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Calculateur Current Mirror

Calculez le courant, le courant de sortie du miroir, l'erreur bêta, la résistance de référence, la consommation électrique et la résistance miroir Widlar pour la conception de circuits intégrés analogiques et de polarisation

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Formule

Iout=N×Iref×β/(β+2),Rref=(VCC−VBE)/IrefI_out = N × I_ref × β/(β+2), R_ref = (V_CC − V_BE) / I_ref
I_ref— Courant de référence (A)
N— Rapport de miroir
β— Gain de courant du transistor
V_T— Tension thermique (V)
R_W— Résistance d'émetteur Widlar (Ω)

Comment ça marche

Le calculateur de miroir de courant calcule les courants de référence et de sortie pour des réseaux de polarisation de précision, essentiels pour la conception de circuits intégrés analogiques, les sources de courant et les charges actives. Les concepteurs de circuits intégrés, les ingénieurs analogiques et les spécialistes de l'instrumentation utilisent des miroirs de courant pour reproduire un courant de référence avec une grande précision. Selon Horowitz & Hill « Art of Electronics » (3e éd., Ch.2), un miroir de courant BJT de base permet d'obtenir une correspondance de 1 à 5 % entre les courants de référence et de sortie lorsque les transistors sont couplés thermiquement. Le miroir simple a une impédance de sortie r_o = Va/IC (tension initiale/courant du collecteur), généralement de 50 kΩ-500 kΩ. Les miroirs Wilson et Cascode améliorent l'impédance de sortie de 10 à 100 fois. Les miroirs MOSFET atteignent des performances similaires avec un courant d'entrée nul, mais nécessitent des tensions de seuil adaptées (ΔVth < 10 mV pour une précision de 1 %).

Exemple Résolu

Concevez un miroir de courant de 1 mA en utilisant la paire 2N3904 pour la polarisation des circuits analogiques. Courant de référence I_ref = 1 mA, alimentation Vcc = 12 V. Résistance de référence : R_ref = (Vcc - Vbe) /I_ref = (12 V - 0,7 V) /1 mA = 11,3 kΩ — sélectionnez 11 kΩ (série E24). Avec β = 200, les courants de base volent I_b = 2 × 1 mA/200 = 10 μA, provoquant une erreur de miroir de 1 %. Pour une précision accrue, ajoutez des résistances de dégénérescence de l'émetteur Re = 100 Ω (chute de 100 mV) : cela réduit la sensibilité au décalage Vbe d'un facteur de (1 + GM×Re) = 5×, améliorant ainsi la correspondance de 2 % à 0,4 %. Impédance de sortie : r_o = Va/IC = 100 V/1 mA = 100 kΩ. Plage de conformité : Vce > 0,3 V (saturation) à Vcc - 0,7 V.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez des paires de transistors adaptées (MAT12 : correspondance Vbe 0,5 mV, correspondance β 0,5 %) pour les miroirs de courant nécessitant une précision inférieure à 1 % — les paires discrètes 2N3904 n'obtiennent que 2 à 5 % de correspondance
  • ✓Ajoutez la dégénérescence de l'émetteur Re = 0,1 V/Ic pour une amélioration 5 fois de la correspondance : la chute de tension réduit la sensibilité aux variations de Vbe
  • ✓Pour une impédance de sortie élevée, utilisez un miroir cascode (10 MΩ+) ou un miroir Wilson (5 MΩ+) au lieu d'un simple miroir (100 kΩ) ; essentiel pour la polarisation de l'amplificateur à gain élevé

Erreurs Fréquentes

  • ✗Utilisation de transistors discrets sans couplage thermique : une différence Vbe de 2 mV/°C entraîne une erreur miroir de 8 %/°C ; montez les transistors adjacents sur le circuit imprimé ou utilisez une paire adaptée (MAT12, SSM2212)
  • ✗Ignorer l'effet précoce : un miroir simple a r_o = Va/IC ; les variations de tension de charge entraînent une variation de courant de 1 à 5 %. Utilisez le miroir Wilson pour une impédance de sortie 100 fois plus élevée
  • ✗Oublier l'erreur de courant de base : un miroir BJT simple a une erreur = 2/β ; pour β = 100, c'est une erreur de 2 %. Le miroir Wilson réduit l'erreur à 2/β² = 0,02 %

Foire Aux Questions

Répliquez un courant de référence vers d'autres branches du circuit avec une précision élevée et une impédance de sortie élevée. Applications : distribution du courant de polarisation dans les amplificateurs opérationnels, charges actives pour paires différentielles, sources de courant de référence pour les DAC. Selon Gray & Meyer « Analyse et conception de circuits intégrés analogiques », 90 % des circuits intégrés analogiques utilisent des miroirs de courant.
Les meilleurs résultats nécessitent des transistors adaptés, de type identique sur la même puce (IC) ou un boîtier à paires adaptées. Les transistors discrets doivent porter le même numéro de pièce, le même lot de fabrication et être couplés thermiquement. Les miroirs MOSFET nécessitent un ΔVth < 10 mV pour une précision de 1 % ; les miroirs BJT nécessitent un ΔVBE < 2 mV.
Inadéquation Vbe/Vth (± 2 mV = ± 8 % pour le BJT), décalage β (± 20 % = ± 1 % d'erreur pour Wilson), effet précoce (erreur dépendante de la charge de 1 à 5 %), gradient de température (2 mV/°C = 8 % /°C pour le BJT). Les paires adaptées intégrées permettent d'obtenir une correspondance inférieure à 0,5 % ; les circuits discrets atteignent 2 à 5 % sans découpage.
Pour les BJT : utilisez le ratio de surface de l'émetteur ou plusieurs transistors en parallèle. Deux transistors de sortie en parallèle fournissent un courant multiplié par 2. Pour les MOSFET : utilisez le rapport W/L — la sortie W/L = 2 × la référence W/L donne 2 fois le courant. Les résistances de dégénérescence émetteur/source doivent évoluer en sens inverse du rapport de courant pour maintenir l'adaptation.

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