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三极管电流源电路

时间：2010-01-02 15:47:53 来源：资料室作者：编号: 1529 更新日期20120223 003530

三极管电流源CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

电流源是模拟集成电路中广泛使用的一种单元电路，如图1所示。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

对电流源的主要要求是：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（1）能输出符合要求的直流电流Io。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（2）交流电阻尽可能大。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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图1 三极管电流源电路图CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

三极管射极偏置电路由Vcc、Rb1、Rb2和Re组成，当Vcc、Rb1、Rb2、Re确定之后，基极电位VB固定（Ib一定），可以推知Ic基本恒定。从三极管的输出特性曲线可以看出：三极管工作在放大区时，Ic具有近似恒流的性质。当Ib一定时，三极管的直流电阻，VCEQ一般为几伏，所以RCE不大。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

交流电阻为，为几十千欧至几百千欧。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

1 MOS单管电流源CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

耗尽型MOS管组成单管电流源，如图2所示。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

由交流等效电路图3得：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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≈CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

在分立元件电路中和某些模拟集成电路中，常用JFET接成的电流源。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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美术家眼中的自己CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

图2耗尽型MOS管电流源图3交流等效电路CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

2 基本镜像电流源CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

基本镜像电流源电路如图4所示。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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图4 基本镜像电流源电路CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

T1、T2参数完全相同（即β1=β2，ICEO1=ICEO2）。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

原理：因为VBE1=VBE2，所以IC1=IC2CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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IREF——基准电流：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

zipa推出，当β>>2时，IC2=IC1≈IREF≈CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

优点：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（1）IC2≈IREF，即IC2不仅由IREF确定，且总与IREF相等。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（2）T1对T2具有温度补偿作用，IC2温度稳定性能好（设温度增大，使IC2增大，则IC1增大，而IREF一定，因此IB减少，所以IC2减少）。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

缺点：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（1）IREF（即IC2）受电源变化的影响大，故要求电源十分稳定。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（2）适用于较大工作电流（mA数量级）的场合。若要IC2下降，则R就必须增大，这在集成电路中因制作大阻值电阻需要占用较大的硅片面积。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（3）交流等效电阻Ro不够大，恒流特性不理想。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（4）IC2与IREF的镜像精度决定于β。当β较小时，IC2与IREF的差别不能忽略。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

3. 带有缓冲级的基本镜像电流源（改进电路一）CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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图5 基本镜像电流源电路CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

图5是带有缓冲级的基本镜像电流源，它是针对基本镜像电流源缺点（4）进行的改进，两者不同之处在于它增加了三极管T3，其目的是减少三极管T1、三极管T2的IB对IR的分流作用，提高镜像精度，减少β值不够大带来的影响。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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此时镜像成立的条件为β1(β3+1)>>2，这条件比较容易满足。或者说，要保持同样的镜像精度，允许T的β值相对低些。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

4. 比例电流源（改进电路二）CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

图6是带有发射极电阻的镜像电流源，它是针对基本镜像电流源缺点（3）进行的改进，其中Re1=Re2，两管输入仍有对称性，所以：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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图6 镜像电流源及其等效电路CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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求T2的输出电阻Ro：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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输出阻值较大，所以这种电流源具有很好的恒流特性。温度稳定性比基本的电流源好得多。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

若此电路Re1不等于Re2，则：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

VBE1+IE1Re1=VBE2+IE2Re2CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（式中，IE1即IR，IE2即Io）CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

Io≈CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

参数对称的两管在IC相差10倍以内时，|VBE1-VBE1|<60mV。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

所以，如果Io与IR接近，或IR较大，则Δ应力分析软件VBE可忽略。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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即只要合理选择两T射极电阻的比例，可得合适的Io、Ro。因此，此电流源又称为比例电流源。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

5 微电流源CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

有些情况下，要求得到极其微小的输出电流IC2，这时可令比例电流源中的Re1=0，如图7即可以在Re2不大的情况下得到微电流IC2。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

原理：当IR一定时，Io可确定为：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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Io≈CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

可见，利用两管基-射电压差ΔVBE可以控制Io。由于ΔVBE的数值小，用阻值不大的Re2即可得微小的工作电流——微电流源。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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微电流源特点：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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图7 微电流源电路CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（1）T1，T2是对管，基极相连，当Vcc、R、Re2已知时，≈（略去VBE），当VBE1、VBE2为定值时，也确定了。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

（2）当VCC变化时，IREF、ΔVBE也变化，由于Re2 的值一般为千欧级，变化部分主要降至Re2 上，即ΔVBE2<<ΔVBE1，则IC2的变化远小于IREF的变化。因此电源电压波动对工作电流IC2影响不大。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

石门一中苏光（3）T1管对T2管有温度补偿作用，IC2的温度稳定性好。总的说来，电流“小”而“稳”。小——R不大时IC2可以很小（微安量级）。稳——Re2（负反馈）使恒流特性好，温度特性好，受电源变化影响小。进一步，电流的数学关系为：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

IoRe2=VBE1长江三角洲经济-VBE2CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

而 IC≈CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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若 CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

则 IC2 Re = 26ln10≈60mVCTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

即电流每增加10倍，IC2 Re总是增加60mV。因此得到电流每增加10倍，Re上的电压增加60mV的简单数学关系式，使计算十分方便。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

思考：若要求提供10µA的输出电流，使用Vcc=6V的电源，R=19kΩ，你如何设计这个电流源？CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

答案CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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6 串接电流源CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

为获得更高的输出电阻，利用T3，T4组成的基本电流源代替Re1，Re2，主要是用T4的输出电阻代替Re2 。由图8得：CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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电流源

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再由电路图及等效电路图9可求出输入电流Io及输出电阻Ro。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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图8 串接电流源电路图图9 等效电路图CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

Ro≈≈CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

7 电流源的主要应用CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

前面曾提到，增大Rc可以提高共射放大电路的电压增益，但是，Rc不能很大，因为在集成工艺中制造大电阻的代价太高，而且，在电源电压不变的情况下，Rc越大，导致输出幅度越小。那么，能否到一种元件代替Rc，其动态电阻大，使得电压增益增大，但静态电阻较小，因而不致于减小输出幅度呢？自然地，可以考虑晶体管恒流源。由于电流源具有直流电阻小，交流电阻大的特点，在模拟集成电路中较为广泛地把它作负载使用——有源负载，如图10所示。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

其等效电路如图11所示。CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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图10 镜像电流源作为T1集电极Rc 图11 等效电路图CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

从等效电路可知，电流源提供了比较大的Rc，这样，可使AV达到甚至更高。 CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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电流源也可用作射极负载（Re）CTx838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号

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