【電路收藏】如何設(shè)計(jì)單極性恒流源電路？-KIA MOS管

單極性恒流源電路設(shè)計(jì)

得到穩(wěn)定的電流輸出是極其簡(jiǎn)單的事情，最簡(jiǎn)單的方法就是使用電流鏡：兩個(gè)完全相同的晶體管（采用同一塊芯片制造，從而工藝、尺寸和溫度都完全一致），如圖1所示相連。

兩個(gè)器件的基極-射極電壓相同，因此流入集電極T2的輸出電流等于流入集電極T1的輸入電流。

此分析假設(shè)T1和T2相同且等溫，并且它們的電流增益極高，以至于可忽略基極電流。它還會(huì)忽略早期電壓，使集電極電流隨集電極電壓變化而改變。

可采用NPN或PNP晶體管組成這些電流鏡。將n個(gè)晶體管并聯(lián)組成T2，則輸出電流為輸入電流的n倍，如圖2a所示。若T1由m個(gè)晶體管組成，T2由n個(gè)晶體管組成，則輸出電流將是輸入電流的n/m倍，如圖2b所示。

若早期電壓影響很大，則可使用略為復(fù)雜的威爾遜電流鏡降至最低。3晶體管和4晶體管版本如圖3所示。4晶體管版本更為精確，且具有更寬的動(dòng)態(tài)范圍。

需要跨導(dǎo)放大器(voltage_in/current_out)時(shí)，可使用一個(gè)單電源運(yùn)算放大器、一個(gè)BJT或FET(MOSFET通常是最佳選擇，因?yàn)樗淮嬖诨鶚O電流誤差)以及一個(gè)定義跨導(dǎo)值的精密電阻來(lái)組成，如圖4所示。

該電路簡(jiǎn)單、價(jià)格不高。MOSFET柵極上的電壓可設(shè)置MOSFET中的電流和R1，使R1上的電壓V1等于輸入電壓VIN。

若單芯片IC中需要用到電流鏡，則最好使用簡(jiǎn)單的晶體管電流鏡。然而，若采用分立式電路，其匹配電阻高昂的價(jià)格(價(jià)格高是因?yàn)樾枨罅坑邢蓿侵圃炖щy)將使圖5中的運(yùn)算放大器電流鏡成為最便宜的技術(shù)。 該電流鏡由跨導(dǎo)放大器和一個(gè)額外的電阻組成。

電流鏡具有相對(duì)較高、有時(shí)非線(xiàn)性的輸入阻抗，因此它們必須由高阻抗電流源(有時(shí)亦稱(chēng)為剛性電流源)提供電流。若輸入電流必須具有低阻抗吸電流能力，則需使用運(yùn)算放大器。圖6所示為兩個(gè)低ZIN電流鏡。

采用基本電流鏡和電流源，則輸入和輸出電流極性相同。通常，輸出晶體管的射極/源極直接或通過(guò)檢測(cè)電阻接地，且輸出電流從集電極/漏極流入負(fù)載，其他端子連接直流電源。

這樣做并非總是很方便，尤其當(dāng)負(fù)載的一個(gè)端子需接地時(shí)。如圖7所示，若電路采用其直流電源的射極/源極來(lái)構(gòu)建，則不存在此問(wèn)題。

若電流或電壓輸入?yún)⒖嫉兀瑒t必須使用電平轉(zhuǎn)換。有多個(gè)電路可以實(shí)現(xiàn)；而圖8中的系統(tǒng)在很多場(chǎng)合下都適用。

這款簡(jiǎn)單的電路采用接地電流源驅(qū)動(dòng)直流電源上的電流鏡，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載。注意，電流鏡可能有增益，因此信號(hào)電流不需要像負(fù)載電流那么高。

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