Current Mirrors
Wilson, Widlar, and cascode current mirrors — precision current sources for active loads.
Miroirs de courant à tubes
Forcer un tube à copier le courant d'un autre — polarisation de précision sans résistances
Un miroir de courant utilise un tube de référence (connecté en diode) pour fixer un courant, puis force un second tube à le répliquer. La tension grille-cathode V_gk du tube de référence est appliquée à la grille du tube miroir, produisant le même courant de plaque (en supposant des tubes appairés). Dans le monde des semi-conducteurs c'est trivial ; avec des tubes cela demande une attention particulière à l'appairage et à la tension de compliance.
La précision dépend de : (1) l'appairage des tubes — gm et μ doivent être proches, (2) l'analogue de la tension Early — le rp fini fait varier le courant avec la tension de plaque, (3) la température — les deux tubes doivent être à la même température (les doubles triodes sont idéales). Avec une double triode 6SN7, un appairage à 5% est typique ; des paires sélectionnées à la main peuvent atteindre 1-2%.
Conception de miroir de courant
Comparez les performances des miroirs simple, cascode et Wilson
Topologies de miroirs
Comparaison des topologies de miroirs
Du simple au précis — choisir le bon miroir de courant
| Type | Tubes | Z_out | Précision | Application |
|---|---|---|---|---|
| Simple | 2 | rp | 5-10% | Basic CCS, tail current |
| Cascode | 3 | μ×rp | 2-5% | High-Z loads, diff pair tails |
| Wilson | 3 | μ×rp/2 | 1-3% | Precision current sources |
| Widlar | 2 | rp×(1+gm×Re) | 3-5% | Sub-mA currents with cathode R |
| MOSFET hybrid | 0 | > 1MΩ | < 1% | Modern designs, DN2540/LM334 |
Construire des miroirs de courant à tubes
1. Choix des tubes
Utilisez des doubles triodes (6SN7, 12AU7, 6922) pour le meilleur appairage thermique. Les deux sections partagent la même température d'enveloppe, réduisant la dérive. Pour des courants plus élevés, le 6BX7 (double triode de puissance, 15W par section) fonctionne bien. Pour la précision, le 6SN7 est le standard — faible rp, gm élevé, excellente linéarité.
2. Régler le courant de référence
Le courant de référence est fixé par une résistance du B+ à la plaque du tube connecté en diode : I_ref = (B+ - V_ak) / R_ref. Pour un 6SN7 à 5mA, V_ak ≈ 80V, donc avec B+ = 300V : R_ref = 220V/5mA = 44kΩ. Utilisez une résistance de 47kΩ (valeur standard) pour I_ref ≈ 4,7mA.
3. Améliorer la précision
Ajoutez de petites résistances de dégénérescence cathodique (100-500Ω) aux deux tubes. Cela réduit la sensibilité à l'écart de gm au prix d'une impédance de sortie plus faible. Pour la version cascode, ajoutez un second tube au-dessus du tube miroir avec sa grille à une tension fixe — cela multiplie Z_out par μ et protège le miroir des variations de tension de plaque.
4. Approche hybride moderne
Dans les conceptions modernes à tubes, les sources de courant MOSFET (DN2540, IXCP10M45S) ou les références à semi-conducteurs (LM334) remplacent souvent les miroirs à tubes. Ils offrent une meilleure précision (< 1%), une tension minimale plus basse et aucun souci d'appairage. Le puriste peut objecter, mais les électrons s'en moquent — l'amélioration des performances est réelle et mesurable.
Testez vos connaissances
In a simple tube current mirror, what sets the mirror current?
Références
- Paul Horowitz & Winfield Hill, The Art of Electronics, 3rd ed., Cambridge University Press, 2015. ISBN 978-0521809269Référence canonique pour la conception analogique — tubes au Ch. 2.4 et Ch. 3.