Transistores BJT #04 - Espejos de corriente

Espejo de Corriente

Introducción

Dentro del campo de los circuitos integrados, es común tener como objetivo que las corrientes que circulan dentro de estos sean iguales o que estén en proporción a una corriente base; con este fin en mente, se diseña el espejo de corriente.

Circuito Básico

En el siguiente circuito se puede observar que el espejo de corriente más sencillo se logra mediante dos transistores. Esta es la versión con transistores PNP Provee corriente a la resistencia de carga Rcarga.

Figura 1: Espejo de corriente básico. Versión PNP.

También es posible tener la versión con transistores NPN, en esta versión se hunde la corriente a tierra:

 

Figura 2: Espejo de corriente básico. Versión NPN.

Funcionamiento básico:

En las figuras 1 y 2, lo esencial es saber que la corriente en Q1 se refleja en Q2. 

Tomemos como ejemplo la figura 1:

La corriente que pasa por Q1 es aproximadamente la misma corriente que circula por Rconf. Para determina esta corriente se toma por ley de ohm:

(Vcc - Vbe) / Rconf = Iconf

(5V - 0.6V) / 3.3k = Iconf

Por tanto:

Iconf = 1.3mA

 

Esta es la corriente que circula por Q1 y, a su vez, se refleja en Q2. En consecuencia, la corriente que circula por Q2 es también 1.3mA.

Observaciones:

¿Por qué se refleja la corriente?. Dada la forma del circuito, se puede notar que los voltajes base-emisor de ambos transistores son el mismo, además la corriente que circula por las bases de cada transistor son casi la misma. Por último, los transistores son del mismo modelo y poseen las mismas características físicas. Todo esto hace que ambos transistores estén en las mismas condiciones de polarización y por tanto conduzcan corrientes similares.

Tener cuidado, digo similares y no iguales. Si bien el voltaje base-emisor es el mismo para ambos transistores, las corrientes que circulan por las bases son solo similares al igual que las características físicas de ambos transistores, es imposible que sean totalmente idénticos incluso si son del mismo modelo y lote. Además el voltaje colector-emisor en el transistor Q2 será distinto al de Q1, hay que considerar el efecto Early.

¿Se pueden diseñar espejos de corriente más precisos?. Sí. Los proveedores venden transistores duales que eliminan el problema de las características físicas dispares de ambos transistores, también es posible mejorar el circuito y aplicar otras técnicas como el espejo de corriente Wilson. También, la precisión de las resistencias puede hacer variar el resultado del cálculo de la corriente, una resistencia con mejor tolerancia mejorará la precisión.

Es posible, y más frecuente aun, reflejar la corriente de Q1 en más de un transistor al mismo tiempo, convirtiéndose en un espejo de corriente de salida múltiple, el cual será objeto de estudio en otra entrada del blog.

Simulación:

Como ya se hace costumbre en el blog, realizaré una pequeña simulación del espejo de corriente con ngspice, que alumbrará algunos puntos.

Figura 3: Resultado de la simulación del circuito de la Figura 1.

Como se puede observar, la corriente es aproximadamente 1.3mA para ambos transistores, la diferencia es de 10uA. La simulación considera que ambos transistores son idénticos, pero aún así, los resultados son distintos debido a los otros factores ya mencionados.

Conclusiones

• Los espejos de corriente se suelen usar en microelectrónica.
• La corriente se refleja del transistor Q1 al transistor Q2.
• Es posible reflejar la corriente de Q1 en 1 o más transistores al mismo tiempo.
• El espejo de corriente mostrado, no es el más preciso, pero sí el más sencillo de implementar.