Was ist ein aktueller Spiegel?
Ein Stromspiegel ist eine Art elektrisches Schaltungsdesign, bei dem der Stromfluss in einem Abschnitt der Schaltung verwendet wird, um den Stromfluss in anderen Abschnitten so zu regeln, dass sich die Ausgabe von zwei oder mehr Regionen in ihrem Wert gegenseitig widerspiegeln. Stromspiegelschaltungen werden üblicherweise mit bipolaren Sperrschichttransistoren (BJT) wie dem NPN-Transistor konstruiert, bei denen eine positiv dotierte (P-dotierte) Halbleiterbasis zwischen zwei negativ dotierten (N-dotierten) Siliziumschichten angeordnet ist. Diese Transistoren wurden speziell entwickelt, um den Stromfluss zu verstärken oder zu schalten. In einigen Designspezifikationen für Stromspiegel kann der NPN-Transistor als invertierender Stromverstärker fungieren, der die Stromrichtung umkehrt, oder er kann einen variierenden Impulsstrom durch Verstärkung regulieren, um Ausgangsspiegeleigenschaften zu erzeugen.
Die Verwendung eines Transistorstromspiegels ist zu einer grundlegenden Komponente von analogen Schaltungsentwürfen geworden, und gewöhnlich ist mehr als ein Stromspiegel in einer Schaltung vorhanden. Sie können verwendet werden, um einen viel niedrigeren Ausgangsstrom als den eingegebenen zu erzeugen, oder in Fällen, in denen ein Wilson-Spiegel verwendet wird, einen erhöhten Ausgangswiderstandspegel zu erzeugen, indem positive Rückkopplungsschleifen in der Schaltung erzeugt werden. In seiner Grundform fungiert eine Stromspiegelschaltung als eine Art Stromregler, der in der Lage ist, Ausgangsstromwerte unabhängig von der Eingangslast oder den Widerstandspegeln über einen bestimmten Betriebsbereich für die Schaltung auszugleichen.
Einer der Gründe, warum bipolare Sperrschichttransistoren für den Stromspiegelentwurf verwendet werden, ist die Tatsache, dass der Basis-Emitter- oder PN-Teil des Transistors zuverlässig wie eine Diode funktioniert. Dioden regeln sowohl die durchfließende Strommenge als auch den Durchlassspannungsabfall für diesen Strom. In den meisten Schaltungen stimmt der Diodenstrom so gut mit dem Ausgangsstrom für Transistoren in den Stromspiegeln überein, dass der Widerstand, den eine Diode erfährt, als genaue Berechnung verwendet werden kann, um den Anstieg des Spannungsabfalls über dem PN-Emitterübergang der zu bestimmen Transistoren. Dies bedeutet, dass der Kollektorstrom für Eingangswerte an den Transistoren auch eine direkte Spiegelqualität für Diodenströme innerhalb derselben Schaltung aufweist.
Damit der Ausgangsstrom in einem Stromspiegel konstant ist, muss die Temperatur aller NPN-Transistoren ebenfalls konstant bleiben. Dies wird im Schaltungsdesign gesteuert, indem alle Stromspiegeltransistoren physikalisch zusammengeklebt oder in enger Nachbarschaft auf einem IC-Chip (Integrated Circuit) angeordnet werden, so dass sie eine gemeinsame Temperatur haben. Trotz dieser konstruktiven Einschränkung ist ein Stromspiegelverstärker oder eine Stromsenkungskonfiguration vielen Schaltungen als eine Form von Regler gemeinsam, die auch von Widerständen in der Schaltung ausgeführt werden könnten. Dies liegt daran, dass es einfacher ist, Transistoren auf der Siliziumoberfläche von integrierten Schaltkreisen herzustellen, als darauf Widerstandsbauelemente zu ätzen.