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Calculadora de espelho atual

Calcule a corrente de saída do espelho atual, erro beta, resistor de referência, consumo de energia e resistor de espelho Widlar para design de circuito polarizado e IC analógico

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Fórmula

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— Corrente de referência (A)
N— Proporção de espelho
β— Ganho de corrente do transistor
V_T— Tensão térmica (V)
R_W— Resistor emissor widlar (Ω)

Como Funciona

A calculadora de espelho atual calcula as correntes de referência e de saída para redes de polarização de precisão — essenciais para design de IC analógico, fontes de corrente e cargas ativas. Os projetistas de circuitos integrados, engenheiros analógicos e especialistas em instrumentação usam espelhos de corrente para replicar uma corrente de referência com alta precisão. De acordo com Horowitz & Hill 'Art of Electronics' (3ª ed., Ch.2), um espelho de corrente BJT básico atinge 1-5% de correspondência entre as correntes de referência e de saída quando os transistores são acoplados termicamente. O espelho simples tem impedância de saída r_o = vA/ic (tensão precoce/corrente de coletor), normalmente 50kΩ -500kΩ. Os espelhos Wilson e cascode melhoram a impedância de saída em 10-100 ×. Os espelhos MOSFET alcançam desempenho semelhante com corrente de entrada zero, mas requerem tensões limite correspondentes (ΔVth < 10mV para 1% de precisão).

Exemplo Resolvido

Projete um espelho de corrente de 1mA usando o par 2N3904 para polarização do circuito analógico. Corrente de referência I_ref = 1mA, alimentação Vcc = 12V. Resistor de referência: R_ref = (Vcc - Vbe) /I_ref = (12V - 0,7V) /1mA = 11,3kΩ — selecione 11kΩ (série E24). Com β = 200, as correntes de base roubam I_b = 2 × 1mA/200 = 10μA, causando 1% de erro de espelho. Para maior precisão, adicione resistores de degeneração do emissor Re = 100Ω (queda de 100mV): isso reduz a sensibilidade à incompatibilidade de Vbe por fator de (1 + Gm×Re) = 5×, melhorando a correspondência de 2% para 0,4%. Impedância de saída: r_o = VA/ic = 100V/1mA = 100kΩ. Faixa de conformidade: Vce > 0,3V (saturação) a Vcc - 0,7V.

Dicas Práticas

  • ✓Use pares de transistores combinados (MAT12: correspondência Vbe de 0,5 mV, correspondência β de 0,5%) para espelhos atuais que exigem < 1% de precisão — pares 2N3904 discretos alcançam apenas 2-5% de correspondência
  • ✓Adicione degeneração do emissor Re = 0,1V/Ic para uma melhoria de 5 vezes na correspondência — a queda de tensão reduz a sensibilidade às variações de Vbe
  • ✓Para alta impedância de saída, use espelho cascode (10MΩ +) ou espelho Wilson (5MΩ +) em vez de espelho simples (100kΩ); essencial para polarização de amplificadores de alto ganho

Erros Comuns

  • ✗Usando transistores discretos sem acoplamento térmico — a diferença Vbe de 2 mV/°C causa um erro de espelho de 8% /°C; monte transistores adjacentes ao PCB ou use um par combinado (MAT12, SSM2212)
  • ✗Ignorando o efeito inicial — o espelho simples tem r_o = vA/ic; mudanças na tensão de carga causam variação de corrente de 1 a 5%. Use o espelho Wilson para uma impedância de saída 100 vezes maior
  • ✗Esquecendo o erro de corrente base — o espelho BJT simples tem erro = 2/β; em β = 100, isso é 2% de erro. O espelho Wilson reduz o erro para 2/β² = 0,02%

Perguntas Frequentes

Replique uma corrente de referência para outras ramificações do circuito com alta precisão e alta impedância de saída. Aplicações: distribuição de corrente de polarização em amplificadores operacionais, cargas ativas para pares diferenciais, fontes de corrente de referência para DACs. De acordo com Gray & Meyer, 'Análise e projeto de circuitos integrados analógicos', 90% dos ICs analógicos usam espelhos atuais.
Os melhores resultados exigem transistores compatíveis — tipo idêntico na mesma matriz (IC) ou pacote de par combinado. Os transistores discretos devem ter o mesmo número de peça, mesmo lote do fabricante e acoplados termicamente. Os espelhos MOSFET requerem ΔVth < 10mV para uma precisão de 1%; os espelhos BJT requerem ΔVbE < 2mV.
Incompatibilidade Vbe/Vth (± 2mV = ± 8% para BJT), incompatibilidade β (± 20% = ± 1% de erro para Wilson), efeito precoce (erro dependente da carga de 1-5%), gradiente de temperatura (2mV/° C = 8% /° C para BJT). Os pares combinados integrados alcançam < 0,5% de correspondência; os circuitos discretos atingem 2-5% sem corte.
Para BJTs: use a taxa de área do emissor ou vários transistores em paralelo. Dois transistores de saída paralela fornecem 2 × corrente. Para MOSFETs: use a relação W/L — saída W/L = 2 × referência W/L fornece 2 × corrente. Os resistores de degeneração do emissor/fonte devem ser dimensionados inversamente à relação de corrente para manter a correspondência.

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