Comment créer une source de courant constant

Je ne comprends pas les sources actuelles! Les batteries sont des sources de tension, mais comment mettre en œuvre une source de courant? Je regardais les miroirs de courant pour voir comment ils fonctionnent, et je comprends l'idée d'obtenir un courant presque identique produit par l'autre moitié, mais sur les diagrammes d'où vient le courant I_ref? Est-ce juste une source de tension aux bornes d'une résistance? Aussi, comment pourrais-je l'utiliser pour conduire une charge qui était attachée au drain de M2?

J'apprécie toute explication!

À un moment donné, si vous voulez avoir une source de courant fixée en uA, vous avez besoin d'une source de tension ou de courant primaire. Le miroir (comme son nom l'indique) reflète simplement un courant connu (peut-être supérieur ou inférieur si vous transistors en parallèle (changez la géométrie du transistor) ou introduisez une ou plusieurs résistances d'émetteur, donc plus comme un miroir grossissant).

Dans un circuit intégré (et à l'extérieur), vous pouvez asservir toutes sortes de sources de courant différentes à partir d'un seul courant de référence à l'aide de miroirs pondérés et similaires, mais vous avez toujours besoin de ce courant. Certains circuits intégrés amènent ce nœud à une broche, et vous connectez une résistance à Vcc ou quoi que ce soit de sorte que tous les miroirs de courant dans la puce sont mis à l'échelle par ce courant (qui est plus ou moins stable si Vcc >> 0,6 V).

Une référence de tension et une résistance sont une sorte de courant de référence (mais notez que la tension d'une entrée de miroir de courant n'est pas nulle et change à environ -2mV / ° C, donc elle ne sera pas stable avec des changements de température à moins que la référence de tension que vous utilisez a une caractéristique correspondante).

Une façon d'obtenir une référence de tension est de faire une référence de bande interdite, qui est naturellement d'environ 1,25 V, mais qui peut être amplifiée à la tension que vous souhaitez.

Un CI qui mérite d'être étudié est le TI (née Burr-Brown) REF200 , qui a un schéma représentatif fourni sur la fiche technique. Il possède deux sources / puits de courant 100uA +/- 0,5% à deux bornes et un miroir de courant de précision (miroir de courant Wilson complet avec résistances de dégénérescence d'émetteur). Voir également AB165 , qui couvre un large éventail de sources de courant.

MISE EN ŒUVRE ET APPLICATIONS DES SOURCES ACTUELLES ET DES RÉCEPTEURS ACTUELS

Je ne comprends pas les sources actuelles! Les batteries sont des sources de tension, mais comment mettre en œuvre une source de courant?

Voici un circuit source de courant qui utilise un ampli-op: -

Ce type de source de courant repose sur l'application de Vset à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op. En raison de l'ampli op ayant un gain en boucle ouverte massif, on peut raisonnablement penser que l'entrée inverseuse est à la même tension que l'entrée non inverseuse. L'ampli-op y parvient avec une rétroaction négative - sa sortie pilote un transistor jusqu'à ce que la tension aux bornes de Rset soit égale à Vin. Le courant hors collecteur est donc: -

I = $\dfrac{Vset}{Rset}$

Il existe de nombreux autres types de sources de courant qui produisent des résultats similaires MAIS la résistance de la charge doit se situer dans une plage limitée. Zéro ohms est OK mais essayer de pousser 1mA à travers une résistance 10k sur une alimentation 5V ne fonctionnera pas.

Sur votre photo, l'Iref peut provenir de n'importe où - un signal externe ou une résistance connectée à une alimentation - le courant I ref est facilement calculé car M1 agit comme une faible impédance avec une chute de volt à travers - il vaut mieux regarder l'équivalent Circuit BJT car la chute de tension est clairement "0.7V" lorsque la base est liée au collecteur.

La mise en œuvre de ce miroir de courant repose sur le fait que V _DD est constant, la résistance a une valeur connue et V _GS aura un point de fonctionnement constant que vous pourrez récupérer dans la fiche technique (ou par expérimentation).

Sachant que V _DD et V _GS sont constants, vous pouvez calculer le courant dans la branche gauche avec la loi d'Ohm. Ensuite, si les deux transistors sont étroitement appariés, les courants dans les deux branches seront identiques. Notez que quoi que vous fassiez dans la branche de droite, il n'y a aucun moyen d'influencer le courant dans la branche de gauche.

La compréhension des solutions de circuits spécifiques est basée sur la révélation des idées de base qui les sous-tendent. Voyons donc quelles sont ces idées dans le cas ...

Pour produire du courant, selon la loi d'Ohm I = V / R, nous n'avons besoin que de tension et de résistance. Donc, si la charge était résistive pure, nous n'aurions besoin que d'une source de tension pour produire du courant. En modifiant la tension, nous pouvons définir la magnitude de courant souhaitée.

Mais si la charge se comporte comme une source de tension (par exemple, une batterie rechargeable, un condensateur, une diode Zener, une connexion courte, une résistance négative, etc.), nous avons besoin d'une résistance supplémentaire en série pour définir (limiter) le courant. Ainsi, dans le cas général, la source de courant est constituée de deux éléments en série - une source de tension avec tension V et une résistance avec résistance Ri ... et elle est connectée à une charge avec tension VL et résistance RL. Ces quatre éléments sont connectés en cercle et chacun affecte la magnitude du courant déterminée par le rapport de la tension totale Vt et de la résistance Rt; I = Vt / Rt = (V ± VL) / (Ri ± RL). Dans cet agencement, la source de tension d'entrée essaie de régler le courant par sa tension V et sa résistance Ri tandis que la charge interfère avec lui par sa tension VL et sa résistance RL.

Le moyen le plus simple (typique pour les circuits électriques) est d'augmenter énormément à la fois la tension et la résistance de la source d'entrée (c'est la définition bien connue de la source de courant idéale dans les manuels de génie électrique). Ils sont élevés mais constants (statiques) ... et c'est le problème. Ainsi, la tension de charge et la résistance deviennent négligeables par rapport à celles de la source d'entrée. Il est clair que la fabrication d'une bonne source de courant de cette manière est associée à de grandes pertes de puissance en résistance.

Le moyen le plus intelligent (typique des circuits électroniques) consiste à faire varier la tension ou la résistance de la source. Ils sont dynamiques mais faibles ... donc les pertes de puissance sont faibles ... et c'est le profit. Nous avons l'illusion d'une résistance (différentielle) extrêmement élevée, mais la résistance réelle (statique) est faible. Voyons comment cette idée est mise en pratique ...

L'astuce est que lorsque la charge augmente / diminue sa tension ou sa résistance, la source diminue / augmente sa tension ou sa résistance avec la même valeur ; donc le courant ne change pas.

Cette compensation peut se faire sans rétroaction négative en utilisant une source de tension suivante (dite "bootstrap") ou une résistance de stabilisation de courant (mise en œuvre par un BJT ou FET à tension d'entrée constante).

Une variante de cette technique consiste, au lieu de modifier la tension de source même, à ajouter une tension supplémentaire en série à la tension de source constante compensant ainsi l'impact de la charge. Cette idée est réalisée, par exemple, dans la source de courant inverseur d'ampli-op .

Une autre idée plus extravagante consiste à injecter du courant supplémentaire dans la charge en connectant une source de courant supplémentaire en parallèle à la source d'entrée principale . Il est implémenté dans la source de courant Howland .

Vous pouvez en savoir plus sur ces techniques dans mes histoires de circuits sur les sources de courant constant .

En conclusion, la puissance de cette approche est que, connaissant des idées de base, nous pouvons expliquer et réaliser des configurations de circuits concrets du passé, du présent et du futur (implémentées par des tubes, BJT, FET, amplificateurs opérationnels, etc.)