四種恒流源電路分析、基本原則及輸入、輸出要求

恒流源電路

恒流源電路,恒流源由信號源和電壓控制電流源（VCCS）兩部分組成。正弦信號源采用直接數字頻率合成（DDS）技術，即以一定頻率連續從EPROM中讀取正弦采樣數據，經D/A轉換并濾波后產生EIT所需的正弦信號。

本系統采用DDS集成芯片AD9830，其內部有兩個12位相位寄存器和兩個32位頻率寄存器。在單片機的控制下對相應的寄存器置數就可以方便得到2MHz以下的任意頻率和相位的輸出，其中頻率精度為1/ 2 32，相位分辨率為2π/2 12，輸出幅度也可以在一定的范圍內調節，因此能滿足系統多頻激勵（10kHz～1MHz）的要求。

恒流源電路的基本原則

基本的恒流源電路主要是由輸入級和輸出級構成，輸入級提供參考電流，輸出級輸出需要的恒定電流。

恒流源電路就是要能夠提供一個穩定的電流以保證其它電路穩定工作的基礎。即要求恒流源電路輸出恒定電流，因此作為輸出級的器件應該是具有飽和輸出電流的伏安特性。這可以采用工作于輸出電流飽和狀態的BJT或者MOSFET來實現。

為了保證輸出晶體管的電流穩定，就必須要滿足兩個條件：

a）其輸入電壓要穩定——輸入級需要是恒壓源；

b）輸出晶體管的輸出電阻盡量大（最好是無窮大）——輸出級需要是恒流源。

恒流源電路的輸入、輸出要求

（一）輸入要求

上左圖是用增強型n-MOSFET構成的一種基本恒流源電路。為了保證輸出晶體管T2的柵-源電壓穩定，其前面就應當設置一個恒壓源。實際上，T1 MOS管在此的作用也就是為了給T2提供一個穩定的柵-源電壓，即起著一個恒壓源的作用。

上右圖是用BJT構成的一種基本恒流源電路。其中T2是輸出恒定電流的晶體管，晶體管T1就是一個給T2提供穩定基極電壓的發射結二極管。當然，T1的電流放大系數越大、跨導越高，則其恒壓性能也就越好。同時，為了輸出電流恒定（即提高輸出交流電阻），自然還需要盡量減小T2的基區寬度調變效應（即Early效應）。

（二）輸出要求

如果采用BJT，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小Early效應（基區寬度調制效應），即要盡量提高Early電壓。

如果采用MOSFET，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小其溝道長度調制效應和襯偏效應。因此，這里一般是選用長溝道MOSFET ，而不用短溝道器件。

四種恒流源電路分析

在改進型差動放大器中，用恒流源取代射極電阻RE，既為差動放大電路設置了合適的靜態工作電流，又大大增強了共模負反饋作用，使電路具有了更強的抑制共模信號的能力，且不需要很高的電源電壓，所以，恒流源和差動放大電路簡直是一對絕配！

恒流源既可以為放大電路提供合適的靜態電流，也可以作為有源負載取代高阻值的電阻，從而增大放大電路的電壓放大倍數。這種用法在集成運放電路中有非常廣泛的應用。本節將介紹常見的恒流源電路以及作為有源負載的應用，為后續內容的學習進行知識儲備。

（一）恒流源電路-鏡像恒流源電路

如圖1所示為鏡像恒流源電路，它由兩只特性完全相同的管子VT0和VT1構成，由于VT0管的c、b極連接，因此UCE0=UBE0，即VT0處于放大狀態，集電極電流IC0=β0*IB0。另外，管子VT0和VT1的b-e分別連接，所以它們的基極電流IB0=IB1=IB。設電流放大系數β0=β1=β，則兩管集電極電流IC0=IC1=IC=β*IB?？梢姡捎陔娐返倪@種特殊接法，使兩管集電極IC1和IC0呈鏡像關系，故稱此電路為鏡像恒流源（IR為基準電流，IC1為輸出電流）。

鏡像恒流源電路簡單，應用廣泛。但是在電源電壓一定時，若要求IC1較大，則IR勢必增大，電阻R的功耗就增大，這是集成電路中應當避免的；若要求IC1較小，則IR勢必也小，電阻R的數值就很大，這在集成電路中很難做到，為此，人們就想到用其他方法解決，這樣就衍生出其他電流源電路。

（二）恒流源電路-比例恒流源電路

如圖2所示為比例恒流源電路，它由兩只特性完全相同的管子VT0和VT1構成，兩管的發射極分別串入電阻Re0和Re1。比例恒流電路源改變了IC1≈IR的關系，使IC1與IR呈比例關系，從而克服了鏡像恒流源電路的缺點。

與典型的靜態工作點穩定電路一樣，Re0和Re1是電流負反饋電阻，因此與鏡像恒流源電路相比，比例恒流源的輸出電流IC1具有更高的穩定性。

當Re0＝Re1時，IC1仍然等于IR，但此電路的IR由式（2-4）約定，比式（2-2）的IR小，一般用于前置放大器的輸入級。

（三）恒流源電路-微變恒流源電路

由式（2-3）可知，若Re0很小甚至于為零，則Re1只采用較小的電阻就能獲得較小的輸出電流，這種電路稱為微變恒流源，如圖3所示。集成運放輸入級靜態電流很小，往往只有幾十微安，甚至更小，因此微變電流源主要應用于集成運放輸入級的有源負載。

（四）恒流源電路-多路恒流源電路

集成運放是一個多級放大電路，因而需要多路恒流源電路分別給各級提供合適的靜態電流?？梢岳靡粋€基準電流去獲得多個不同的輸出電流，以適應各級的需要。

圖4所示電路是在比例恒流源基礎上得到的多路恒流源電路，IR為基準電流，IC1、IC2和IC3為三路輸出電流。由于各管的b-e間電壓UBE數值大致相等，因此可得近似關系

IE0Re0≈IE1Re1≈IE2Re2≈IE3Re3（2-6）

當IE0確定后，各級只要選擇合適的電阻，就可以得到所需的電流。

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