初級模擬電路：3-11 BJT實現電流源

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1. 恆流源

 

 

（1）簡易恆流源

      用BJT晶體管能夠構造一個簡易的恆流源，實現電路以下：

圖3-11.01 

      前面咱們在射極放大電路的分壓偏置時講過，分壓偏置具備很是好的穩定性，幾乎不受晶體管的β參數偏移的影響，所以能夠用這個分壓偏置電路來實現恆流源。其電路計算方法與分壓偏置也是相似的：

      基極電壓V_B爲：

      發射極電壓V_E爲：

      最終輸出電流爲：

      固然，這個恆流源假設BJT晶體管工做在正常的放大區內，因此負載的阻值R_L不能太大，不然R_L上會產生過大的壓降，迫使V_CE變小直至小於V_CEsat而進入飽和區，最終致使電流源失效。因此通常只能用於低成本、對輸出電流要求不高的場合。

 

 

（2）改進的恆流源

      上面的簡易恆流源還有個缺點，就是輸出電流受V_CC的影響較大。若V_CC有波動，基極偏置電壓V_B也會跟着產生波動，而後V_E也跟着波動，最終致使輸出電流也會波動變化，穩定性很差。（你若要問爲啥V_CC不用7805之類穩壓I_C器件？這種低成本場合用一個幾塊錢的I_C器件是土豪麼？）

      那有什麼低成本的穩壓器件呢？有的，答案就是齊納二極管。改進恆流源電路以下：

圖3-11.02 

      如此，基極電壓V_B能夠穩定在齊納V_Z，最終的輸出電流爲：

      從上式可見，輸出電流表達式中沒有V_CC，所以輸出電流不受V_CC波動的影響。並且，齊納二極管通常受溫度影響也比較小，因此上面這個改進的恆流源電路有較好的穩定性。固然，前提仍是要工做在BJT的放大區範圍內才行。

 

 

（3）用pnp實現恆流源

      上面的改進恆流源還有個問題，就是負載R_L不能接地，只能懸空使用。若要使R_L能接地，必須再想辦法。考慮到pnp型晶體管的電流方向相反，集電極能夠接地使用，所以可用pnp型來實現恆流源，電路以下：

圖3-11.03 

      上圖中，計算原理和前面是同樣的，只是pnp晶體管的計算方向所有相反：

      輸出電流的最終表達式與前面使用npn型晶體管的表達式是同樣的。

 

 

2. 鏡像電流源

      鏡像電流源（Current Mirror）有時也被稱爲電流鏡，是一種利用兩個對稱的晶體管產生恆流源的電路。不過，鏡像電流源通常只應用於集成電路芯片內部的設計（好比運放的設計），不多在分立元件電路中使用。由於分立元器件很難找到兩個放大係數如出一轍的對稱晶體管，而在集成電路芯片製造中作兩個特性徹底一致的片上晶體管是能夠作到的。

      因此，通常若是你不是專門從事I_C設計的話，通常用不到這個電路。不過奇怪的是，幾乎全部的模電教材都喜歡把電流鏡拉出來說一講，好吧，那咱們也講一下吧，其實它的原理並不難。不過，這個電流鏡那些個升級版：什麼威爾遜（Wilson）電流鏡、Wildlar電流源、比例電流鏡等等……就真的不用去管了。

      電流鏡的基本實現原理見下圖：

圖3-11.04 

      其名稱由來，是由於若是你經過調節V_CC1和R_in，獲得了一個原始的電流I_in；那麼，在輸出端能夠獲得一個和I_in幾乎同樣大小的鏡像電流I_out，而不用管V_CC2和負載R_L的值（固然V_CC2和R_L不能太過度以至於超出正常工做範圍）。

      其工做原理分析以下圖所示：

圖3-11.05 

      a. 兩個晶體管Q₁和Q₂的基極鏈接在一塊兒，故它們的基極電壓是相同的，記爲V_B。

      b. 因爲兩個晶體管的特性是徹底一致的，那麼相同的基極電壓V_B應該產生相同的基極電流I_B1和I_B2。

      c. 再因爲兩個晶體管的放大係數β也相同，那麼集電極電流I_C1和I_C2也應該是相同的。

      d. 輸入電流I_in=I_C1+I_B1+I_B2≈I_C1，輸出電流I_out=I_C2，故輸入電流I_in和輸出電流I_out近似相等。

      最後的問題就是輸入電流I_in怎麼算。因爲Q₁的集電極和基極短路，故：

      那麼，輸入電流I_in即爲：

     

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（ end of 3-11）