Hoe werkt een stroomspiegel?

Hoe werkt een stroomspiegel? Een stroomspiegel is een elektronisch circuit dat constante stroom levert door gebruik te maken van transistors.

Hoe werkt een stroomspiegel?

Een stroomspiegel is een basiscomponent in de elektronica, met name in de analoge schakelingen. Het wordt vaak gebruikt om een constante stroom te genereren, ongeacht de belasting of ingangsspanning. Laten we eens kijken naar wat een stroomspiegel is en hoe het werkt.

Wat is een stroomspiegel?

Een stroomspiegel, ook wel een current mirror genoemd, is een schakeling die een referentiestroom (I_ref) gebruikt om een constante uitgangsstroom (I_out) te genereren. Het heeft meestal twee of meer transistors die identieke stromen spiegelen. De basisstructuur omvat een referentietransistor en een spiegeltransistor.

Werking van een stroomspiegel

De basiswerking van een stroomspiegel kan worden verklaard door naar een eenvoudige schakeling met bipolaire junction transistors (BJT’s) of MOSFET’s te kijken.

Referentietransistor: Dit is de transistor die de referentiestroom I_ref ontvangt.

Spiegeltransistor: Deze transistor is gekoppeld aan de referentietransistor en produceert de uitgangsstroom I_out die gelijk is aan I_ref.

BJT Stroomspiegel

Veronderstel een stroomspiegel met BJT’s. De basisstromen en verzamelstromen van de transistors in zo’n schakeling zijn gelijk als de transistors identiek en op dezelfde temperatuur zijn. De spanning over de basis-emitterovergangen (V_BE) zal hetzelfde zijn, wat betekent dat I_out gelijk zal zijn aan I_ref.

In een eenvoudige stroomspiegel bestaat de schakeling uit twee identieke NPN-transistors:

De basis van beide transistors worden aan elkaar gekoppeld.

De emitter van de referentietransistor is verbonden met de grond (of nul), terwijl de emitter van de spiegeltransistor via een belastingsweerstand naar de grond gaat.

De collector van de referentietransistor is verbonden met een spanningsbron via een referentieweerstand.

De collector van de spiegeltransistor levert de uitgangsstroom.

De referentiestroom I_ref is dan gedefinieerd als:

I_ref = \(\frac{V – V_{BE}}{R}\)

Waar V de spanningsbron is, V_BE de basis-emitter spanning, en R de referentieweerstand. Deze stroom wordt gespiegeld in de tweede transistor, waardoor I_out ≈ I_ref.

MOSFET Stroomspiegel

Voor MOSFET’s werkt het concept op een vergelijkbare manier. De stroom door de referentietransistor creëert een spanning op de poort-bron (V_GS) die wordt gerepliceerd naar de spiegeltransistor, waardoor dezelfde stroom wordt voortgebracht.

Toepassingen van een stroomspiegel

Stroomspiegels worden gebruikt in diverse toepassingen, zoals:

Analoge schakelingen zoals versterkers en operationele versterkers.

Referentiestroombronnen in geïntegreerde schakelingen.

Aanpassen van stromen in verschillende delen van een schakeling.

Door een constante stroom te leveren, kan een stroomspiegel bijdragen aan de stabiliteit en nauwkeurigheid van elektronische apparaten.

Conclusie

Een stroomspiegel is een essentiële component in de wereld van elektronica. Het maakt het mogelijk om stromen te reguleren en te stabiliseren, wat cruciaal is voor de werking van analoge schakelingen. Door het spiegelen van een referentiestroom kan een constante uitgangsstroom worden gegenereerd, ongeacht belastingsvariaties. Het begrijpen van de werking van stroomspiegels is fundamenteel voor het ontwerpen en analyseren van geavanceerde elektronische systemen.

Summary