电流源(镜像电流源、比例电流源、微电流源、加射极输出的镜像电流源、威尔逊电流源、多路电流源)

电流源

电流源是为各级提供合适的静态电流,静态电流是固定的。
镜像电流源
镜像电流源
从图中可以看出来,IR=(Vcc-Ube)/R,IR=IC+IB,IC=βIB
IC=β/(β+2)*IR,当β远大于2的时候,IC≈IR。
所以由于电路的特殊接法,造成了IC与IR的值近似相等,通过调节R的值的大小就可以控制不同的IC的输出。
优点
镜像电流源具有一定的温度补偿特性,当温度上升的时候,IC变大,R上的压降变大,UBE变小,IB变小,IC又变小。因此提高了输出电流IC1的稳定性。
缺点
当需要比较大的IC1的时候,势必会增大IR上面的功耗,这是集成电路中应当避免的;若要求IC1很小,必然要使R阻值变得很大,这在集成电路中是比较难以实现的。也是因为这两个缺点,派生了许多其他的电流源电路。

比例电流源
比例电流源
推导过程
比例电流源推导过程
可以看出来,控制IR的大小只需要调节Re0和Re1的阻值就可以实现,当IC1需要很大的电流的时候,不需要变化R的大小,只需要调节射极的两个电阻。
优点: 很容易看的出来,比例电流源的与典型的静态工作点稳定电路一样,Re0和Re1是负反馈电阻,因此比例电流源比镜像电流源具有更好的温度稳定性。

微电流源
有时候在实际应用中需要用到非常小的电流,可能是uA级别的,这个时候上面的两个电流源电路就不能很好的满足这个需求,因此还有微电流源电路,其实微电流源电路从比例电流源来讲比较容易理解,抑制比例电流源中的
IC1=Re0/Re1*IR,那当Re0趋近于0的时候IC1就会趋近于0,因此微电流源直接将比例电流源中的Re0去掉。如下图
微电流源
推导过程
UBE0=UBE1+IE1Re,所以IC1≈IE1=(UBE0-UBE1)/Re,式中的UBE0-UBE1只有几十毫伏,所以只要几千欧的Re,就可以得到几十微安的IC1。
实际上在设计电路的过程中,应该先确定IR和IC1的数值,然后再求出R和Re的数值。
优点
可以输出微安级别的电流。

在上述的三种基本电流源电路中,只有当β很大的时候才成立,也就是忽略了基极电流对IC1的影响。但是如果在基本电流源中使用横向PNP管的话,β只有几倍至十几倍。这个时候再使用上面的基本电流源电路就会有很大的误差,因此为了提高输出电流和基准电流的传输精度,稳定输出电流,可以对基本镜像电流源电路加以改进。

加射极输出器的电流源
加射极输出器的电流源
T0、T1和T2的特性完全相同,因而β0=β1=β2=β,推导过程如下
加射极的镜像电流源分析
由上式可知,即便是β=10的时候,IC1≈0.982IR,说明即使β很小,也可以认为IC1≈IR。仍然保持镜像关系,而且β的作用平方了一下。

上面图中还有Re2,在实际电路中,需要Re2是为了增加T2管的工作电流,从而提高T2的β。实际中β是会变化的。

威尔逊电流源
威尔逊电流源
优点
先说优点,从T1看,T1的射极上方是一个镜像电流源,可以等效为一个大电阻,所以威尔逊电流源的温度稳定性非常好,其次再看推导。
威尔逊电流源
β很小的时候,也可以认为IC2≈IR。

多路电流源电路
这些多路电流源都是在上面的基础电流源中加以改的,很好理解。

基于比例电流源的多路电流源
基于比例电流源的多路电流源
多集电极管构成的电流源和MOS管多路电流源
多集电极管构成的电流源和MOS管多路电流源
MOS管将沟道的长度做的不一样,漏极电流就不一样。

F007的电流源电路
F007的电流源电路 上面是一个镜像电流源,下面是一个微电流源。都是由电阻R5控制的。十分巧妙。