恒流源

电流100mA

集成运放中的电流源电路归纳

电流源电路特点：输出电流稳定，输出交流电阻大。

主要用途：

●作为有源集电极负载，提高运放的单级增益；

●作为输入差分放大器的射极电阻以提高集成运放的共模抑

制比；

●用来对电路进行偏置，稳定电路的工作点。

镜像电流源

I C1与I R之间的关系如一面镜子，即

，称为镜像电流源。

镜像电流源具有一定的温度补偿作用。

镜像电流源缺点：V CC一定，要求I C1较

大，I R增大，R的功耗也增大；若要求I C1较

小，I R也小，R的数值必然很大，在集成电路

中很难做到。

比例电流源

比例电流源如右图所示，改变的和

阻值，可改变的和的比例关系。

与镜像电流源比较，比例电流源的输出电

流具有更高的温度稳定性。

微电流源

如右图所示的微电流源电路。

当时，

式中只有几十毫伏，甚至更小，因

此只要几千欧就可得到几十微安的。

改进型电流源电路：为了减小基极电流的影响，提高输出电流与基准电流的传输精度，稳定输出电流，可对基本镜像电流源电路加以改进。

加射极输出器的电流源

如下图所示，利用T2管的电流放大作用，使较小时，也可认

为，与保持很好的镜像关系。

威尔逊电流源

如右上图所示电路为威尔逊电流源，I C2为输出电流。T1管作用与稳定工作点电流I C2。

多路电流源电路：利用一个基准电流去获得多个不同的输出电流，以适应各级的需要。

如左下图所示电路是三路输出电流I C1、I C2和I C3。有

当I E0确定后，各级只要选择合适的电阻，就可以得到所需的电流。

如右上图所示为多集电极管构成的多路电流源，T多为横向PNP 型管。当基极电流一定时，集电极电流之比等于它们的集电区面积之比。

由场效应管同样可组成镜像电流源、比例电流源等，如下图所示。漏极电流I D正比于沟道的宽长比，这样通过改变场效应管的几何尺寸来获得各种数值的电流。

以电流源为有源负载的放大电路：既可获得合适的静态电流，对于交流信号，又可得到很大的等效的R c（或R d）。

在集成电路的制作工艺中，在硅片上制作各种类型的晶体管比制作电阻容易的多，所占用的硅片面积也小的多，所以集成电路中的三极管除了作放大管外，大量的被用作恒流源或有源负载，为放大管提供合适的静态工作点及提高放大器的放大倍数。下面先来介绍集成电路中的恒流源和有源负载电路。

基本电流源电路

1．镜像电流源电路

如图7-2-1所示的电路就是典型的镜像电流源电路。

该电路的工作原理是：在电路完全对称的情况下，电阻R上的电流I R可作为电路的基准电流，根据节点电位法可得该电流的表达式为：

在β»2的条件下，移项整理可得

（7-2-1）

由上式可见，当Vcc和R的数值确定之后，三极管T0的集电极电流有确定的值I R。因电路的对称性，三极管T1集电极的电流与三极管T0集电极电流成镜像关系，也随着有确定的值I C。

镜像电流源电路结构简单，应用广阔，但存在着I C大时，电阻R上的功耗也大的缺点。改进的方法是在两三极管的发射极上增加电阻R e，使镜像电流的关系变成比例的关系，组成比例电流源电路。

2．比例电流源电路

比例电流源电路如图7-2-2所示。

该电路的工作原理是：由电路的结构可知

（7-2-2）

根据三极管的电流方程可得

根据T0和T1的对称性可得

将上式代入式7-2-2中可得：

当β»2时，有I C0≈I E0≈I R，I C1≈I E1，将这些关系代入上式可得

在一定的范围内，I R≈I C1，上式中的对数项可忽略，则

（7-2-3）

与7-2-1式相比可得，在相同I C1的情况下，可以用较大的R，以减少I R的值，降低R的功耗。同时R e0和R e1是两个三极管的发射极电阻，引入电流负反馈，使两三极管的输出电流更加稳定。3．多路电流源电路

集成运放是一个多级放大电路，因各级放大器的静态工作点不同，所以需要多个电流源电路，在集成电路的制造工艺中，可将多个比例电流源电路组合在一起，组成多路电流源电路，如图

7-2-3所示。

该电路的工作原理是：在基准电流I R确定的情况下，根据式7-2-3可得，选择不同的R e1、R e2

和R e3就可获得不同的偏置电流I C1、I C2和I C3。

多路电流源电路也可以用MOS管来组成，由MOS管组成的多路电流源电路如图7-2-4所示。

4．以电流源为有源负载的放大器

由前面的知识已知，共发射极或共源极放大电路的开路电压放大倍数或

。由电压放大倍数的表达式可见，放大器的电压放大倍数与R C或R d成正比。要提高放大器的电压放大倍数，在β和g m保持不变的情况下，必须加大Rc或R d的阻值。

Rc或R d变大了，要保持三极管的静态工作点不变，电路的直流供电压也必须提高，这将引起集成电路功耗的增加。为了解决这一问题，在集成电路中，采用电流源为有源负载取代Rc或R d。

利用电流源做有源负载，可实现在电源电压不变的情况下，使放大器既可获得合适的静态工作点电流。对交流信号而言，又可得到很大的等效电阻r ce或r ds来替代Rc或R d。利用电流源为有源负载的差动放大电路如图7-2-5所示。

图中的三极管T1和T2组成差动放大器；三极管T3、T4和T5组成电流源电路为差动放大器提供合适的静态工作点电流；T6和T7组成差动放大器的有源负载，该电路既可使差动放大器有合适的静态工作点电流，对交流信号，又有很大的等效电阻r ce，以替代原电路中的R C，获得很大的电压放大倍数。

电路是由W117／W217／W317构成的恒流源电路，其中输出电流为：。当选择

的W317的规格不同时，输出电流的大小也不相同(其选择范围为20 mA～1．5 A)。