В мае 2025 года в рубрике EDN Конструкторские идеи был опубликован мой проект топологии пассивного двустороннего токового зеркала [1], которое, по аналогии с оптическими двусторонними зеркалами, может отражать или пропускать.

Эта конструкция состоит всего из двух биполярных транзисторов и одного диода. Но хотя ее простота и хороша, о ее симметрии этого не скажешь. Иными словами, для некоторых приложений она недостаточно точна.

К счастью, как это часто бывает, когда точность аналоговой схемы недостаточна, а требуемые характеристики не могут быть снижены, решение может заключаться в добавлении rail-to-rail операционного усилителя. Затем, если мы заменим биполярные транзисторы двумя точно подобранными токоизмерительными резисторами и одним MOSFET, то в результате получим активное двустороннее токовое зеркало (active two-way current mirror, ATWCM), показанное на Рисунке 1.

Рисунок 1.	Активное двустороннее зеркало втекающего/вытекающего тока. Входной ток отражается как втекающий ток, когда диод D1 смещен в прямом направлении, и передается как вытекающий ток, когда диод D1 смещен в обратном направлении.

На Рисунке 2 показано, как работает ATWCM, когда диод D1 смещен в прямом направлении, переводя его в зеркальный режим.

Рисунок 2.	При работе ATWCM в зеркальном режиме втекающий ток I1 создает напряжение VR, которое вынуждает A1 управлять транзистором Q1 так, чтобы токи отражались зеркально: I2 = I1.

Работа ATWCM в зеркальном режиме предельно проста. Напряжение V_R = I₁R на неинвертирующем входе усилителя A1 заставляет транзистор Q1 проводить такой ток I₂, чтобы I₂R = I₁R.

Следовательно, если резисторы равны, параметры, ограничивающие точность усилителя A1 (напряжение смещения, произведение усиления на полосу пропускания, входные токи, токи смещения и т. д.), достаточно малы, и транзистор Q1 не насыщается, то I₁ = I₂ настолько точно, насколько вам нужно.

Ладно, я соврал. На самом деле, работа ATWCM в режиме пропускания еще проще, как показано на Рисунке 3.

Рисунок 3.	ATWCM в режиме пропускания. При обратном смещении диода D1 току I1 некуда деваться, кроме как течь через резисторы и (насыщенный и инвертированный) транзистор Q1, откуда он передается обратно как I2.

Благодаря току I₁, протекающему через цепь сопротивлением 2R, на выходе усилителя A1 устанавливается положительное напряжение, которое насыщает транзистор Q1, обеспечивая току обратный путь к выводу I₂. Поскольку транзистор Q1 смещен в обратном направлении, его паразитный диод будет замыкать цепь от I₁ к I₂ до тех пор, пока усилитель A1 не возьмет управление на себя. A1 только выполняет функцию компаратора.

Переверните диод D1 и замените транзистор Q1 на p-канальный, и, конечно же, получится зеркало вытекающего/втекающего тока, показанное на Рисунке 4.

Рисунок 4.	Двустороннее зеркало вытекающего/втекающего тока с диодом D1, перевернутым в противоположном направлении, и транзистором Q1, замененным на p-канальный.

На Рисунке 5 показана схема из Рисунка 4, дополненная выходным мультивибратором, формирующим симметричные треугольные и прямоугольные импульсы с размахом от шины до шины.

Рисунок 5.	Точная симметрия треугольных и прямоугольных импульсов является результатом симметрии, присущей схеме двустороннего зеркала A1-Q2.

1. Datasheet Texas Instruments LMC555