集成运算放大电路中的恒流源电路详细解析

  　　分析恒流源电路的方法

　　（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。