Espejos de corriente

CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
Diego Villalba Noriega
ESPEJOS DE CORRIENTE
Un espejo de corriente es una forma particular de fuente de corriente. A su vez, una fuente de corriente es el elemento dual de la fuente de tensión. Si en una fuente de tensión la tensión queda fijada por la fuente y la corriente depende del circuito que la carga, en una fuente de corriente es la corriente la que queda fijadapor la fuente mientras que la tensión entre sus bornes depende del circuito que la carga.
Una fuente de tensión funciona como tal hasta una determinada corriente máxima; en el caso de una fuente de corriente aparecerá una limitación en la tensión máxima, limitación que se denomina compliance.
Toda fuente real tiene una resistencia interna debida a la construcción de la fuente. En el caso deuna fuente de tensión la resistencia interna se caracteriza como una resistencia en serie; es decir, un equivalente Thévenin (figura 1). La corriente que atraviesa la fuente y la caída de tensión entre sus bornes vienen dadas por:
(1)
Vid
r
+
V
–
RL
I
Iid
r
+
V
–
RL
I
Figura 1. Fuentes de tensión y de corriente reales.
Vid
r
+
V
–
RL
I
Iid
r
+
V
–
RL
IFigura 1. Fuentes de tensión y de corriente reales.

En el caso de una fuente de corriente la resistencia interna se caracteriza como una resistencia en paralelo (o un equivalente Norton), como muestra la figura 1. La caída de tensión entre los bornes de la fuente y la corriente total que la atraviesa son:
(2)
Una fuente de tensión real se aproxima a una ideal si r  0, mientras queuna fuente de corriente real tiende a la ideal si r  . En principio cualquier fuente que suministre potencia (o señal) puede caracterizarse mediante su equivalente Thévenin o Norton, por lo que puede tratarse como fuente de tensión o de corriente. Sin embargo, a efectos prácticos, diremos que una fuente es de tensión si su impedancia interna es baja y de corriente si su impedancia interna es alta,puesto que en estos casos se aproximarán al comportamiento ideal.
Una fuente de tensión suministra la máxima tensión entre bornes cuando está en circuito abierto (RL ). En este caso la corriente y el consumo de potencia son nulos. La fuente de corriente suministra la máxima corriente cuando se encuentra en cortocircuito (RL = 0). En esta situación la caída de tensión entre sus bornes y elconsumo de potencia son nulos.
V1
V2
RL
+
V
–
Figura 2. Fuente de corriente con transistor bipolar.
I
V1
V2
RL
+
V
–
Figura 2. Fuente de corriente con transistor bipolar.
I
Los generadores de potencia de naturaleza electroquímica tienen una resistencia de salida muy baja (baterías) por lo que se caracterizan como fuentes de tensión. Incluso los generadores de señal son casi siemprecaracterizados como fuentes de tensión y es infrecuente encontrar generadores de corriente.
Las fuentes de corriente se construyen utilizando transistores, bien bipolares, bien de efecto de campo. En la figura se muestra un ejemplo en el que se ha utilizado un transistor bipolar.
La corriente de la fuente es la corriente de colector del transistor.
(3)
Definimos I1:(4)
La expresión de la corriente de la fuente puede escribirse entonces:
(5)
La ecuación 5 coincide con la expresión de la corriente de una fuente real (ecuación 2) si identificamos:
(6)
Obsérvese que la fuente se aproxima más al comportamiento ideal cuanto mayor es el parámetro VAF. Recordemos que este parámetro está relacionado con el efectoearly; siendo VAF menor cuanto más acusado es este efecto. En el caso ideal de que se eliminara completamente el efecto early tendríamos VAF   y la fuente de la figura 2 tendría un comportamiento prácticamente ideal.
En las ecuaciones anteriores se ha supuesto que el transistor trabaja en la región activa. Esto se cumplirá siempre que la tensión VCE se mantenga por encima del valor de saturación...