Cómo hacer una fuente de corriente constante

No entiendo las fuentes actuales! Las baterías son fuentes de voltaje, pero ¿cómo se implementa realmente una fuente de corriente? Estaba mirando los espejos actuales para ver cómo funcionan, y entiendo la idea de obtener una corriente casi idéntica producida por la otra mitad, pero en los diagramas, ¿de dónde viene la corriente I_ref? ¿Es solo una fuente de voltaje a través de una resistencia? Además, ¿cómo podría usar esto para conducir una carga que estaba conectada al drenaje de M2?

Agradezco cualquier explicación!

En algún momento, si desea tener una fuente de corriente fija en uA, necesita un voltaje primario o una fuente de corriente. El espejo (como su nombre lo indica) solo refleja una corriente conocida (tal vez más alta o más baja si transistores paralelos (cambia la geometría del transistor) o introduce una o más resistencias de emisor, por lo que es más como un espejo de aumento).

En un IC (y en el exterior) puede utilizar todo tipo de fuentes de corriente diferentes a partir de una sola corriente de referencia utilizando espejos ponderados y similares, pero aún necesita esa corriente. Algunos circuitos integrados llevan ese nodo a un pin, y conecta una resistencia a Vcc o lo que sea para que todos los espejos de corriente en el chip sean escalados por esa corriente (que es más o menos estable si Vcc >> 0.6V).

Una referencia de voltaje y una resistencia es un tipo de corriente de referencia (aunque tenga en cuenta que el voltaje de una entrada de espejo de corriente no es cero y cambia a aproximadamente -2mV / ° C, por lo que no será estable con los cambios de temperatura a menos que la referencia de voltaje usa tiene una característica coincidente).

Una forma de obtener una referencia de voltaje es hacer una referencia de banda prohibida, que naturalmente es de aproximadamente 1.25V, pero puede amplificarse a cualquier voltaje que desee.

Un IC que vale la pena estudiar es el TI (nee Burr-Brown) REF200 , que tiene un esquema representativo suministrado en la hoja de datos. Tiene dos fuentes / sumideros de corriente 100uA +/- 0.5% de dos terminales y un espejo de corriente de precisión (espejo de corriente Wilson completo con resistencias de degeneración del emisor). Consulte también AB165 , que cubre una amplia gama de fuentes de corriente.

IMPLEMENTACIÓN Y APLICACIONES DE FUENTES ACTUALES Y RECEPTORES ACTUALES

No entiendo las fuentes actuales! Las baterías son fuentes de voltaje, pero ¿cómo se implementa realmente una fuente de corriente?

Aquí hay un circuito de fuente de corriente que usa un amplificador operacional:

Este tipo de fuente de corriente depende de que Vset se aplique a la entrada no inversora del amplificador operacional. Debido a que el amplificador operacional tiene una ganancia masiva de bucle abierto, se puede pensar razonablemente que la entrada inversora tiene el mismo voltaje que la entrada no inversora. El amplificador operacional logra esto con retroalimentación negativa: su salida acciona un transistor hasta que el voltaje en Rset es igual a Vin. Por lo tanto, actual fuera del colector es: -

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

Hay muchos más tipos de fuentes de corriente que producen resultados similares, PERO la resistencia de carga tiene que estar dentro de un rango limitado. Cero ohmios está bien, pero tratar de empujar 1mA a través de una resistencia de 10k en un suministro de 5V no funcionará.

En su imagen, Iref puede venir de cualquier parte: una señal externa o una resistencia conectada a una fuente de alimentación; la corriente I ref se calcula fácilmente porque M1 actúa como una baja impedancia con una caída de voltaje a través de ella; es mejor mirar el equivalente Circuito BJT porque la caída de voltaje es claramente "0.7V" cuando la base está atada al colector.

La implementación de este espejo actual se basa en el hecho de que V _DD es constante, la resistencia tiene un valor conocido y V _GS tendrá un punto de trabajo constante que puede recuperar de la hoja de datos (o por experimentación).

Sabiendo que V _DD y V _GS son constantes, puede calcular la corriente en la rama izquierda con la ley de Ohm. Entonces, si ambos transistores coinciden estrechamente, las corrientes en ambas ramas serán idénticas. Tenga en cuenta que, haga lo que haga en la rama derecha, no hay forma de que pueda influir en la corriente en la rama izquierda.

La comprensión de soluciones de circuitos específicos se basa en revelar las ideas básicas detrás de ellas. Entonces, veamos cuáles son estas ideas en el caso ...

Para producir corriente, de acuerdo con la ley de Ohm I = V / R, solo necesitamos voltaje y resistencia. Entonces, si la carga fuera puramente resistiva, solo necesitaríamos una fuente de voltaje para producir corriente. Al cambiar el voltaje, podemos establecer la magnitud de corriente deseada.

Pero si la carga se comporta como una fuente de voltaje (por ejemplo, una batería recargable, un condensador, un diodo Zener, una conexión corta, una resistencia negativa, etc.), necesitamos resistencia adicional en serie para establecer (limitar) la corriente. Por lo tanto, en el caso general, la fuente de corriente está formada por dos elementos en serie: una fuente de voltaje con voltaje V y una resistencia con resistencia Ri ... y está conectada a una carga con voltaje VL y resistencia RL. Estos cuatro elementos están conectados en un círculo y cada uno de ellos afecta la magnitud de la corriente determinada por la relación del voltaje total Vt y la resistencia Rt; I = Vt / Rt = (V ± VL) / (Ri ± RL). En esta disposición, la fuente de voltaje de entrada intenta establecer la corriente por su voltaje V y resistencia Ri mientras la carga interfiere con ella por su voltaje VL y resistencia RL.

La forma más simple (típica de los circuitos eléctricos) es aumentar enormemente tanto el voltaje como la resistencia de la fuente de entrada (esta es la definición bien conocida de la fuente de corriente ideal de los libros de texto sobre ingeniería eléctrica). Son altos pero constantes (estáticos) ... y este es el problema. Por lo tanto, el voltaje de carga y la resistencia se vuelven insignificantes en comparación con los de la fuente de entrada. Está claro que hacer una buena fuente de corriente de esta manera está asociado con grandes pérdidas de potencia en resistencia.

La forma más inteligente (típica de los circuitos electrónicos) es hacer variar el voltaje o la resistencia de la fuente. Son dinámicos pero bajos ... así que las pérdidas de energía son bajas ... y este es el beneficio. Tenemos la ilusión de una resistencia extremadamente alta (diferencial) pero la resistencia real (estática) es baja. Veamos cómo se pone en práctica esta idea ...

El truco es que cuando la carga aumenta / disminuye su voltaje o resistencia, la fuente disminuye / aumenta su voltaje o resistencia con el mismo valor ; entonces la corriente no cambia.

Esta compensación se puede realizar sin retroalimentación negativa mediante el uso de una siguiente fuente de voltaje (el llamado "arranque") o una resistencia estabilizadora de corriente (implementada por un BJT o FET con un voltaje de entrada constante).

Una variación de esta técnica es, en cambio, cambiar el voltaje de la fuente misma, agregar voltaje adicional en serie al voltaje de fuente constante , compensando así el impacto de la carga. Esta idea se realiza, por ejemplo, en la fuente de corriente inversora del amplificador operacional .

Otra idea más extravagante es inyectar corriente adicional en la carga conectando una fuente de corriente adicional en paralelo a la fuente de entrada principal . Se implementa en la fuente actual de Howland .

Puede ver más sobre estas técnicas en mis historias de circuitos sobre fuentes de corriente constantes .

Como conclusión, el poder de este enfoque es que conociendo ideas básicas, podemos explicar y realizar configuraciones de circuitos concretos del pasado, presente y futuro (implementado por tubos, BJT, FET, amplificadores operacionales, etc.)