第五节 电流源电路及其应用
第五节 电流源电路及其应用
电流源电路是提供恒定电流的一类电子线路，它广泛应 用于各种功能电路中。 对电流源电路的要求： 1、提供电流I。,并且其值在外界环境因素（温度、电源 电压等)变化时，力求维持稳定不变。 2、当其两端电压变化时，应该具有保持电流I。恒定不变的 恒流特性，或者说电流源电路的交流内阻R。趋于无穷。 一、镜像电流源电路 1、基本镜像电流源电路： 如图所示 电路结构： T,与T2应该选取参数完全匹配的 晶体三极管
电流源电路是提供恒定电流的一类电子线路，它广泛应 用于各种功能电路中。 对电流源电路的要求： 1、提供电流 IO ，并且其值在外界环境因素（温度、电源 电压等）变化时，力求维持稳定不变。 2、当其两端电压变化时，应该具有保持电流 IO 恒定不变的 恒流特性，或者说电流源电路的交流内阻 RO趋于无穷。 一、镜像电流源电路 1、基本镜像电流源电路： 如图所示 电路结构： T1 与 T2 应该选取参数完全匹配的 晶体三极管。 T1 T2 VCC iC2= IO iC1 IR R
其中，T,的集电极和基极相 连，接成二极管的形式，并且 由Vcc通过R提供电流IR。 分析： (1)、精度和热稳定性 根据电路有： VBEI VBE2 当忽略基区调制效率应时： ic ic Ise V BE VT 或表示为VBE=,ln 所以上式可等效为 1C2 1s1 Is2ic 1s2
其中，T1 的集电极和基极相 连，接成二极管的形式，并且 由VCC 通过R 提供电流 IR 。 分析： （1）、精度和热稳定性 根据电路有： BE1 BE2 v = v 当忽略基区调制效率应时： T BE C S V v i = I e 或表示为 S C BE T I i v = V ln 所以上式可等效为 2 2 1 1 S C S C I i I i = 1 1 2 2 C S S C i I I i = T1 T2 VCC iC2= IO iC1 IR R
由于 ic2 Io 而I与发射结面积成正比，因此有 ic2 lo= SE2ic SE 当SE2=SE1时 则ic2=ic1=I0 由此式可以看出T,管的电流I,等值得转移到T,管中。 当SE2≠SE1时， T,管电流I,则加权地转移到T2管中，加权因子为 发射结面积比值
由于 C O i = I 2 而 IS 与发射结面积成正比，因此有 1 1 2 2 C E E C O i S S i = I = 当 SE2 = SE1 时 则 C C O i = i = I 2 1 由此式可以看出T1管的电流I1 等值得转移到 T2 管中。 当 SE2 SE1 时， T1 管电流 I1 则加权地转移到 T2 管中，加权因子为 发射结面积比值
根据电路还可知： c20 IR= Vcc-VBE(on) R IR -icI +iB+iB2 若T1与T2的参数完全匹配，当SE2=SE1B=B2=阝时： 已知Io=ic1=ic2 所以IR=Io+2iB1=1o+2iB2
根据电路还可知： R V V I CC BE o n R − ( ) = T1 T2 VCC iC2= IO iC1 IR R C1 B1 B2 I = i + i + i 若T1 与 T2 的参数完全匹配， 当 SE2 = SE1 、1 = 2 = 时： 1 2 1 2 C C B B i i i = i = = 已知 O C1 C2 I = i = i 所以 R O 2 B1 O 2 B2 I = I + i = I + i
IR Io+2iBI 1o +2i82 -1p+2号 二 1+2c2 Io +2 B 1、2 故 R 1+ 显然，IR是由Vcc通过R提供的，它是电流源电路的 参考电流，只要IR确定后，I。也就被确定
R O 2 B1 O 2 B2 I = I + i = I + i 1 2 2 2 C O C O i I i = I + = + O O I = I + 2 故 O R I I 2 1 1 + = R I 2 ) 2 1 ( 2 1 − − = ) 2 (1 I R − 显然，IR 是由 VCC 通过 R 提供的，它是电流源电路的 参考电流，只要 IR 确定后，IO 也就被确定
1o≈1R(1-马) 从此式可以看出：它们之间不是严格满足镜像关系，而 是由有限的β值产生误差，这个误差随B值的增大而减小。 同时1R又与VBE(on)有关，而β值和VBE(on)又是温度敏感 的参数，因而造成Io的热稳定性下降。 只有当Vc>VBE(On)B>2时 Io≈IR IR≈ R 才能忽略温度以及B离散性的影响。 在高精度电流源中还必须考虑基区宽度调制效应的影响， 当计入基区宽度调制效应时：
) 2 (1 I O I R − 从此式可以看出：它们之间不是严格满足镜像关系，而 是由有限的β值产生误差，这个误差随β值的增大而减小。 同时IR 又与VBE(on) 有关，而β值和VBE(on) 又是温度敏感 的参数，因而造成 IO 的热稳定性下降。 只有当 2 VCC VBE(o n) 、 时 O R I I R V I CC R 才能忽略温度以及β离散性的影响。 在高精度电流源中还必须考虑基区宽度调制效应的影响， 当计入基区宽度调制效应时：
ic Ise- (-V E VCE2 VA Is2(Va-VCE2 ic2=is(VA-ve ic Sa(VA-VCEa ie SEI (VA-VCE1) 当SE2=SE1时，已知VcEo1=VBE(om
(1 ) A CE T B E C S V v V v i = I e − (1 ) (1 ) 2 2 2 1 1 1 A CE S C A CE S C V v I i V v I i − = − 1 1 1 2 2 2 ( ) ( ) C S A CE S A CE C i I V v I V v i − − = 1 1 1 2 2 ( ) ( ) C E A CE E A CE i S V v S V v − − = 当 SE2 = SE1 时， 已知 VCEQ1 = VBE(on)
可见计入基区调制效应后，进一步降低了I。的精度和热 稳定性。 通常 VBE(OM <<VA 若满足 VCEQ2 <<VA 则可忽略基区调制效应的影响。 (2)、恒流特性： 为了保持恒流特性，应该增大Ro· 根据电路得：Ro≈rce2 的小0
R A BE o n A CEQ C E E O C I V V V V i S S I i )( ) 2 (1 ( ) 2 1 1 2 2 − − = = = − 可见计入基区调制效应后，进一步降低了IO 的精度和热 稳定性。 通常 VBE(on) VA 若满足 VCEQ2 VA 则可忽略基区调制效应的影响。 （2）、恒流特性： 为了保持恒流特性，应该增大 RO 。 根据电路得： O ce2 R r R re rb'e gmvb' e rce2 T1 T2 VCC iC2= IO iC1 IR R
2、减小β值影响的镜像电流源电路 如图所示 与前面介绍的电流源不同的 是，用T3管代替T1管的集电极 g 与基极的短路线。 此电路是利用T?管的电流放大作 用，以减小B1、2对1R的分流，使 B iC1更接近I,从而有效的减小了IR 转换为c2过程中由于有限的邹值引入 的误差
2、减小β值影响的镜像电流源电路 如图所示 与前面介绍的电流源不同的 是，用T3 管代替 T1 管的集电极 与基极的短路线。 此电路是利用T3 管的电流放大作 用，以减小 iB1、iB2 对IR 的分流，使 iC1 更接近 IR ，从而有效的减小了IR 转换为iC2 过程中由于有限的β值引入 的误差。 T1 T2 VCC iC2= IO iC1 IR T3 iE3 iB1 iB2 iB3 R