電流源(鏡像電流源、比例電流源、微電流源、加射極輸出的鏡像電流源、威爾遜電流源、多路電流源)

電流源

電流源是爲各級提供合適的靜態電流,靜態電流是固定的。
鏡像電流源
鏡像電流源
從圖中可以看出來,IR=(Vcc-Ube)/R,IR=IC+IB,IC=βIB
IC=β/(β+2)*IR,當β遠大於2的時候,IC≈IR。
所以由於電路的特殊接法,造成了IC與IR的值近似相等,通過調節R的值的大小就可以控制不同的IC的輸出。
優點
鏡像電流源具有一定的溫度補償特性,當溫度上升的時候,IC變大,R上的壓降變大,UBE變小,IB變小,IC又變小。因此提高了輸出電流IC1的穩定性。
缺點
當需要比較大的IC1的時候,勢必會增大IR上面的功耗,這是集成電路中應當避免的;若要求IC1很小,必然要使R阻值變得很大,這在集成電路中是比較難以實現的。也是因爲這兩個缺點,派生了許多其他的電流源電路。

比例電流源
比例電流源
推導過程
比例電流源推導過程
可以看出來,控制IR的大小隻需要調節Re0和Re1的阻值就可以實現,當IC1需要很大的電流的時候,不需要變化R的大小,只需要調節射極的兩個電阻。
優點: 很容易看的出來,比例電流源的與典型的靜態工作點穩定電路一樣,Re0和Re1是負反饋電阻,因此比例電流源比鏡像電流源具有更好的溫度穩定性。

微電流源
有時候在實際應用中需要用到非常小的電流,可能是uA級別的,這個時候上面的兩個電流源電路就不能很好的滿足這個需求,因此還有微電流源電路,其實微電流源電路從比例電流源來講比較容易理解,抑制比例電流源中的
IC1=Re0/Re1*IR,那當Re0趨近於0的時候IC1就會趨近於0,因此微電流源直接將比例電流源中的Re0去掉。如下圖
微電流源
推導過程
UBE0=UBE1+IE1Re,所以IC1≈IE1=(UBE0-UBE1)/Re,式中的UBE0-UBE1只有幾十毫伏,所以只要幾千歐的Re,就可以得到幾十微安的IC1。
實際上在設計電路的過程中,應該先確定IR和IC1的數值,然後再求出R和Re的數值。
優點
可以輸出微安級別的電流。

在上述的三種基本電流源電路中,只有當β很大的時候才成立,也就是忽略了基極電流對IC1的影響。但是如果在基本電流源中使用橫向PNP管的話,β只有幾倍至十幾倍。這個時候再使用上面的基本電流源電路就會有很大的誤差,因此爲了提高輸出電流和基準電流的傳輸精度,穩定輸出電流,可以對基本鏡像電流源電路加以改進。

加射極輸出器的電流源
加射極輸出器的電流源
T0、T1和T2的特性完全相同,因而β0=β1=β2=β,推導過程如下
加射極的鏡像電流源分析
由上式可知,即便是β=10的時候,IC1≈0.982IR,說明即使β很小,也可以認爲IC1≈IR。仍然保持鏡像關係,而且β的作用平方了一下。

上面圖中還有Re2,在實際電路中,需要Re2是爲了增加T2管的工作電流,從而提高T2的β。實際中β是會變化的。

威爾遜電流源
威爾遜電流源
優點
先說優點,從T1看,T1的射極上方是一個鏡像電流源,可以等效爲一個大電阻,所以威爾遜電流源的溫度穩定性非常好,其次再看推導。
威爾遜電流源
β很小的時候,也可以認爲IC2≈IR。

多路電流源電路
這些多路電流源都是在上面的基礎電流源中加以改的,很好理解。

基於比例電流源的多路電流源
基於比例電流源的多路電流源
多集電極管構成的電流源和MOS管多路電流源
多集電極管構成的電流源和MOS管多路電流源
MOS管將溝道的長度做的不一樣,漏極電流就不一樣。

F007的電流源電路
F007的電流源電路 上面是一個鏡像電流源,下面是一個微電流源。都是由電阻R5控制的。十分巧妙。