Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stromspiegel diskret


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von kurzschlusselektriker (Gast)


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Hallo,

ich möchte einen Stromspiegel diskret mit Transistoren aufbauen.

Dafür muss ich natürlich die Transistoren so gut wie möglich matchen und 
auch eine thermische Kopplung herstellen.

Ich weiß bloß nicht, wie genau ich die Transistoren selektiere.

Auf was muss ich achten?

- Gleiche Stromverstärkung?
- Gleiche Ube?

Oder bestenfalls beides?

Ich vermute mal, dass eine gleiche Basis-Emitter-Spannung wichtiger ist, 
als eine gleiche Stromverstärkung. Lieg ich da richtig?

Viele Grüße
Kurzschlusselektriker

von IUnknown (Gast)


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Beide hängen zusammen, können aber in gewissem
Maße gegeneinander ausgetauscht werden.

Ideal ist natürlich beide zu matchen. Geht dies
nicht, kann man sich behelfen:

Finde den Kollektor-Stromfluss in deinem Arbeitspunkt.
Dieser benötigt einen gewissen Basisstrom und
dieser wiederrum eine gewisse Basisspannung:
1
Ic = h_fe * Ib
2
Ic = h_fe * Is * exp(Ub / (n*Ut))

Solange für das selbe Ub das selbe Ic rauskommt
kannst du zwischen gain (h_fe) und BE-Spannung
(Is und n) rumexperimentieren.

Zusätzlich kannst du das ganze linearisieren
indem du einen kleinen Widerstand in die Emitterleitung
baust:
https://en.wikipedia.org/wiki/Common_emitter#Emitter_degeneration

von Armin X. (werweiswas)


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kurzschlusselektriker schrieb:
> Hallo,
>
> ich möchte einen Stromspiegel diskret mit Transistoren aufbauen.
>

Dafür gibts/gabs die Doppeltransistoren MAT01 und MAT02

MfG

von oszi40 (Gast)


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Stromverstärkung ist nicht alles, sie sollten auch thermisch die selben 
Bedingungen haben, sonst läuft einem die Stromverstärkung weg. Deswegen 
besser Doppeltransistoren.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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kurzschlusselektriker schrieb:

> ich möchte einen Stromspiegel diskret mit Transistoren aufbauen.

Weil ... ?

> Dafür muss ich natürlich die Transistoren so gut wie möglich matchen und
> auch eine thermische Kopplung herstellen.

Wirklich gut wird das nur mit monolithischen Doppeltransistoren bzw. 
Transistor-Arrays wie z.B. CA3046.

> Ich weiß bloß nicht, wie genau ich die Transistoren selektiere.
>
> - Gleiche Stromverstärkung?
> - Gleiche Ube?
>
> Oder bestenfalls beides?

Ja.

> Ich vermute mal, dass eine gleiche Basis-Emitter-Spannung wichtiger
> ist, als eine gleiche Stromverstärkung. Lieg ich da richtig?

Der Einfluß ist jeweils der gleiche: das Spiegelverhältnis weicht von 
1:1 ab. Aus dem Bauch heraus würde ich vermuten, daß eine besser 
gematchte U_be ein stabileres Verhalten bei Temperaturänderung ergibt. 
Diese Frage wäre mal eine, die man mit einer Simulation gut untersuchen 
könnte.

Ansonsten ist es eher nicht hilfreich, wenn man Schaltungskonzepte, die 
für integrierte Schaltungen entwickelt wurden, 1:1 diskret nachzubauen 
versucht. Man sollte die Konzepte dann entsprechend anpassen. Beim 
Stromspiegel z.B. durch die schon genannten Widerstände in den 
Emitterleitungen. Damit kann man dann auch gezielt Spiegelverhältnisse 
ungleich 1:1 einstellen.

von Volker S. (sjv)


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von Jan K. (keksstein)


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von Soul E. (Gast)


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Armin X. schrieb:

> Dafür gibts/gabs die Doppeltransistoren MAT01 und MAT02

Für den Hausgebrauch tut es oft auch ein BC846BDW. Das sind zwei Systeme 
in einem Gehäuse, die zwar nicht explizit gepaart wurden, aber im Wafer 
nebeneinander gesessen haben.

von kurzschlusselektriker (Gast)


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Danke schonmal für die vielen Antworten.

IUnknown schrieb:
> Zusätzlich kannst du das ganze linearisieren
> indem du einen kleinen Widerstand in die Emitterleitung
> baust:
> https://en.wikipedia.org/wiki/Common_emitter#Emitter_degeneration

Ein Emitterwiderstand ist eine sehr gute Idee. Danke für den Link.

Axel S. schrieb:
> Ansonsten ist es eher nicht hilfreich, wenn man Schaltungskonzepte, die
> für integrierte Schaltungen entwickelt wurden, 1:1 diskret nachzubauen
> versucht. Man sollte die Konzepte dann entsprechend anpassen. Beim
> Stromspiegel z.B. durch die schon genannten Widerstände in den
> Emitterleitungen. Damit kann man dann auch gezielt Spiegelverhältnisse
> ungleich 1:1 einstellen.

Klar, ein integrierter Stromspiegel ist natürlich in jeder Hinsicht 
besser und auch die einfachste, billigste, schnellste Lösung.
Aber ich möchte einen Stromspiegel gerne diskret aufbauen und schauen 
wie gut ich das hinbekomme, im Vergleich zu einem integrierten.

Um es so gut wie möglich hinzubekommen, werde ich die Transistoren dann 
auf Ube und auf Stromverstärkung selektieren.
Zuerst werde ich die Transistoren auf gleiche Basis-Emitter-Spannung 
selektieren, und dann danach die Stromverstärkung bestimmen.

Noch eine Frage: Viele Multimeter haben einen Transistortester 
integriert, mit dem man auch die Stromverstärkung messen kann.
In welchem Strombereich arbeiten die handelsüblichen Multimeter dabei?
h_fe variiert ja, je nach Belastung.

von Wolfgang (Gast)


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kurzschlusselektriker schrieb:
> In welchem Strombereich arbeiten die handelsüblichen Multimeter dabei?

Im handelsüblichen Bereich, so wie in den technischen Daten angegeben. 
Da das Multimeter per Batterie betrieben wird, darf der Kollektorstrom 
nicht mehr als ein paar Milliampere betragen.

von Udo K. (Gast)


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Soul E. schrieb:
> Armin X. schrieb:
>
>> Dafür gibts/gabs die Doppeltransistoren MAT01 und MAT02
>
> Für den Hausgebrauch tut es oft auch ein BC846BDW. Das sind zwei Systeme
> in einem Gehäuse, die zwar nicht explizit gepaart wurden, aber im Wafer
> nebeneinander gesessen haben.

Die Genauigkeit hängt wesentlich vom Unterschied in VBE ab,
die Stromverstärkung spielt nur eine kleine Rolle.
18 mV Unterschied sind ein Faktor 2 im Strom.
Das entspricht ca. 9 Grad Unterschied in der Temperatur.
Es gibt auch gepaarte BC846 mit +-2mV Unterschied in VBE.
Für eine Bastelschaltung OK, aber für Präzision nimm lieber
eine OPV Schaltung.

von Lurchi (Gast)


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Für Stromspiegel gibt es passende Doppeltransistoren BCV61/62.

Der wesentliche Punkt ist UBE matching, nicht hfe. hfe wird erst 
wesentlich bei den komplizieren Formen mit 3 und 4 Transistoren.

von Michael M. (michaelm)


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Literatur-Empfehlung:

http://alt.ife.tugraz.at/LV/AST/RQ.pdf

und natürlich die Herren "Tietze und Schenk"

von Elliot (Gast)


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kurzschlusselektriker schrieb:
> Um es so gut wie möglich hinzubekommen, werde ich die Transistoren dann
> auf Ube und auf Stromverstärkung selektieren.

Ein einfacher 2 Tr.-Stromspiegel hat schon wegen des 2-fachen 
Basisstroms, der auf der Referenzseite fließt, einen merklichen Fehler. 
Den kannst durch Paarung der Transistoren nicht verhindern. Um das zu 
verringern gibt es aufwendigere Konstruktionen mit 3 oder mehr 
Transistoren (z.B. Widlar).

Ein weiterer bisher ungenannter Einfluß ist die Uce. Der Early-Effekt 
wird dir das Spiegelverhältnis schön versauen, falls die Uce nicht genau 
gleich sind. Das Problem kann man mit Stromgegenkopplung 
(Emitterwiderstand) verringern.

von kurzschlusselektriker (Gast)


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Elliot schrieb:
> Ein einfacher 2 Tr.-Stromspiegel hat schon wegen des 2-fachen
> Basisstroms, der auf der Referenzseite fließt, einen merklichen Fehler.
> Den kannst durch Paarung der Transistoren nicht verhindern. Um das zu
> verringern gibt es aufwendigere Konstruktionen mit 3 oder mehr
> Transistoren (z.B. Widlar).

Ja, daran hatte ich auch schon gedacht.
Ich werde denke ich einen Wilson-Stromspiegel aufbauen mit 
Emitterwiderständen.

Vorher spiel ich noch etwas in LTSpice rum, im Tietze-Schenk habe ich 
etwas von einer Monte-Carlo-Simulation gelesen um Bauteilwerte zu 
variieren. Da  werd ich mich mal noch etwas einlesen müssen.

Vielen Dank an alle.

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