1、恒流源是一个输出电流恒定的电源电路，与恒压源相对应。(1)恒流源电路常用于模拟集成放大器中以稳定静态工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。(2)用恒流源做有源负载，可获得增益高、动态范围大的特性。(3)用恒流源给电容充电，以获得线性电压输出。(4)在模拟集成电路中，常用的恒流源电路有：镜象恒流源、精密恒流源、微电流源、多路恒流源等。常见的双极型晶体管的集成电流源1.0 恒流源的基本知识 一般理想恒流源的伏安特性曲线如图 1.0（a）所示，是一条平行于电压轴的直线，它的电流是恒定值，但两端的电压可以是任意值，到底为多少，由外部电路决定。 实际恒流源的伏安特性曲线如图 1.0（b ）所示，是一根
2、随电压的增大略微上翘的直线段。斜率为 。当斜率趋近于零时，他越趋近于理想电流源，所以，我们希望斜率越小越好，即恒流源的交流等效电阻 越大越好。可以表示为viorvir1o=( )a ( )b ( )c（a ）理想恒流源伏安关系 （ b）实际恒流源伏安关系 （ c）实际恒流源交流等效模型 在集成电路中，恒流源的实现都是通过控制发射结电压来实现的；并且最简单的稳压电路是利用了二级管的正向导通和反向击穿时的电压随电流的变化很小的特性。集成电路中一般用BJT的发射结和集电结代替二极管，如图 1.1（a）所示，只要发射结导通，则三极管工作在放大区，它的交流等效电路如图1.1（b ）所示，图中忽略了基区体
3、电阻 。图1.1（b ）所示的交流电阻可以通过外接电源的方法求出，为bbr( )a ( )b( )cebebebebrrrrmo/g1r =ebr）（ onBEVebmvgebrebv图1.1 用BJT 连接的二极管电路图1.1（c ）为BJT 二极管接法的交流等效电路，交流电阻是 的倍，所以稳压效果比较好。ebr12.1 基本镜象电流源II IIIIRC BCBC()= +=+=+1222212且RVVIBECCR= ，当 2时 , R2CII ， IC2和 IR是镜像关系。 图2.1(a) 基本镜像电流源基本镜像恒流源电路如图2.1（a）所示，它的特点是工作三极管的集电极电流 IC2是恒流
4、源电路的镜象(电流相等）。代表符号T1， T2参数完全一致，所以有 =21BEBE2BE1VVV =由左图 1.1（a）可知 图2.1(a) 的基本电流镜的交流小信号等效电路如图 2.1(b)所示，可知基本镜像电流镜的交流等效输出电阻ceo rr =1breorce2r2bi2bi2berR图2.1(b) 基本电流镜的交流小信号等效电路例1 目的：设计一个能提供指定输出电流的基本镜像电流镜。电路如图2.1(a) 所示。晶体管参数为 。当vcc=10V时，输出电流为200uA 。求电阻 R的值。=AonBEV1000.6V,V ，）（解 由得)2(1IIOREF+= (uA) 204)1002(
5、1002IREF=+=故)(K 21.60.2040.6-10IV-VCCRREFonBE=）（2.2 改进的镜像电流源 要想提高电流源的精度，即减小输出电流 Io与参考电流 Iref之间的误差，通过提高是有限的，可以采取如图2.2 （ a）所示的改进的镜像电流源电路。改进的基本电流源又称为带共集电极得到镜像电流源。右图2.2 （ a）中， Q3的引入时为了减小基本镜像电流源的两个晶体管Iref中分得电流。图中 Q3的发射极电流等于 Q1和 Q2的基极电流，所以 Q3的电流比 Q1和 Q2的电流小很多，因此 Q3的3 比1 和2 小很多。图 2.2（ a） 改进的镜像电流源REFI1R1Q2Q
6、C1IB1IB2IE3I3QBEVOC2II =VCC由图2.2（a ）可得3B2C13E3C1REF12II12III +=+=又B2C2C2C1IIII =，假设Q2 处于放大区，则)(121III12II3REFC2O3C2REF+=+=）（1BE1BEBE3REFR2VVCCRVVVCCI= 由于图 2.0所示的改进的镜像电流源的交流小信号等效电路的输出回路与图 2.1一样。由于图 2.1的动态输出电阻 ro与输入回路无关，所以2ceorr =1.3 共射 -共基电流源（炮筒式）电路图如图2.3（a ）所示1Q2Q3Q4QBE4VBE2VorC4OII =VCC1R)2(1IIE4E3
7、+=图 2.3（ a）的下半部分与基本镜像电流源的结构一致，所以由)2(1IIOREF+=图 2.3（ a）的上半部分因 Q3,Q4的发射极电位的不同，而与基本电流源不相同，但IIIIIIB4E3B4B3C3REF+=+=假设 Q1Q4都工作在放大区，则有如下 :( )II,I1IC4B4C4E4=+=2REFC4O241III+=1BEREFR2VVCCI=图2.3（a ） 由上面Iref和输出电流Io两式可知，图2.3（a ）所示的共射-共基电流源的精度与基本电流源相比差不多。但是，由交流小信号等效电路图2.3（b）分析可知，他的动态输出电阻却比基本镜像电流源大很多。4ceorr =2be
8、r4berbe4vbe2v0vg2bem2=4bem4vg4cer2cerxvxi图2.3（b） 等效电路图因为与 并联的电阻 很小，近似为短路。同样，与 并联的电阻也很小，也可以近似为短路。采用外接电源的方法求输出电阻 。输出节点处的电流为 ：2ber1ebr3ebr4berxi4424bem4x)/(vgicebecexxrrriv +=)/(424 becexberriv =由以上两式可知444)1(cebecerrr +44244b2)/(1r/cebecemecexxorrrgrivr +=2.4 威尔逊电流源电路Wilson电流源电路如下图 2.4(a)所示 :1BE(on)CCR
9、EF2RVVI=由左图2.4（a ）可知图2.4（a ） wilson电流源B3C1REFIII +=由左图2.4（a ）的下半部分与基本镜像电流源相同，由此可知21IIE3C1+=( )II,I1IC3B3C3E3=+=2)(21IIIREFC3O+= 图 2.4（ a）所示的威尔逊电流源的交流小信号等效电路如下图 2.4（ b）所示，还是利用外加电压源的方法可以求出3ceor21r =1R1cer1bem1vg3ber3bi1ber1bev2ber3cer3bixixv图2.4（b）wilson小信号交流等效电路2.5 微电流源为了得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，在镜像恒流源电路的基
10、础上接入 Re电阻。图2.5（a）所示的电流源为Widlar电流源，称为微电流源，适用微功耗的集成电路中。图2.5（a ） 微电流源如左图2.5（a ）所示TBE2SC2OTBE1SC1REFVVeIIIVVeIII=由上面两式得:SOTBE2SREFTBE1IIlnVVIIlnVV=故E2OE2E2BE2BE1BEOREFTBE2BE1BERIRIV-VVIIlnVV-VV=所以E2OOREFTRIIIlnV =由上面的超越方程可知，若给定要求的输出电流，可先将Iref求出，再用上面的方程求出需要的Re2的值。反之知道Re2的值可以求出输出电流Io的值。 例 2: 目的：设计一个 Widla
11、r电流源，要求得到指定的输出电流。要求 Widlar电流源产生： Iref=1mA,Io=12uA。已知VCC=10V,并且 。0.7VVonBE=）（图2.5（a ） 微电流源)(K 3.90.10.7-10IV-VCCRREFonBE=）（解：）（）（ = K58.90.0121ln0.0120.026IIlnIVRoREFoTE20.115(V)109.581012RIRIV-VV3-6EOEE2BE2BE1BE=可以得到说明：由上例可知，在输出电流Io与参考电流之差两个数量级时，电阻Re2的阻值不大，两个三极管的BE结压差也不大。如果要求输出为1uA,则需要Re2=180K, ，这样大
12、的电阻就不利于集成了。BE2BE1BEV-VV = 由左图2.5（b）可知 图 2.5（ a）所示的 Widlar电流源的交流小信号等效电路如下图2.5（ b）所示，因为接成二极管结构的电路的电阻 远小于 ，可以认为短路。所以还是利用外加电压源的方法可以求出输出电阻1bre2beror图2.5（b）微电流源小信号等效电阻xixxoivr =xv2bem2vg2ber2bev2cerER22E2bem2x)/R(vgicebexxrriv +=)/R(2E2 bexberiv =所以，微电流源输出电阻是基本电流镜的 倍，但是并没有共射-共基电流源和威尔逊（wilson）电流源的输出电阻大。()(
13、)2be2m2ce2beE2cem22ce2cex2E2cem2x22E2Em2xrg1r/rRr1g1rrv)/R(1rgi)/R()/R(gi+=+=+=oxxobexcebexxbexrivrrirrivri）（( )2be2mrg1 +2.6 比例恒流源电路在镜象恒流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成 比例恒流源 。其电路如图 2.6所示。图2.6 比例恒流源结合前面介绍的 Wildar电流源的原理可知，比例恒流源的两个三极管基极对地支路并联，于是有如下关系e2e1RC2e2E2e1E1BE2BE1e2E2BE2e1E1BE1=RRIIRIRIVVRIVRIV+因为从上面的表达式可知，通过调节 Re1和Re2的比例，就可以得到成比例的电流。
