集成电路恒流源

     恒流源电路是指能够输出恒定电流的电路。它具有很高的动态输出电阻,在中,广泛地应用于晶体管的偏置电路、差动放大电路的射极电路、直流电平移动电路、放大电路的负载等。恒流源电路形式较多,这里仅讨论其中最基本的几种。


    一、基本恒流源电路

    基本恒流源电路如图Z0601所示。在集成电路中,
T1、T2 是相邻的晶体管,因此它们的性能参数基本相同。
R
T1管串联作
T2管的偏置电路,并提供基准电流
I
R
T1管的集电极与基极连接在一起,
U
CB
=0,它工作在临界饱和状态,
I
C1
= βI
B1仍成立,因此,可以认为
T1、T2均工作在线性区。因为
U
BE1
= U
BE2,故有
I
B1
= I
B2
I
C1
= I
C2,由图可知:

      

从而可得:


β>2,则有:

      

它表明
T1、T2管具有电流”镜像”关系。这种恒流源电路也常称为”镜像”恒流源电路。

    由于
U
BE与温度有关,所以,这种恒流源受温度影响较大;此外,当
β值不高时,
I
C2
I
R之间误差较大,电路的镜像特性变差。因此,在此电路的基础上出现了多种改进形镜像恒流源电路。


    二、微电流恒流源电路

    集成电路中某些放大电路往往要求提供微弱的偏置电流,以提高输入阻抗,减小失调等。上述电路
I
C2 较大,要减小
I
C2 就要增大
R,而集成电路工艺不允许使用高阻值电阻。这就需要从电路结构上改进。改进后的电路如图Z0602所示,它是在图Z0601的基础上增加了一个射极电阻
Re。

    当
I
R一定时,
U
BE1
U
BE2
=

U
BE
= I
E2
R
e2,从而可得:

      



U
BE较小,用阻值不大的
R
e2 就可获得微小的工作电流。此外,由于
R
e2的电流负反馈作用,使得这种电路输出电流的稳定性得以提高。


    三、多路恒流源电路

    在集成电路中,常常要用到多个恒流源,这时可将恒流源电路改接成图Z0603所示的组合形式。

    图中,
R
T2管相串联,提供基准电流
I
R,并建立
T1、T3、T4管的偏置电压。
T2
T1,T2
T3分别组成微电流源,按微电流源电流分配原则分配电流;
T2
T4组成镜像电流源,
I
C4

I
R


    因为,只要满足
U
CE ≥ 1V,就能使恒流管工作在放大区从而具有恒流特性,所以,恒流源两端的直流压降较小,直流电阻
U
CE
/ I
C也就较小。而当
U
CE变化时,
I
C基本上不变,所以,交流电阻很大。

    以上讨论的是
NPN型管组成的恒流源电路,如果需要的电流方向相反,则可选用
PNP型管组成恒流源电路。,     恒流源电路是指能够输出恒定电流的电路。它具有很高的动态输出电阻,在中,广泛地应用于晶体管的偏置电路、差动放大电路的射极电路、直流电平移动电路、放大电路的负载等。恒流源电路形式较多,这里仅讨论其中最基本的几种。


    一、基本恒流源电路

    基本恒流源电路如图Z0601所示。在集成电路中,
T1、T2 是相邻的晶体管,因此它们的性能参数基本相同。
R
T1管串联作
T2管的偏置电路,并提供基准电流
I
R
T1管的集电极与基极连接在一起,
U
CB
=0,它工作在临界饱和状态,
I
C1
= βI
B1仍成立,因此,可以认为
T1、T2均工作在线性区。因为
U
BE1
= U
BE2,故有
I
B1
= I
B2
I
C1
= I
C2,由图可知:

      

从而可得:


β>2,则有:

      

它表明
T1、T2管具有电流”镜像”关系。这种恒流源电路也常称为”镜像”恒流源电路。

    由于
U
BE与温度有关,所以,这种恒流源受温度影响较大;此外,当
β值不高时,
I
C2
I
R之间误差较大,电路的镜像特性变差。因此,在此电路的基础上出现了多种改进形镜像恒流源电路。


    二、微电流恒流源电路

    集成电路中某些放大电路往往要求提供微弱的偏置电流,以提高输入阻抗,减小失调等。上述电路
I
C2 较大,要减小
I
C2 就要增大
R,而集成电路工艺不允许使用高阻值电阻。这就需要从电路结构上改进。改进后的电路如图Z0602所示,它是在图Z0601的基础上增加了一个射极电阻
Re。

    当
I
R一定时,
U
BE1
U
BE2
=

U
BE
= I
E2
R
e2,从而可得:

      



U
BE较小,用阻值不大的
R
e2 就可获得微小的工作电流。此外,由于
R
e2的电流负反馈作用,使得这种电路输出电流的稳定性得以提高。


    三、多路恒流源电路

    在集成电路中,常常要用到多个恒流源,这时可将恒流源电路改接成图Z0603所示的组合形式。

    图中,
R
T2管相串联,提供基准电流
I
R,并建立
T1、T3、T4管的偏置电压。
T2
T1,T2
T3分别组成微电流源,按微电流源电流分配原则分配电流;
T2
T4组成镜像电流源,
I
C4

I
R


    因为,只要满足
U
CE ≥ 1V,就能使恒流管工作在放大区从而具有恒流特性,所以,恒流源两端的直流压降较小,直流电阻
U
CE
/ I
C也就较小。而当
U
CE变化时,
I
C基本上不变,所以,交流电阻很大。

    以上讨论的是
NPN型管组成的恒流源电路,如果需要的电流方向相反,则可选用
PNP型管组成恒流源电路。

集成电路恒流源

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