Fuentes de corrientes y cargas activas

Fuentes de corriente y cargas activas

1.- Introducción
Las fuentes de corriente son ampliamente utilizadas en circuitos electrónicos integrados como elementos de
polarización y como cargas activas en etapas amplificadoras. Estas fuentes en polarización resultan más
insensibles a variaciones de las tensiones de polarización y de la temperatura, y son más económicas que los
elementosresistivos en términos de área de ocupación, especialmente cuando las corrientes son bajas. Las
fuentes de corriente como cargas activas proporcionan resistencias incrementales de alto valor resultando etapas
amplificadoras con elevada ganancia operando incluso con bajos niveles de tensiones de polarización. Así, la
ganancia típica en tensión de una etapa en emisor común es AV≈–hfeRC/hie. Para obteneruna gran ganancia,
debe utilizarse una RC muy grande que resulta un solución inviable en un circuito integrado por dos motivos:
una resistencia de difusión alta ocupa un área prohibitiva y una RC grande tiene una caída de tensión muy
elevada que complicaría la polarización del amplificador. Las fuentes de corriente eliminan ambos inconvenientes
y permiten lograr ganancias del orden de 10.000en una simple etapa con carga de corriente.

2.- Espejo de corriente bipolar
La forma más simple de una fuente de corriente es la basada en un espejo de corriente. El espejo de
corriente está constituido por una asociación de dos transistores idénticos que tienen la misma tensión VBE tal
como se muestra en la figura 1.a. El transistor Q1 está operando en modo diodo (colector y basecortocircuitada) y por ello en numerosas ocasiones se puede ver representado según el esquema de la figura
1.b. Ambos circuitos se comportan como una fuente de corriente de valor I o.
VCC
Iref

VCC

R
IB1 +IB2
Io

IC1
Q1

Iref

R

Io

Q2

a)

b)

Figura 1. a) Espejo de corriente; b ) Representación simplificada de un espejo de corriente.

Para el análisis de esta fuente decorriente es preciso utilizar la ecuación de Ebers-Moll simplificada de un

Electronica Básica para Ingenieros

transistor en la región lineal que relaciona la IC con la tensión VBE, de forma que
V 
I
I C = I S exp BE  ⇒ VBE = VT ln C
IS
 VT 

(1)

En un espejo de corriente las tensiones VBE de Q1 y Q2 son iguales y, al ser transistores idénticos, IS1=IS2.
Por consiguiente, laecuación 1 indica que ambas intensidades de colector deben ser iguales I C1=IC2=Io. De
ahí el nombre de espejo de corriente: la corriente de colector de ambos transistores es la misma, de forma que si
varía la corriente de uno de ellos tiene “reflejo” en el otro. En la base de estos transistores se verifica que
I ref = I C1 + I B1 + I B2

(2)

y como la corriente de colector es idéntica enambos transistores y dado que operan en la región lineal
(IC=ßIB), se puede despejar IC1 de la ecuación 2 resultando que
I
I C1 = I C2 = I o = ref
2
1+
˚

(3)

V − VBE
I ref = CC
R

(4)

siendo

En el caso de que ß >> 1, la ecuación 3 se reduce a
I C2 = I C1 ≈ I ref

(5)

IC2 =Io
Iref

SAT

La ecuación 5 se cumple siempre que Q1 y Q2 sean transistores idénticos con lasmismas características
eléctricas. En general, no es posible conseguir un buen espejo de corriente utilizando transistores discretos
debido a la dispersión de parámetros que tienen estos dispositivos. Los mejores resultados se obtienen en
circuitos integrados cuando se fabrican situando a los transistores muy próximos entre sí con idéntica geometría.

te
V BE=c

1/Ro

Ideal

LINEALVCE2=Vo
Figura 2. Características eléctricas del transistor ideal y real.

Una fuente de corriente ideal debe suministrar una corriente constante con independencia de la tensión de
salida. Sin embargo, en las fuentes de corriente reales su corriente de salida varía con la tensión de salida. Esta
dependencia está relacionada con la resistencia de salida del transistor. La figura 2 representa la...