溯50年才能了解Widlar如何处理这些事情。
jonk

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是的,在这个时代,看到一个学习电子技术并实际进行实验并试图了解细节的人,而不是仅仅在上面

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为了获得匹配的电流源,请使用晶体管阵列,例如(原始)RCA CA3046。现在由Harris或Intersil出售。匹配到5milliVolts发射极,大约是10%。更好的是,鉴于您无法使用多个发射极条并对其进行交叉数字化,您将需要发射极退化电阻。


我很乐意看到改进的CA3096,其中的低横向PNP可以与设备中的NPN相比运行。我需要在同一芯片上混合NPN / PNP。如果我想得到一件破旧的东西,我可能不得不经纪。
jonk

摩托罗拉曾经出售过这种产品。我用它们在ADC的求和节点上建立了一个有源钳位。太慢了,因为我忽略了反馈钳位放大器的米勒电容。对于类似的快速NPN和PNP,墨尔本FLA的Harris公司拥有绝缘隔离的运算放大器,其设计可在辐射通量环境中很好地发挥作用,因此弹头的惯性制导系统可能会在原子繁忙的大气中继续准确地发挥作用。
Analogsystemsrf

@jonk感谢您几个月前提到Chabay。一本好书。关于同一芯片上的晶体管,假设器件相距100微米,则在114uS的时间范围内仍将存在瞬态热失配。如果具有叉指状条纹的FET(可能会做衍射对)且Ma到Mb的间距为10u,则热tau将以1.14uS的速度快100倍(其反平方律)。在1微米时,热τ为11.4纳秒。
Analogsystemsrf

有趣的有关时间常数的信息。这是我业余爱好者经验之外的,但仍然很有趣。
jonk

@ jonk我们在信号链浏览器工具中使用这些热时间常数效应来预测OpAmp电路的热失真,包括由于输出电流变化(运算放大器的VDD乘以VDD,作为热量的近似变化)而导致的差分对发热。电阻的同上。一立方米的硅具有11400秒的热Tau,这是物理常数热扩散率的倒数。立方微米小1百万X,快了1万亿X,为11.4纳秒。
Analogsystemsrf
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