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Circuits Analogiques CHAPITRE 5: Les Miroirs de Courant
BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant CHAPITRE 5: Les Miroirs de Courant Circuits Analogiques 1/18 BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant D’expliquer l’intérêt de la charge active dans le cas d’un amplificateur différentiel D’expliquer le principe et l’intérêt de la charge active dans le cas général D’expliquer le principe et les limitations du miroir de courant A la fin de ce chapitre, vous devez être capable: Objectifs 2/18 7. Exercices 6. Points clé 5. Utilisation en charge active 4. Les sources d’erreur BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant 3. Ajustement du courant recopié 2. Miroir à branches multiples 1. Principe du miroir de courant Sommaire 3/18 Q2 IB=0 VBE IB=0 IC2=IC1=Iref charge Q1 IC1=Iref Iref BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant Comment réduire les erreurs de recopie? Comment ajuster la valeur du courant recopié? Comment obtenir de multiples recopies du courant Iref? Idée de base: deux transistors identiques ayant une même tension de commande VBE (ou VGS) sont parcourus par le même courant de collecteur IC (ou de drain ID) Objectif: réaliser de multiples sources de courant à partir d’un courant unique (référence) 1. Principe du miroir de courant 4/18 7. Exercices 6. Points clé 5. Utilisation en charge active 4. Les sources d’erreur BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant 3. Ajustement du courant recopié 2. Miroir à branches multiples 1. Principe du miroir de courant Sommaire 5/18 Qnp Qnn Q3n Q2p Q2n Version bipolaire Q3p VCC Q1n Iref Q1p Mnn M3p M2n Version MOS M3n M2p BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant Mnp VDD Il suffit de multiplier les transistors connectés sur le transistor de référence Q1 2. Miroir à branches multiples M1n Iref M1p 6/18 7. Exercices 6. Points clé 5. Utilisation en charge active 4. Les sources d’erreur BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant 3. Ajustement du courant recopié 2. Miroir à branches multiples 1. Principe du miroir de courant Sommaire 7/18 Q2b Q2a N x Iref Q1 Iref IsQ2 = α IsQ1 AEQ2 = α AEQ1 α Q2 En utilisant des transistors différents Q2x N en parallèle Par mise en parallèle α Iref C B BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant Q1 Iref R2 Q2 R1 ≈ -------- ⋅ Iref R2 AE E Q1 R1 Iref Par résistance de dégénérescence 3. Ajustement du courant recopié 8/18 7. Exercices 6. Points clé 5. Utilisation en charge active 4. Les sources d’erreur BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant 3. Ajustement du courant recopié 2. Miroir à branches multiples 1. Principe du miroir de courant Sommaire 9/18 VCEQ2 Q2 IC2=Iref + ∆I charge Q1 IC1=Iref Iref IC VCEQ1 BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant VCEQ1 ∆I Le transistor Q2 n’est pas une source idéale 4. Les sources d’erreur VCEQ2 10/18 VCE go = 0 Q1,Q2 Iref-(N+1)IB IB Q2a IB IB (N+1)IB Q1 Iref-(N+1)IB Iref Ce problème n’existe pas avec les MOS (N+1)IB ( N + 1 ) ⋅ IB ----------------------------β VCC Remède: BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant IC Q1 ≠ Iref or, c’est le courant de collecteur qui est recopié N transistors connectés Q2x IB Q2b Iref-(N+1)IB Les courants de base ne sont pas nuls 4. Les sources d’erreur Iref-(N+1)IB Q1 11/18 ( N + 1 ) ⋅ IB Iref – ----------------------------β Iref 7. Exercices 6. Points clé 5. Utilisation en charge active 4. Les sources d’erreur BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant 3. Ajustement du courant recopié 2. Miroir à branches multiples 1. Principe du miroir de courant Sommaire 12/18 Ve VCC ! Vs VCC = 50V !!! BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant Forte valeur de Rc en petits signaux (AC) Faible chute de tension en continu (DC) AV =-1000 AV = - 40 (VCC - VCE) = - 20 VCC polarisation optimale: VCE ≈ VCC / 2 AV = - 40 Rc IC Il faut pouvoir combiner: Rc Le problème de la charge résistive 5. Utilisation en charge active 13/18 ICQ2 Q1 Q2 Vs Iref Q2ref IC = Cte DC IC = Cte Equivalent de Q2 BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant 14/18 Req = 1/go AC Req = 1/go Forts gains réalisables sous faible tension VCC – 40 ⋅ IC Q2 – g m Q1 Av Q1 = ------------------------------------------ = ---------------------------------------- ≈ – 20 ⋅ VA indépendant de VCC!! IC Q2 IC Q2 ( go Q1 + go Q2 ) ---------------- + ---------------VA Q1 VA Q2 Transistor de gain Ve Chage active VCC Principe de la charge active 5. Utilisation en charge active +Vd/2 VCC ∆i VSS Q1a Q2a IEE Q1b -∆i ∆i Q2b -Vd/2 2∆i Iout BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant 15/18 * Single-ended: tension référencée à la masse Gain différentiel doublé Iout = 2∆i Avec charge active: Iout = ∆i Sans charge active: Conversion différentiel vers single-ended*: cas du mode différentiel 5. Utilisation en charge active ∆i Q1a Q2a VSS REE Vmc VCC IEE Q1b ∆i α∆i Q2b Vmc (α-1)∆i Iout BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant générateur IEE (REE>>) l’importance de la qualité du mode commun non nul d’où Dispersions entre Q2a et Q2b: Conversion différentiel vers single-ended: cas du mode commun 5. Utilisation en charge active 16/18 BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant 17/18 Les miroirs de courant permettent aussi de réaliser une conversion différentiel vers single-ended tout en conservant le gain nominal de la paire différentielle. Du fait du fort gain réalisé et des dispersions dans les composants, un étage avec charge active nécessite la mise en oeuvre d’une régulation du point de repos et ne peut être utilisé seul en pratique. La charge active permet de décorréler les régimes de polarisation et de signal, offrant ainsi la possibilité d’obtenir un fort gain sous une faible tension d’alimentation. La résistance de charge dans le collecteur (drain) d’un transistor peut être remplacée par un miroir de courant qui polarise le dispositif et constitue une charge active. Il est possible d’obtenir des courants recopiés différents du courant de référence par mise en parallèle de transistors, modulation des aires d’émetteur ou dégénérescence par résistance d’émettéur. Dans le cas de recopies multiples, il est nécessaire de compenser les erreurs dues aux courants de base. Le miroir de courant est basé sur la recopie du VBE issu d’un transistor polarisé à un courant donné (référence) vers de multiples transistors (utilisation). La valeur exacte du VBE importe peu, l’appariement des transistors est primordial. 6. Points clé BRS - N3/U3 - Sept 2004 - Les miroirs de courant en technologie CMOS (on dispose de NMOS et de PMOS) 6: Redessiner la paire différentielle du transparent 16/18 4: Retrouvez l’expression du gain Av (rbb’=0) AN: Ic=1mA, VA=100V, β=100 5: Proposer un circuit pour réaliser la source IEE d’une paire différentielle 3: 6.43 p570 du SEDRA-SMITH 2: D6.50 p571 du SEDRA-SMITH 1: D6.40 p570 du SEDRA-SMITH (dernière question optionnelle) 7. Exercices 18/18
