Hallo zusammen, ich habe einmal eine Frage zu Stromspiegeln. Wir diskutieren in meiner Ausbildung gerade Vor- und Nachteile von der Verwendung von Stromspiegeln. Bei den Nachteilen tue ich mich ein wenig schwer. Um den Stromspiegel möglichst gut hinzubekommen, müssen die Transistoren absolut gleich sein. Das gibts natürlich nicht. Das wäre sicher ein Nachteil, aber gib es noch mehr Nachteile von Stromspiegeln? Würde mich freuen, wenn mir der ein oder andere ein paar Anregeungen und Denkanstöße geben könnte. Gruß Armin
Da man Stromspiegel meistens integriert, ist das mit den Transistorparametern kein Problem. (Da dicht nebeneinander auf einem Wafer liegende Transistoren mit hoher Wahrscheinlichkeit die gleichen Paramater haben und im Betrieb die gleiche Temperatur.)
Hallo, eine konkrete Anwendung war oder ist nicht vorgegeben. Die Diskussion ist erst einmal allgemein, wobei im Folgenden das Augenmerk auf Differenzverstäger gelegt wird, bei welchen dann die Stromspiegel zum Einsatz kommen. Gruß Armin
Hallo zusammen, ich habe mal noch eine Frage. Bei einem Differenzverstärker mit 2 NPN Transistoren kommen zwei Kollektorwiderstände zum Einsatz. Diese beiden Widerstände kann man auch durch einen Stromspiegel ersetzen. Was ist der Vorteil des Stromspiegels gegenüber den Widerständen? Kann mir da jemand etwas zu sagen? Grüße Armin
> Das gibts natürlich nicht.
Es gibt aber zwei Transistoren in einem Gehaeuse, teilweise sogar
bereits als Stromspiegel geschaltet. Die sind dann genau genug.
Olaf
> Bei einem Differenzverstärker mit 2 NPN Transistoren kommen zwei > Kollektorwiderstände zum Einsatz. Diese beiden Widerstände kann man > auch durch einen Stromspiegel ersetzen. Was ist der Vorteil des > Stromspiegels gegenüber den Widerständen? - Mit dem Stromspiegel erreicht man eine sehr viel höhere Differenz- verstärkung. - Transistoren lassen sich leichter integrieren als Widerstände.
Hallo, >- Mit dem Stromspiegel erreicht man eine sehr viel höhere Differenz- > verstärkung. Warum ist die Differenzverstärkung mit dem Stromspiegel größer als mit Widerständen? Weil der Strom in beiden Zweigen genauer ist? Mit genauer meine ich, dass die Differenz der Ströme kleiner ist, als wenn man Widerstände nimmt. Gruß Armin
Hallo, hab gleich mal noch ne Frage zum Thema. Ich will einen vorhandenen Strom (<= 100µA) verdoppeln/verdreifachen und das möglichst sehr schnell. Das Ganze sollte sehr temperaturstabil sein und richtig ordentlich schnell (>= 50MHz). Das kann ich doch mit einem Stromspiegel/-Kaskade erreichen oder? Ich brauche sicherlich ein Hilfspotential, da es sich um eine niederohmige Stromquelle handelt und die Transistoren doch erst ab 0,5V loslegen. (Eine genaue Temperierung wäre auch vorhanden um die Transistoren auf gemeinsame Temperatur zu bringen.) Gruß Alexander
>Warum ist die Differenzverstärkung mit dem Stromspiegel größer als mit >Widerständen? Weil der Strom in beiden Zweigen genauer ist? Nein. Wo von haengt die Verstaerkung einer Transistorstufe ab ? Sie haengt von der Steilheit des Transistor und von seinem Kollektorwiderstand ab. Die Steilheit eines Transistors S berechnet sich mit folgender Formel: S = IC/UT (in Siemens) IC = Der Kollektorstrom im Arbeitspunkt. UT = Die Temperaturspannung 25mV bei Raumtemperatur. Damit kann man jetzt die Verstaerkung der Stufe ausrechnen. V = S * RC. Beispiel: RC = 6KOhm , IC = 1mA Das ergibt eine Steilheit von 1mA / 25mA = 40mS bei einem RC von 6K ergibt sich eine V = 40mS * 6K = 240 fache Verstaerkung. Man sieht das die Verstaerkung von RC abhaengig ist. Wenn man jetzt den RC hochohmiger macht und trotzdem 1mA fliessen laesst bekommt man auch eine hoehere Verstaerkung. Wie kann man jetzt 1mA fliessen lassen und den RC groesserwerden lassen. Dazu gibt es 2 moeglichkeiten. Die 1. Die Betriebsspannung erhoehen. Doppelte Betriebspannung -> doppelter RC - > doppelte Verstaerkung. Die 2. Mit hilfe einer Stromquelle. Eine Stromquelle hat per definition ja einen unendlichen hohen Innenwiderstand. Wenn man jetzt diese Stromquelle in den Kollektor schaltet dann fliessen ja weiterhin die 1mA aber der Kollektorwiderstand ist ja theoretisch unendlich. Also geht die Spannungsverstaerkung auch gegen unendlich. Bei Stromquellen mit realen Transistoren ist der Innenwiderstand aber nicht unendlich. Folglich strebt die Verstaerkung der Stufe gegen einen Grenzwert. Bei normalen Transistoren liegt dieser Kollekorinnenwiderstand in der Groessenordnung von einigen 500KOhm. V= S * (500K || 500K) = 10000 fach Diese Abhaengigkeit des Kollektorstromes von der Kollektorspannung wird auch als Early Spannung oder Early Effekt bezeichnet. Bei der Berechnung muss man allerdings aufpassen das der innere Kollektorwiderstand des Verstaerkertransistors und des Stromquellentransistors parallel geschaltet sind. Das sollte es erklaeren warum der Differenzverstaerker mit Stromspiegel (Stromquellen) eine hoehere Verstaerkung besitzt als mit ohmischen Widerstaenden. Gruss Helmi
Helmut war mal wieder schneller und hat die richtige Erklärung gegeben. Ich habe die Sache unabhängig davon von einer etwas anderen Seite betrachtet und poste meine Erklärungen deswegen ergänzend zu Helmuts: Die Spannungsverstärkung des Differenzverstärkers ist umso größer, je größer die Kollektorwiderstände gewählt werden. Mit der Vergrößerung der Widerstände verliert man aber an Gleichtaktaussteuerbarkeit: Bei zu großen Widerständen geraten die Transistoren schon bei geringen (Gleichtakt-)Eingangsspannungen in die Sättigung, selbst dann, wenn die Differenzspannung 0 ist, da der Strom I0 der Konstantstromquelle an den Emittern auch durch die Widerstände fließen muss und dort einen hohen Spannungsabfall verursacht. Ersetzt man die beiden Widerstände jeweils durch eine Konstantstrom- quelle mit I0/2, fließt bei Differenzspannung 0 kein Strom "seitlich" aus dem Differenzverstärker heraus oder in diesen hinein, der Nullpunkt der Ausgangsspannung kann also durch die externe Beschaltung (bspw. einen Lastwiderstand gegen die positive Versorgungsspannung) fast beliebig festgelegt werden. Liegt dieser Nullpunkt oberhalb der maximal auftretenden Gleichtakteingangsspannung, gehen die Transistoren nicht in die Sättigung. Da aber der Innenwiderstand der Stromquellen theoretisch unendlich ist, erreicht man (ebenfalls theoretisch) eine beliebig hohe Spannungsverstärkung, die nur von der Belastung der Ausgänge begrenzt wird. In die Sättigung gehen die Transistoren dabei nur dann, wenn die Differenzspannung an den Eingängen einen gewissen Wert überschreitet. Dieser Fall tritt aber in der Praxis nicht auf, weil die Differenz- spannung bei typischen Anwendungen, wo hohe Verstärkungen gefordert sind (bspw. bei Operationsverstärkern), ausreichend klein ist. Das Problem bei den beiden kollektorseitigen Konstantstromquellen liegt darin, dass sie jeweils sehr genau auf I0/2 eingestellt werden müssen. Benötigt man nur einen der beiden Ausgänge des Differenzverstärkers (asymmetrischer Betrieb), kann man die beiden Stromquellen durch einen Stromspiegel ersetzen, der den Strom des nicht als Ausgang benutzten Kollektors auf die andere Seite spiegelt, so dass bei einer Differenz- spannung von 0 in beiden Zweigen des Differenzverstärkers automatisch der gleiche Strom, nämlich I0/2 fließt. Bei der Differenzspannung 0 ist damit der Ausgangsstrom auch ohne Abgleicharbeiten ebenfalls 0. Bei Operationsverstärkern wird der Differenzverstärkerausgang aber meist nicht hoch- sondern niederohmig abgegriffen und damit der Differenz- verstärker mit Stromspiegel als Differenzspannungs-Strom-Wandler genutzt. Dadurch erreicht man eine maximale Gleichtaktaussteuerbarkeit. Der Ausgangsstrom des Differenzverstärkers wird durch nachfolgende Verstärkerstufen wieder in eine Spannung umgewandelt, wobei die Gesamtspannungsverstärkung weiter erhöht wird.
@Alexander Liebhold: Am besten fängst du mit deiner Frage einen neuen Thread an. Sonst ensteht in diesem Thread angesichts der nicht ganz trivialen Themen zu viel Durcheinander.
Hallo, vielen Dank für die ausführlichen Erklärungen!!! Eine Sache habe ich dabei aber noch nicht so ganz verstanden und zwar das mit der Early-Spannung. >Diese Abhaengigkeit des Kollektorstromes von der Kollektorspannung wird >auch als Early Spannung oder Early Effekt bezeichnet. Wenn man die Kennlinien eines Transistors verlängert, scheiden sie sich alle in einem Punkt. Dieses ist dann die Early Spannung, wenn ich das richtig verstanden habe. Das mit dem Vorteil der Stromquelle gegenüber einem Widerstand wegen des höheren Kollektorwiderstandes ist mir auch klar geworden, aber wie das dann widerum mit der Early-Spannung zusammenhängt kapier ich noch nicht ganz. Gruß Armin
Der innere Kollektorwiderstand rce kann man aus der Earlyspannung und dem Kollektorstrom berechnen. rce = UA/IC UA = Earlyspannung IC = Kollektorstrom Die Steilheit berechnet sich ja zu S = IC/UT Die Verstärkung der Stufe berechnet sich V = S*(RC || rce) Beim Grenzübergang RC -> unendlich V = S*rce Denn obigen Ausdruck für rce dort eingesetzt V = UA/UT Das ist die maximal erreichbare Spannungsverstärkung bei der Emitterschaltung. Bei einer typischen Earlyspannung von 100V bei NPN Transistoren und UT von 25mV ergibt sich: V = 100V / 25mV = 4000 fach Gruss Helmi
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