カレントミラー計算ツール
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機は、アナログIC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。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/コレクター電流) で、通常は 50kΩ-500kΩ. Wilson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、スレッショルド電圧を一致させる必要があります (1% の精度を得るには (ΔVth < 10mV)。
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、電源電圧は Vcc = 12 V です。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、ベース電流が I_b = 2×1mA/200 = 10μA, を盗み、1% のミラーエラーを引き起こします。精度を向上させるには、エミッタ縮退抵抗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、高ゲインアンプのバイアスに不可欠な単純なミラー (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
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。単純なミラーには r_o = VA/Icがあり、負荷電圧の変化により電流が1〜5％変動します。出力インピーダンスを100倍高くするには、ウィルソンミラーを使用してください。
- ✗ベース電流エラーを忘れています — 単純な BJT ミラーには = 2/β; at β = 100 というエラーがあります。これは 2% の誤差です。ウィルソン・ミラーは誤差を 2/β² = 0.02% に減らします
よくある質問
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