カレントミラーカリキュレータ
アナログICおよびバイアス回路設計のカレントミラー出力電流、ベータ誤差、リファレンス抵抗、消費電力、およびウィドラーミラー抵抗の計算
公式
仕組み
カレントミラー計算器は、アナログICの設計、電流源、およびアクティブ負荷に不可欠な高精度バイアスネットワークのリファレンス電流と出力電流を計算します。IC設計者、アナログエンジニア、計測の専門家は、カレントミラーを使用してリファレンス電流を高精度で再現します。Horowitz & Hillの「Art of Electronics」（第3版、第2章）によると、基本的なBJTカレントミラーでは、トランジスタが熱的に結合されている場合、基本的なBJTカレントミラーでリファレンス電流と出力電流が 1 ～ 5% のマッチングを実現しています。このシンプルなミラーの出力インピーダンスは r_o = va/IC (初期電圧/コレクタ電流) で、通常は50kΩ～500kΩです。ウィルソンミラーとカスコードミラーは出力インピーダンスを10～100倍向上させます。MOSFETミラーは、入力電流がゼロでも同様の性能を実現しますが、対応するスレッショルド電圧 (1% 精度の場合はΔVth < 10mV) が必要です。
計算例
アナログ回路のバイアス用に2N3904ペアを使用して1mAのカレントミラーを設計します。リファレンス電流 i_REF = 1mA、電源電圧 VCC = 12V。リファレンス抵抗:R_ref = (Vcc-Vbe) /i_ref = (12V-0.7V) /1mA = 11.3kΩ — 11kΩ (E24シリーズ) を選択してください。β=200では、ベース電流によってI_b = 2×1mA/200 = 10μAが流れ、1% のミラー誤差が発生します。精度を向上させるには、エミッタの変性抵抗 Re = 100Ω (100mV ドロップ) を追加してください。これにより、Vbeのミスマッチに対する感度が (1+gmRe) = 5倍に低下し、マッチングが 2% から 0.4% に向上します。出力インピーダンス:r_o = Va/IC = 100V/1mA = 100kΩ。コンプライアンス範囲:Vce > 0.3V (飽和) から Vcc-0.7V
実践的なヒント
- ✓1% 未満の精度を必要とするカレントミラーには、マッチングされたトランジスタペア (MAT12:0.5mV Vbeマッチング、0.5% βマッチ) を使用してください。ディスクリートの2N3904ペアでは、わずか2～ 5% のマッチングしか実現できません
- ✓エミッタの縮退Re = 0.1V/Icを加えると、マッチングが5倍向上します。電圧降下によりVbeの変動に対する感度が低下します
- ✓出力インピーダンスを高くするには、シンプルなミラー（100kΩ）の代わりにカスコードミラー（10MΩ+）またはウィルソンミラー（5MΩ+）を使用してください。高ゲインアンプのバイアスには不可欠です
よくある間違い
- ✗熱結合のないディスクリートトランジスタを使用する場合 — 2mV/°CのVbe差により 8% /℃のミラー誤差が発生する。トランジスタをPCBに隣接して取り付けるか、マッチングペアを使用する (MAT12、SSM2212)
- ✗アーリーエフェクトは無視してください。単純なミラーではr_o = VA/iCとなり、負荷電圧の変化によって電流の変動は1～ 5% になります。出力インピーダンスを 100 倍高くするには、Wilson ミラーを使用してください。
- ✗ベース電流誤差を忘れると、単純なBJTミラーの誤差は2/βになり、β=100では誤差は 2% になります。ウィルソン・ミラーは誤差を2/β² = 0.02% に低減します。
よくある質問
Shop Components
As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.