Svenska ElektronikForumet

Hej!

Jag undrar varför inte strömspeglar fungerar i praktiken.

Jag har dock en ide'. De diskreta transistorerna man använder privat är inte tillverkade på samma chip och avviker därmed i Vbe för mycket.

Dock har jag upprepade gånger den senaste tiden även noterat en drift i den speglade strömmens styrka. Denna drift är ytterst kufisk men troligen beror den på termisk upphettning av transistorn och att det inte finns någonsomhelst stabilisering av arbetspunkten, bara råa hfe*Ib där hfe eventuellt har ett relativt starkt termiskt beroende. Men detta är bara en amatörmässig spekulation.

Jag kan bekräfta att kopplar man enligt bifogat kan det bli uppemot 100% fel i strömmarna. Sätter man dock ett par små motstånd i serie med emittrarna och Vcc så är avvikelsen plötsligt inte mer än typ 20%. Detta kan man tycka borde man kunna använda men driften enligt ovan gör det oanvändbart.

Allmänt skulle jag rekommendera en offset-trimpot på typ +/-"0,1V" för att kunna sätta spegelströmmen exakt lika med referensströmmen (Ir). Men återigen, temperaturdriften gör kretsen oanvändbar!

Detta används alltså flitigt i operationsförstärkare och jag förstår inte hur det är möjligt.

MVH/Roger

Du behöver se till att båda transistorerna har samma temperatur, samma kurvatur (dvs dopning och geometri) och helst samma VCE spänningsfall.
Det kan du göra integrerat, men inte fullt så bra diskret.
Väl en matchad dubbeltransistor om du kan.

Emitterresistorerna tar bort en del av problemet, men inte allt. Har för mig att R emitter bör/brukar vara 10% av R kollektor?..
Det finns andra kopplingar som är bättre än denna enkla!..

20% är inte så dåligt med tanke på hur mycket Hfe/B sprider mellan diskreta transistorer!

Tack för svaret men hur förklarar du driften?

Eller ska jag "najja" ihop dom, menar du?

MVH/Roger

dom måste följas åt i temperatur helt och fullt.

i en IC är det inget problem då trissorna inte ligger speciellt många µm från varandra och därmed god termisk koppling, sedan är effektnivåerna låga i området µA och det bildas inte mycket värme.

effektsteg i IC är sällan utformade som strömspeglar där man kan riskera lokal uppvärmning.

Provade precis att najja ihop mina BD140 och c.a 100mA.

Utan emittermotstånd: 30% fel (efter en stund)
Med 1 Ohm emittermotstånd: 10% fel (efter en stund)

Knepigt hur bara ett par (lika) emittermotstånd kan få strömspegeln att fungera bättre. Någon slags balansering av Vbe mha en trimpot borde ju vara det som krävs.

MVH/Roger
PS
R1=2X56R, R2=56R, Vcc=15V

Men varför så hög ström?

Prova med omkring 1mA istället.

rogerk8 skrev:Provade precis att najja ihop mina BD140 och c.a 100mA.

Utan emittermotstånd: 30% fel (efter en stund)
Med 1 Ohm emittermotstånd: 10% fel (efter en stund)

Knepigt hur bara ett par (lika) emittermotstånd kan få strömspegeln att fungera bättre. Någon slags balansering av Vbe mha en trimpot borde ju vara det som krävs.

MVH/Roger
PS
R1=2X56R, R2=56R, Vcc=15V

Varför skulle det vara konstigt att det skulle bli bättre med emittermotstånd? Det säger ju sig självt att spänningsfallet över motstånden blir väldigt lika och ju högre värde desto mindre inverkan får Ube driften. hFE är ju inte den högsta för BD 140 så prova med en darlingtonkoppling för att minska basströmmens inverkan.

Protte

Transistorvalet och motstånden gör det ju enkelt att mäta strömmar ur experimentellt synvinkel och utan emittermotstånd så blir det kritiskt att matcha transistorer och temperartur. Ser det som positivt, om man vill lära sej lite om problematiken runt denna krets.
Kanske gjorde man något liknande på någon laboration när man gick på gymnasiet och där man ville påvisa problematiken. 100mA är om inte annat enkelt att mäta med multimeter. I verklig konstruktion kan man nog inte aceptera sådana strömmar och räkna med naturlig temperatur-stabilitet.

BD140 är inte världens bästa val av transistor att göra strömspegel av med tanke på data-spridning.
Omatchat sprider hfe på nästan en dekad. Spridning på Ube har mindre betydelse om transistorerna kommer från samma mask/batch och emittermotståndet sätter hur stor tolerans man accepterar.
Det som möjligen är lite tacksamt är att det är relativt lätt att bulta ihop två TO-220 med pasta och ett glimmer mellan och på det viset lättare kan temperatursynka trissorna.
Detta med att få stabil temperatur, som är så lika som möjligt i bägge trissornas chip är viktigt. Transistorn är temperaturberoende på flera sätt och ett av användningsområdena för transistorns Ube är just som en tillförlitlig termometer-givare.
Temperaturen blir mer ojämnt fördelad om trissornas temperatur är betydligt över omgivningstemperaturen och dåligt isolerade. Det är alltid stabilare att arbetar inom ett smalare temperaturspan, nära omgivningstemperaturen.
Hög temperatur kan också bidra till ökat systembrus.
Varma trissor och minsta luftdrag kommer kyla transistorerna ojämnt och strömspegelns stabilitet blir inte duglig till annat än studiematerial hur man inte konstruerar. Om det nu är så att man vill strömstabilisera glödlampor så spelar kanske inte en tillfälligt ojämn temperatur någon roll men om man är ute efter lågbrusig uA-linjär ström-spegling som är stabil över tiden måste temperaturpåverkan minimeras på chip-nivå. För diskreta transistorer är det alltid en viss tidsfördröjning innan denna temperaturen stabiliserats mellan transistorns yta och chipet.

2st TO92 hoplimmade och med en dutt fogskum över som värmeisolering har jag sett i kommersiell utrustning. Typisk Kina-lösning där manuellt jobb kostar mindre än att designa för en dubbeltrissa. Philips PIMT1 var den sista dubbeltransistorn jag designade strömspegel med. Det var relativ lågkost för 15 år sedan men nu förekommer nog inga sådana kretsar i nydesign. Det är möjligt ELFA har kretsen eller någon annan dubbeltrissa.
Förr fanns det dubbeltrissor som var extremmatchade från fabrik. Kunde kosta tusenlappar för två småsignal-trissor.

Vill man inte elda för kråkorna så kan det vara intressant att studera schemat för någon bättre op-förstärkare. Där finns nästan alltid ett antal strömspeglar och i bland rätt kluriga bias-lösningar och de flesta strömspeglar är designade med rätt många inblandade transistorer, dels för att få bästa prestanda, men även att en extra transistorer på chipet oftast kostar mindre än ett motstånd.

Hej E Kafeman!

Tack för din intressanta och långa utläggning!

Lite korkat av mig att inte förstå att de måste ha samma temperatur. Jag menar, källans effektutveckling är bara runt 70mW medans utgångstransistorn utvecklar runt 700mW så det är klart att det finns temperaturskillnader.

Jag har nu även lyssnat på andra trevliga bidragsgivare ovan. Det viktigaste tipset var som sagt lika temperatur så jag buntade ihop mina BD140 och fick följande fascinerande resultat (R2=R1/2, U(R1)=13V):

R1=10k (Ir=1,3mA)
U(R2)=6,22V<=>-4%
Re=2X1k (1,3V)

R1=112R (Ir=116mA)
U(R2)=6,70V<=>+3%
Re=2X5,6 (0,65V)

Båda gångerna har jag använt Re runt 10% av R1.

Det är intressant att notera att den termiska driften både var liten i amplitud och varade i bara ett par sekunder.

Det vore dock intressant att få en förklaring på detta. Hur kommer det sig alltså att små lika emittermotstånd både stoppar den termiska driften och ger strömspegeln precision?

Jag tycker mig förstå att den lilla delen av Vbe som ändrar sig blir mindre med emittermotstånd än utan. Men hur ger detta strömspegeln precision?

MVH/Roger
PS
Re=2X10R gav +2,4%

Intressant också att höra om temperaturmätningar mha Vbe

Motkoppling är det som förbättrar det hela.

http://www.ti.com/product/ref200

REF200 från TI har bra datablad och App. notes som förklarar en hel del.

Lecture - 2 Current Mirrors

Övrigt kursinnehåll - NPTEL >> Courses >> Electrical Engineering >> Analog ICs (Video)

Hittade den här varianten med just BD139 -



http://ledsmagazine.com/features/6/2/2

Citerar:
"It is important that the two transistors are both at the same temperature so a copper clamp was used to thermally connect both transistors together to keep their Vbe voltages stable. "

Men den är inte helt bra och de förklarar varför och har en
förbättrad variant -

Se kapitel 3 (om strömspeglar) i den här fritt nedladdningsbara boken:
Designing Analog Chips

Mycket bra bok. Författaren var kanske en av de sista stora IC analogkonstruktörerna. Hans IC-designer har sålt fler exemplar än Intels hitintills samlade CPU-produktion. Många vet att Hans Camenzind designade NE555, i stort sett på egen hand, men han låg bakom många fler välkända kretsar såsom NE567. Märkliga designer då ingen vågat/kunnat förbättra kretslösningarna på 30 år. I stort sett alla större IC-tillverkare har kopierat hans lösningar rakt av och har sin egen 555:a eller 567:a i produktion.
Det är fritt att kopiera då han sällan tog patent eller ens skrev licenavtal.
Designer i moderna chip-förstärkare i klass D baseras i många fall på lösningar framtagna av honom.
Han var ännu fullt aktiv designer som sysslade med senaste hi-tech inom analog design fram till sin död förra året.
Här ger han en känga åt Nobel-priset, ett pris som utmärker sej genom att alltid peka ut fel person: