Akım Aynası Nedir?

Akım aynaları bir akım kaynaklı uzun kuyruklu kuvvetlendirici devre çeşididir. Akım aynası devredeki yükün üzerindeki akımın, devredeki aktif bir komponentin akımının bir başka aktif komponentin akımıyla kontrol edilmesi vasıtasıyla kopyalanması için tasarlanmış devrelerdir. Bu yazımızda akım aynasının yapısını ve çalışma prensibini sizler için inceledik.

A- A+

16.07.2016 tarihli yazı 29746 kez okunmuştur.

Akım Aynası Akım Kaynağı Akım Transistör Mosfet Diyot Entegre

Akım aynası devreleri yapı olarak en basit şekilde aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi iki adet transistörün ya da mosfetin karşılıklı olarak bağlanmasından oluşur. Akım aynası devreleri genellikle devreler için ön akım ve aktif yükler sağlar. Akım aynasında asıl işlev girişine uygulanan bir referans akımının devrenin diğer kollarına eşit oranda kopyalanarak iletilmesini sağlamaktır.

Yukarıdaki basit bir akım aynası devresinde görülen Iref akımı sağ taraftaki transistörün çıkışına aynalanmıştır. Yukarıdaki devrede görülen T2 transistörü akım kaynağı görevini üstlenmiş bir komponent olarak çalışmaktadır. T1 ve T2 transistörleri elektriksel olarak eş özelliklere sahip olduklarından dolayı pratikte baz-emiter gerilimleri eşit olmaktadır. Bu durumda birinci transistörün emiter gerilimi ile ikinci transistörün emiter gerilimi eşit olur. Baz-emiter gerilimleri bu şekilde eşit tutulursa ve sabit bir sıcaklıkta çalışıldığı varsayılırsa emiter akımı da sabit olacaktır. Eğer devrede transistörü bu sabit değerlerde stabil bir şekilde tutabilecek miktarda gerilim varsa bu sürekli haldeki sabit emiter akımı sabit bir α (alfa) oranı ile çarpıldığında yük üzerinden geçen ve sabit olan kollektör akımının değerini verir.

Eğer transistörün emiter akımı basit bir direnç düzeneğiyle kontrol edilirse aynı şekilde transistörün kollektör akımı da direnç ile kontrol edilmiş olur. Diğer bir deyişle kollektör akımı kopyalanmış ya da aynalanmıştır.

Akım aynasının temelini oluşturan mantıksal olarak oluşturulmuş devre tek bir transistörün emiter baz-emiter kutupları arasına bir diyotun bağlanmasıyla oluşur. Bu mantıksal devredeki diyotun yerine yukarıdaki şekillerde görülen transistörler kullanılır. Bunun asıl nedeni diyot denklemlerinde sıcaklık önemli bir faktördür ve biz tüm çalışma koşullarında aynı şekilde davranacak iki adet PN jonksiyonuna gereksinim duyarız ve bu aynı sıcaklık değerlerinde aynı parametreleri verebilen eş transistörler kullanarak sağlanır. Bu devre ise en basit şekilde iki transistörün belirli bir şekilde arka arakaya bağlanmasıyla gerçekleştirilir. Burada transistörler tek bir silikon çeşidiyle imal edilmişlerse, kullanıcı bunlar arasındaki ısı transferini kolaylaştırmak için parametreleri birbirine yakın değerlerde olan iki transistör kullanmalıdır. Yukarıdaki şekil a'da iki adet NPN transistör kullanılarak oluşturulmuş bir akım aynası görülmektedir. Eğer kullanıcı bir topraklı yük veya akım kaynağı aynası devresi kullanmak zorunda olsaydı yukarıdaki b şeklindeki gibi PNP transistörler kullanmalıydı.

Şayet günümüzde dirençler entegrelerden imal edilebilselerdi, transistörleri imal etmek çok daha kolay bir hal alırdı. Entegre tasarımcıları akım kaynağıyla birlikte değişken yük direnci özelliği gösteren dirençleri kullanmaktan kaçınırlar. Örneğin ayrık bileşenlerden elde edilmiş op-amp devresi gibi bir devrede birkaç transistör ve birçok direnç bulundurmak zorunda. Entegre devre modelinde ise devre bu anlamda birçok transistör ve birkaç direnç bulundurmalıdır.

Yukarıdaki bir voltaj referansı (Q1) bulunan, sürülmüş birden fazla akım kaynaklı (Q2,Q3,Q4) devrede Q1, Q2 ve Q3 transistörleri eş transistörler olsun. Böylelikle Iload yük akımları da birbirlerine eşit olmuş olacak. Eğer kullanıcının Q2 ve Q3'le paralel bir 2*Iload akımına ihtiyaç duyarsa burada en iyi yöntem Q2'nin kapasitesi gibi iki kapasiteye sahip bir Q3 transistörü imal etmektir. Böylelikle I3 akımı iki tane I2 akımına eşit olacak. Başka bir deyişle yük akımı transistörlerin kapasitesi ile belirlenmiş olacak.