Недавно я опубликовал статью, описывающую двунаправленное токовое зеркало, в котором используются всего два транзистора и диод: «Двустороннее зеркало – то есть, токовое зеркало» [1].
Эта схема хорошо работает в некоторых приложениях, например, в показанном в самой статье, но, тем не менее, она имеет ограничения из-за различных эффектов, приводящих к ошибкам, некоторые из которых описаны в [2].
Одним из наиболее важных факторов является «эффект Эрли», который проявляется в значительном нарушении баланса токов, когда падение напряжения на зеркале становится больше пары вольт. К счастью, способ устранения эффекта Эрли был придуман еще в 1967 году Джорджем Р. Уилсоном, инженером-разработчиком микросхем из компании Tektronix. Простое, но гениальное решение Уилсона заключалось в добавлении к базовому токовому зеркалу третьего транзистора – Q3 на Рисунке 1.
 | |
| Рисунок 1. | Зеркало Уилсона улучшает точность благодаря добавленному транзистору Q3, несмотря на эффект Эрли. |
Благодаря транзистору Q3 разность падений напряжения на активных транзисторах токового зеркала Q1 и Q2 никогда не превышает одного напряжения база-эмиттер VBE, что снижает ошибку от эффекта Эрли до менее чем 1%. На Рисунке 2 показан вариант базового двухстороннего токового зеркала с дополнительным транзистором Уилсона, повышающим точность.
 | |
| Рисунок 2. | Двустороннее токовое зеркало с улучшением Уилсона. |
Это преимущество используется в генераторе треугольных импульсов на Рисунке 3, позволяя достичь хорошей симметрии импульсов, несмотря на то, что на зеркало может подаваться напряжение, достигающее 10 В.
 | |
| Рисунок 3. | Элементы D1, Q3, Q4 и Q5 образуют двустороннее токовое зеркало Уилсона. Оно пассивно проводит ток коллектора Q2 в конденсатор C1 через переход база-коллектор транзистора Q3, когда напряжение на выходе OUT отрицательно относительно VC1, но становится активным инвертирующим источником тока с единичным усилением, когда напряжение OUT становится положительным и меняет полярность. Соблюдайте условие VIN < 4 В, чтобы транзистор Q2 не насыщался при отрицательных пиках выходного сигнала. |
Зеркало Уилсона – лучший выбор для схемы на Рисунке 3, но не всегда это лучший вариант. Это связано с тем, что, когда зеркало активно, третий транзистор добавляет к минимальному падению напряжения дополнительное напряжение VBE. В случае схемы на Рисунке 3 это не проблема, поскольку она работает от 15 В, но в схеме из предыдущей статьи [1] с ее генератором, питающимся от 5 В, это было бы проблемой. К счастью, по той же причине, здесь уже не был большой проблемой и эффект Эрли.
Каждому свое?