《模擬電子技術(shù)-》課件6-3 電流源電路

1、BJT、FET工作在放大狀態(tài)時(shí)，其輸出電流都是具有恒流特性的受控電流源；由它們都可構(gòu)成電流源電路。2、在模擬集成電路中，常用的電流源電路有：

鏡象電流源、精密電流源、微電流源、多路電流源等3、電流源電路一般都加有電流負(fù)反饋。4、電流源電路一般都利用PN結(jié)的溫度特性，對(duì)電流源電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以減小溫度對(duì)電流的影響。6.3.0電流源概述6.3電流源電路

電流源是一個(gè)輸出電流恒定的電源電路，它具有很高的輸出電阻。對(duì)提高集成運(yùn)放的性能起著極為重要的作用。一、電流源電路的特點(diǎn)：

2、作各種放大器的有源負(fù)載，以提高增益、增大動(dòng)態(tài)范圍。1、給直接耦合放大器的各級(jí)電路提供直流偏置電流，以獲得極其穩(wěn)定的Q點(diǎn)。

3、由電流源給電容充電，可獲得隨時(shí)間線性增長(zhǎng)的電壓輸出。4、電流源還可單獨(dú)制成穩(wěn)流電源使用。二、電流源電路的用途：

下面我們從晶體管實(shí)現(xiàn)恒流的原理入手，介紹集成運(yùn)放中常用的電流源電路。

圖(a)畫出了晶體管基極電流為IB的一條輸出特性曲線。由圖可見，當(dāng)IB一定時(shí)，只要晶體管不飽和也不擊穿，IC就基本恒定。因此，固定偏流的晶體管，從集電極看進(jìn)去相當(dāng)于一個(gè)恒流源。6.3.1單管電流源電路

由交流等效電路知，它的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻為rce，是一個(gè)很大的電阻。為了使IC更加穩(wěn)定，可以采用分壓式偏置電路(即引入電流負(fù)反饋)，便得到圖(b)所示的單管電流源電路。

圖(c)為該電路等效的電流源表示法，圖中Ro為等效電流源的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻。利用圖(b)電路的交流等效電路可以證明，Ro近似為：

式中，R’B=R1‖R2。

用普通的三極管接成電流負(fù)反饋電路，即可構(gòu)成一個(gè)基本的電流源電路。需要指出，晶體管實(shí)現(xiàn)恒流特性是有條件的，即要保證恒流管始終工作在放大狀態(tài)，否則將失去恒流作用。這一點(diǎn)對(duì)所有晶體管電流源都適用。

分壓偏置基本放大電路

(a)(b)三極管電流源

分壓偏置電路對(duì)工作點(diǎn)具有穩(wěn)定作用，也就是對(duì)IO有穩(wěn)定作用，具有穩(wěn)流特性。電流源的內(nèi)阻大，內(nèi)阻越大穩(wěn)流特性越好。6.3.2鏡像電流源電路圖6–14鏡像電流源及等效電路

在單管電流源中，要用三個(gè)電阻，所以不便集成。為此，用一個(gè)完全相同的晶體管V1,將集電極和基極短接在一起來代替電阻R2和R3，便得到下圖（a）所示的鏡像電流源電路。

因?yàn)閂1管的集電極和基極之間短路,所以V1管僅僅相當(dāng)于一個(gè)由其發(fā)射結(jié)構(gòu)成的二極管,將其記作VDE1,因此,圖6-14(a)可以等效為圖6-14(b)。由第一章公式(1-1)可知,PN結(jié)的伏安特性方程為：所以流過V1管與V2管發(fā)射結(jié)的電流分別為：

由于兩管特性相同，所以有：所以當(dāng)UCC>>UBE2時(shí),當(dāng)β>>2,UCC>>UBE2時(shí),則：當(dāng)β>>2時(shí),又因?yàn)椋?/p>

可見，只要Ir一定，IＣ2就恒定；改變Ir，IC2也跟著改變。兩者的關(guān)系好比物與鏡中的物像一樣，故稱為鏡像電流源。

由于T2的集電極電流基本不變。所以交流量

一般Ro在幾百千歐以上鏡像電流源電路的交流電阻：該電路的缺點(diǎn)：⑴受電源的影響大。⑵難于做成小電流的電流源。⑶電流源的輸出電阻還不夠大。⑷Io與IR近似相等，精度不高。當(dāng)β>>2,UCC>>UBE2時(shí),則：為提高電流源的精度和電路的動(dòng)態(tài)輸出電阻，可采用威爾遜電流源。6.3.3威爾遜電流源威爾遜電流源是為了在低的

情況下仍能獲得較好的鏡像特性而設(shè)計(jì)的。電路如下圖：圖中V1、V2、V3的特性完全相同。V1與V3工作在放大狀態(tài)；V2相當(dāng)于一個(gè)由發(fā)射結(jié)構(gòu)成的二極管。RL是后級(jí)電路的等效電阻。圖6–15威爾遜電流源及等效電路由上面可知：當(dāng)(β2+2β+2)>>2時(shí),

當(dāng)β=20時(shí),威爾遜電流源的輸出電流Io與參考電流IR之間的相對(duì)誤差是：而鏡像電流源的輸出電流Io與參考電流IR之間的相對(duì)誤差是：6.3.4比例電流源圖6–16比例電流源上面討論的都是Io等于IR的鏡像電流源，但是在模擬集成電路中也常常需要Io不等于IR的恒流源。其常用電路如圖所示的比例電流源。

在鏡象電流源電路的基礎(chǔ)上，增加兩個(gè)發(fā)射極電阻，使兩個(gè)發(fā)射極電阻中的電流成一定的比例關(guān)系，即可構(gòu)成比例電流源。因?yàn)?/p>

所以由于V1與V2的特性完全相同，所以有因兩三極管基極對(duì)地電位相等，于是有：當(dāng)兩管的射極電流相差10倍以內(nèi)時(shí)：

即室溫下，兩管的UBE相差不到60mV，僅為此時(shí)兩管UBE電壓(>600mV)的10%。因此，可近似認(rèn)為UBE1≈UBE2。當(dāng)β>>1時(shí)

可見，Io與IR成比例關(guān)系，其比值由Re1和Re2確定。參考電流IR現(xiàn)在應(yīng)按下式計(jì)算：所以在的范圍內(nèi)當(dāng)時(shí),上式不再成立,可用下式估算：由于Re2引入了電流負(fù)反饋，所以輸出電阻ro要比V2的本身的輸出電阻大的多：6.3.5微電流源圖6–17微電流源

在集成電路中，有時(shí)需要微安級(jí)的小電流。如果采用鏡像電流源，R勢(shì)必過大。這時(shí)可令圖6–16電路中的Re1=0,便得到圖6–17所示的微電流電流源電路。圖6–16比例電流源由電路圖可知：UBE2<<UBE1，則IE2<<IE1因?yàn)镮B2<<IE2<<IE1，所以：可見，

把Io≈IE2,IR≈IE1代入IE2<<IE1得Io<<IR。正確地選取Re2的值,可以使Io達(dá)到微安量級(jí),而此時(shí)IR仍然很大,所以限流電阻R=(UCC-UBE1)/IR不會(huì)太大?？梢?該電路能夠在R不太大的條件下,獲得微小的輸出電流。定量分析如下：式中UT是溫度電壓當(dāng)量；IS1與IS2分別是V1與V2發(fā)射結(jié)的反向飽和電流,由于V1與V2特性相同,所以IS1＝IS2，所以：因?yàn)镮E2≈Io,IE1≈IR,代入上式得由電路圖可得當(dāng)參考電流IR和所需的輸出電流Io確定后，可求出Re2及限流電阻R的值?！纠?】在圖6-17電路中,UCC=15V,IR=1mA,Io=IC2=10μA,常溫下,UT=26mV,請(qǐng)確定Re2及R的值。由公式得圖6–17微電流源解：由公式得6.3.6多路電流源圖6–18多路電流源用一個(gè)參考電流去控制多個(gè)輸出電流，就構(gòu)成了多路電流源，如下圖所示。圖中，V1與V2，V2與V3分別構(gòu)成微電流源，V2與V4構(gòu)成基本鏡像電流源?？梢奦2為參考電流。多路電流源常用于集成電路中作偏置電路，同時(shí)給多個(gè)放大器提供偏置電流。

6.3.7作為有源負(fù)載的電流源電路圖6–19有源負(fù)載共射放大器恒流源在集成電路中除了設(shè)置偏置電流外，還可以作為放大器的有源負(fù)載，以提高電壓放大倍數(shù)。我們知道，放大電路的電壓放大倍數(shù)正比于負(fù)載電阻R‘L?？梢?，提高RC可提高放大倍數(shù)。但RC增大，會(huì)影響靜態(tài)工作點(diǎn)，使放大電路的動(dòng)態(tài)范圍減小。而電流源具有交流電阻大，直流電阻小的特點(diǎn)，故用電流源代替電阻RC，將有效地提高該級(jí)的電壓放大倍數(shù)。共射放大器目的：提高放大倍數(shù)

舉例說明：電壓放大倍數(shù)

=－βR'L/rbe(03.16)

當(dāng)Rc趨于無窮時(shí)，RL’最大，此時(shí)電壓放大倍數(shù)也最大。圖6-20F007中的電流源電路【例5】圖6-20是集成運(yùn)放F007中的一部分電路,它們組成電流源電路(各元器件的編號(hào)均與F007電路圖中的編號(hào)相同),試計(jì)算各個(gè)管子的電流,其中V12和V13是橫向PNP管,β12=β13=2。V10和V11是NP