現在のミラーBJT

バイポーラ接合トランジスタまたはBJTカレントミラー

バイポーラ接合トランジスタを適用するよく使用される回路は、いわゆる カレントミラーです。 、これは単純な電流レギュレータとして機能し、広範囲の負荷抵抗にわたって負荷にほぼ一定の電流を供給します。

アクティブモードで動作するトランジスタでは、コレクタ電流はベース電流に比率βを掛けたものに等しいことがわかっています。また、コレクタ電流とエミッタ電流の比率はαと呼ばれることもわかっています。コレクタ電流はベース電流にβを掛けたものに等しく、エミッタ電流はベース電流とコレクタ電流の合計であるため、αは数学的にβから導出できるはずです。代数を実行すると、どのトランジスタでもα=β/（β+ 1）であることがわかります。

アクティブトランジスタを介して一定のベース電流を維持すると、β比に応じてコレクタ電流が調整されることはすでに見てきました。 α比も同様に機能します。エミッタ電流が一定に保たれている場合、トランジスタがアクティブモードを維持するのに十分なコレクタ間電圧降下がある限り、コレクタ電流は安定した安定化された値のままになります。したがって、トランジスタを介してエミッタ電流を一定に保つ方法がある場合、トランジスタはコレクタ電流を一定値に調整するように機能します。

BJTのベース-エミッタ接合は、ダイオードと同じようにPN接合にすぎないこと、および「ダイオード方程式」は、順方向の電圧降下と接合温度が与えられた場合にPN接合を流れる電流の量を指定することを忘れないでください。

ダイオード方程式の式

接合電圧と温度の両方が一定に保たれている場合、PN接合電流は一定になります。この理論的根拠に従って、トランジスタのベース-エミッタ間電圧を一定に保つとすると、温度が一定であれば、そのエミッタ電流は一定になります。以下の図の例を検討してください

一定のVBEは、一定のIB、一定のIE、および一定のICを提供します。

この一定のエミッタ電流に一定のα比を掛けると、R _load を介して一定のコレクタ電流が得られます。 R _負荷の変化に対してトランジスタをアクティブモードに保つのに十分なバッテリ電圧が利用可能な場合 の抵抗。

トランジスタのベース-エミッタ接合の両端に一定の電圧を維持するには、順方向にバイアスされたダイオードを使用して約0.7ボルトの定電圧を確立し、下の図のようにベース-エミッタ接合と並列に接続します。

ダイオード接合0.7Vは、一定のベース電圧と一定のベース電流を維持します。

ダイオードの両端の電圧降下は、おそらく正確には0.7ボルトではありません。その両端で降下する順方向電圧の正確な量は、ダイオードを流れる電流とダイオードの温度に依存し、すべてダイオードの式に従います。ダイオード電流が増加した場合（たとえば、R _バイアスの抵抗を減らすことによって） ）、その電圧降下はわずかに増加し、トランジスタのベース-エミッタ接合間の電圧降下が増加します。これにより、ダイオードのPN接合とトランジスタのベース-エミッタ接合がそれぞれによく一致していると仮定すると、エミッタ電流が同じ割合で増加します。他の。言い換えると、トランジスタのエミッタ電流は常にダイオード電流とほぼ等しくなります。 R _バイアスの抵抗値を変更してダイオード電流を変更した場合 、すると、トランジスタのエミッタ電流がそれに追従します。これは、エミッタ電流がダイオードと同じ式で記述され、両方のPN接合で同じ電圧降下が発生するためです。

一般的なトランジスタのα比はほぼ1であるため、トランジスタのコレクタ電流はエミッタ電流にほぼ等しいことを忘れないでください（1）。単純な抵抗調整でダイオード電流を設定することでトランジスタのエミッタ電流を制御できる場合は、トランジスタのコレクタ電流も同様に制御できます。言い換えれば、コレクター電流模倣、またはミラー 、ダイオード電流。

抵抗R _負荷を流れる電流 したがって、はバイアス抵抗によって設定された電流の関数であり、2つはほぼ等しい。これは、カレントミラー回路の機能です。Rの値を便利に調整することにより、負荷抵抗を流れる電流を調整します。 _バイアス 。ダイオードを流れる電流は、電源電圧からダイオード電圧（ほぼ一定の値）を引いたものをR _バイアスの抵抗で割ったものという簡単な式で表されます。 。

2つのPN接合（ダイオード接合とトランジスタのベース-エミッタ接合）の特性をよりよく一致させるために、下の図（a）に示すように、通常のダイオードの代わりにトランジスタを使用することができます。

カレントミラー回路。

温度は「ダイオード方程式」の要素であり、2つのPN接合がすべての動作条件下で同じように動作するようにするため、2つのトランジスタをまったく同じ温度に維持する必要があります。これは、2つのトランジスタのケースを背中合わせに接着することにより、ディスクリートコンポーネントを使用して簡単に行うことができます。トランジスタがシリコンの単一チップ上で一緒に製造されている場合（いわゆる集積回路 、または IC ）、設計者は2つのトランジスタを互いに近くに配置して、それらの間の熱伝達を促進する必要があります。

上の図（a）に2つのNPNトランジスタで示されているカレントミラー回路は、 電流シンクと呼ばれることもあります。 これは、調整トランジスタがバッテリの正側から負荷に流れるように強制するのではなく（「ソーシング」電流）、負荷からグランドに電流を引き込むためです（「シンク」電流）。接地された負荷と現在の調達が必要な場合 ミラー回路では、上の図（b）のようなPNPトランジスタを使用できます。

抵抗器はICで製造できますが、トランジスタの製造は簡単です。 IC設計者は、負荷抵抗を電流源に置き換えることにより、一部の抵抗を回避します。ディスクリートコンポーネントから構築されたオペアンプのような回路には、いくつかのトランジスタと多くの抵抗があります。集積回路バージョンには、多くのトランジスタといくつかの抵抗があります。下の図の1つの電圧リファレンスでは、Q1が複数の電流源（Q2、Q3、およびQ4）を駆動します。 Q2とQ3が等面積トランジスタの場合、負荷電流I _load 等しくなります。 2・I _負荷が必要な場合 、Q2とQ3を並列にします。 Q2の2倍の面積を持つQ3など、1つのトランジスタをより適切に製造します。その場合、現在のI3はI2の2倍になります。言い換えれば、負荷電流はトランジスタの面積に比例します。

複数のカレントミラーを単一の（Q1-Rbias）電圧源からスレーブにすることができます。

複数のカレントミラーのトランジスタシンボルを介してベース電圧線を引くのが通例であることに注意してください。または、上の図のQ4の場合、2つの電流源が1つのトランジスタシンボルに関連付けられています。負荷抵抗は、ほとんどの場合存在しないという事実を強調するために、ほとんど見えないように描かれています。負荷は、多くの場合、別の（複数の）トランジスタ回路です。たとえば、差動増幅器のエミッタのペア、たとえば、「単純なオペアンプ」の第8章のQ3とQ4です。多くの場合、トランジスタのコレクタ負荷は抵抗ではありません。しかし、現在のミラー。たとえば、Q4コレクターのコレクター負荷、Ch 8はカレントミラー（Q2）です。

複数のコレクターを備えたカレントミラーの例については、出力はモデル741オペアンプの第8章のQ13を参照してください。Q13カレントミラー出力は、Q15およびQ17のコレクター負荷として抵抗の代わりになります。これらの例から、集積回路の抵抗よりも負荷としてカレントミラーが好ましいことがわかります。

レビュー：

• カレントミラー は負荷抵抗を流れる電流を調整するトランジスタ回路であり、調整ポイントは簡単な抵抗調整によって設定されます。
• 正確な動作を実現するには、カレントミラー回路のトランジスタを同じ温度に維持する必要があります。ディスクリートトランジスタを使用する場合は、ケースを接着してこれを行うことができます。
• カレントミラー回路には、2つの基本的な種類があります。現在のシンキング 調整トランジスタが負荷をグランドに接続する構成。および現在のソーシング 調整トランジスタが負荷をDC電源の正端子に接続する構成。

関連するワークシート：

• アンプ回路ワークシートのアクティブ負荷
• 差動トランジスタアンプワークシート