Necesito hundir 20-60 microamperios constantes desde el terminal de entrada inversora de un amplificador operacional para aumentar un poco el voltaje de salida. Este es un circuito de bastante baja velocidad, con poca potencia espectral por encima de 2 MHz. La resistencia de retroalimentación que estoy usando es de 2000 ohmios, por lo que esto traduciría la salida hacia arriba en 40-120 mV. La traducción de voltaje exacta que necesito depende de algunas mediciones que aún tengo que hacer, pero estoy seguro de que estará en este rango. Tampoco estoy dispuesto a cambiar la impedancia del circuito del amplificador operacional.
Creo que un espejo de corriente es la técnica adecuada para hundir esta corriente de 20-60 uA, pero no estoy seguro de qué topología sería la mejor para mi aplicación específica. Espero una precisión superior al 5% de la corriente de salida.
Aquí está el circuito que tengo, con el espejo actual actualmente configurado como fuente Widlar. El amplificador operacional en la parte superior es el que necesita el sumidero actual. En este circuito, In- e In+ se amplifican uno al otro con una ganancia de 3. Es como los dos amplificadores operacionales de entrada de un amplificador de instrumentación de tres amplificadores. Luego, las dos salidas se envían a un comparador. Estoy tratando de extraer solo un poco de corriente del nodo de entrada de inversión del amplificador operacional superior para cambiar la salida de entrada hacia arriba. No quiero usar solo una resistencia para hacerlo ... arruinaría el rechazo de modo común de todo. Se supone que In- está en el rango de 2.0-2.5V, y no necesito un gran rechazo de modo común, pero detesto arruinar el CMRR de esa manera colgando una resistencia allí, sin importar cuán pequeño sea. disipar la corriente que estoy tratando de lograr.
Todas las resistencias en este circuito de amplificador operacional tienen una tolerancia del 1% (ya que son baratas), pero estoy tratando de evitar el uso de transistores NPN combinados (ya que son caros y algo anticuados). Por lo tanto, creo que la mala coincidencia de los transistores en el espejo actual será el mayor contribuyente al error en la corriente de salida. Pensé que usaría un tipo 2N3904 dual (no coincidente).
¿Qué topología de espejo actual debo usar para lograr este 5% de precisión? 20 microamperios suena pequeño, así que pensé que la fuente de corriente de Widlar podría ser apropiada, pero el circuito de Widlar obviamente excluye el uso de resistencias de degeneración de emisor dual que me gustaría incluir para compensar cualquier diferencia en la ganancia de los transistores no emparejados.
Entonces, ¿cuál debo probar y por qué?
Se me ocurrió un diseño que me satisface lo suficiente como para construirlo y probarlo... tiene un enfoque híbrido donde hay resistencias de degeneración de emisor dual pero de diferentes valores. Aquí hay una imagen del circuito en un pequeño accesorio de prueba en LTspice:
La idea del dispositivo de prueba es que debe extraer alrededor de 60 microamperios de una fuente de 2000 ohmios. No simulé ninguno de los amplificadores operacionales, solo esta cosa particular de la red de polarización. Entonces, el disipador de corriente termina reduciendo el voltaje en el nodo de salida entre R3 y R5, en lugar de aumentar el voltaje en la salida del amplificador operacional, pero debería ser lo suficientemente similar.
Aquí lo conecté a una fuente de voltaje "PULSE" que va de 2.5V a 2.4V... Esto es similar a la entrada de mi sistema. Realmente solo me importa mucho la precisión de CC, ya que esta es una buena prueba. Soy consciente de lo horribles que son las formas de onda de PULSO por partes, pero pensé que estaría bien. Aquí hay una captura de las formas de onda de voltaje y corriente de salida. Muestra la forma de onda de voltaje del pulso de entrada en la parte superior y la misma forma de onda de voltaje en el nodo después de la resistencia de 2000 ohmios (es decir, entre R5 y R3) debajo. También se muestra la forma de onda actual a través de R3: ¡ No está mal! Creo que esta bien.
Ahora déjame poner una ventaja de 10 ns y ver qué pasa. No espero tener nada tan rápido, pero intentemos solo por diversión: bueno, está mal básicamente en un 50 % en el pico, y el error dura como más de 50 nanosegundos, pero evidentemente suaviza el borde en el nodo de salida y le da esta apariencia tipo RC. ¡Estoy bien con esto! Mi circuito es muy lento.
Ahora, con las resistencias de degeneración de emisor dual, creo que la precisión será lo suficientemente buena con el paquete 2N3904 dual no emparejado, aunque no sé cómo probar esto con LTspice. Lo mejor de todo es que tenía resistencias de 47, 470 y 30k ohmios en mis "partes estándar" (así como el 2N3904 dual), por lo que puedo implementar este circuito a un costo muy bajo en el sistema más grande. ¡Excelente! Lo probaré y espero que funcione bien. Intentaré probarlo primero con 2N3904 separados que elegiré para que coincidan particularmente mal . Con suerte, la precisión de la corriente de salida seguirá estando bien en este caso. Si es así, sabré que será tan bueno si uso el 2N3904 dual.
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