Prinzip eines Stromspiegels
Ein elektronischer Stromspiegel ist eine Schaltung mit drei Anschlüssen. Der Ausgang Out erzeugt einen Strom Iout, der dem Strom Iin entspricht, der in den Eingang fließt.
Iout = Iin
Damit können wir den Strom durch den Widerstand R2 über den Widerstand R1 steuern. Der Eingangsstrom Iin kann aber auch aus einer anderen Schaltung kommen. Ebenso kann der Ausgangsstrom in eine andere Schaltung fließen. Es gibt auch Stromspiegel bei denen der Ausgangsstrom ein Vielfaches oder ein Bruchteil des Eingangsstroms ist:
Iout = k * Iin
mit dem Übersetzungsfaktor k. In den meisten Fällen werden wir mit einem Übersetzungsfaktor k=1 arbeiten, d.h. Iout=Iin
Stromspiegel werden in analogen ICs sehr häufig verwendet.
Grundschaltung eines Stromspiegels
Betrachten wir zunächst die Grundschaltung eines Stromspiegels.
Ein Stromspiegel besteht nur aus zwei Transistoren.
Wir haben zwei Transistoren, deren Basen miteinander verbunden sind. Der Kollektor des ersten Transistors Q1 ist mit den beiden Basen verbunden. Der Kollektor des zweiten Transistors Q2 ist der Ausgang. Die Emitter beider Transistoren bilden den gemeinsamen Bezugspunkt, die Masse.
Um den Stromspiegel zu verstehen, müssen wir zunächst das Verhalten eines Transistors betrachten, dessen Basis und Kollektor verbunden sind.
Die Transistor-Diode
Bei der sogenannten Transistor-Diode sind Basis und Kollektor eines Transistors miteinander verbunden.
Eines ist klar: Die Spannung an der Basis eines Transistors beträgt etwa 0,6V. Die Spannung am Kollektor des Transistors kann also nicht höher als 0,6V sein.
Wir beginnen mit der Messung der Kennlinie einer Transistor-Diode.
Anhand der Ergebnisse erklären wir den Stromspiegel: Erklärung des Stromspiegels.
Die Eigenschaften eines Stromspiegels können durch einfache Maßnahmen verbessert werden: Stromspiegel mit besseren Eigenschaften.
Zum Schluss sehen wir uns an, wie wir mit einem Stromspiegel kleine Spannungen messen können: Kleine Spannungen mit dem Stromspiegel messen.