集成运算放大电路中的恒流源电路分析方法

liyf

普通镜像恒流源、多集电极恒流源、高精度镜像恒流源、高内阻恒流源和镜像微恒流源电路，以及恒流源电路输出电阻的计算等。

分析恒流源电路的方法是：
        （1）确定恒流源电路中的基准晶体管或场效应管；
        （2） 计算或确定基准电流；
        （3）根据半导体器件之间的一致性，计算输出恒流值；
        （4）绘制恒流部分的交流通路，确定恒流源的内阻。
        由于恒流源的内阻较大，计算恒流源内阻时不能忽略三极管集电极与发射极之间，或场效应管漏极与源极之间的动态电阻。
1、基本镜像恒流源分析
        已知基本镜像恒流源电路如图1所示，试计算输出电流

的大小和恒流源内阻。



图1
        晶体管

是基准管，且

，工作在放大状态。
        当

与

特性参数完全一致时，由

可推得


        由基准输入回路得，
        


        所以，


        当

时，

。
        恒流输出管

的交流通路如图1(b)所示，将晶体管用微变等效模型替代后的电路模型如图1(c)，显然，恒流源的内阻

。
        必须注意，应用

管的恒流特性时，必须满足

，保证

始终工作在放大状态。
        基本镜像恒流源电路的扩展电路有两种，如图2所示。



图2
                          
                       
                          
                               
图2(b)的

管采用多集电极晶体管（图2(a)已将其分散画），以基准管的集电极面积为基准，可得到一组与集电极面积成正比的多个恒流源

。
        图2(c)中增加

管可以进一步减少恒流输出

与基准电流

之间的近似程度，此时，
        


        所以，


        当

时，基本镜像恒流值

，增加

管后

，更接近

。
        2．高内阻（Wilson）恒流源
        图3是Wilson恒流源电路，试计算恒流输出值。



图3
        

管是基准管，

，工作在放大状态。
        当

、

、

均工作在放大状态时，各电流之间关系为：
        


        整理后可得：


        按二极管形式连接的

管是

管发射极的等效电阻，Wilson恒流源的内阻要大于

。
        3．微恒流源（Widlar）电路
        图4是Widlar微恒流源电路，试计算输出恒流值。



                          
                       
                          
                               

图4
        晶体管

是基准管，且

，工作在放大状态，

。
        

管发射极电流与发射极电压之间的关系为：
        


        所以，
        

        （1）
        同理，当

工作在放大状态时，
        

          （2）
        由基极回路方程得：
        

        （3）
        将式（1）和式（2）代入式（3），同时考虑

，得：
        

        （4）
        例，当电源电压等于+15V，

，若要产生

的恒流源，试确定电阻R1的值。
        将参数代入式（4）可得

。
        若不采用微电源源电路，采用基本恒流源电路，虽然只需要一个电阻R，但此时电阻阻值要求为：
        


        此阻值远大于微电源电路中电阻R与R1之和，意味着需要占用更多的芯片面积。