1 基本概念
兩種基本恒流源電路
恒流源是輸出電流保持恒定的電流源,而理想的恒流源應(yīng)該具有以下特點:
a)不因負(fù)載(輸出電壓)變化而改變;
b)不因環(huán)境溫度變化而改變;
c)內(nèi)阻為無限大(以使其電流可以全部流出到外面);
能夠提供恒定電流的電路即為恒流源電路,又稱為電流反射鏡電路。
2 基本原理
基本的恒流源電路主要是由輸入級和輸出級構(gòu)成,輸入級提供參考電流,輸出級輸出需要的恒定電流。
①構(gòu)成恒流源電路的基本原則
恒流源電路就是要能夠提供一個穩(wěn)定的電流以保證其它電路穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。即要求恒流源電路輸出恒定電流,因此作為輸出級的器件應(yīng)該是具有飽和輸出電流的伏安特性。這可以采用工作于輸出電流飽和狀態(tài)的BJT或者MOSFET來實現(xiàn)。
為了保證輸出晶體管的電流穩(wěn)定,就必須要滿足兩個條件:a)其輸入電壓要穩(wěn)定——輸入級需要是恒壓源;b)輸出晶體管的輸出電阻盡量大(最好是無窮大)——輸出級需要是恒流源。
②對于輸入級器件的要求
因為輸入級需要是恒壓源,所以可以采用具有電壓飽和伏安特性的器件來作為輸入級。一般的pn結(jié)二極管就具有這種特性——指數(shù)式上升的伏安特性;另外,把增強型MOSFET的源-漏極短接所構(gòu)成的二極管,也具有類似的伏安特性——拋物線式上升的伏安特性。
在IC中采用二極管作為輸入級器件時,一般都是利用三極管進行適當(dāng)連接而成的集成二極管,因為這種二極管既能夠適應(yīng)IC工藝,又具有其特殊的優(yōu)點。對于這些三極管,要求它具有一定的放大性能,這才能使得其對應(yīng)的二極管具有較好的恒壓性能。
③對于輸出級器件的要求
如果采用BJT,為了使其輸出電阻增大,就需要設(shè)法減小Evarly效應(yīng)(基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)),即要盡量提高Early電壓。
如果采用MOSFET,為了使其輸出電阻增大,就需要設(shè)法減小其溝道長度調(diào)制效應(yīng)和襯偏效應(yīng)。因此,這里一般是選用長溝道MOSFET ,而不用短溝道器件。
3 基本恒流源電路示例
上左圖是用增強型n-MOSFET構(gòu)成的一種基本恒流源電路。為了保證輸出晶體管T2的柵-源電壓穩(wěn)定,其前面就應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個恒壓源。實際上,T1二極管在此的作用也就是為了給T2提供一個穩(wěn)定的柵-源電壓,即起著一個恒壓源的作用。因此T1應(yīng)該具有很小的交流電導(dǎo)和較高的跨導(dǎo),以保證其具有較好的恒壓性能。T2應(yīng)該具有很大的輸出交流電阻,為此就需要采用長溝道MOSFET,并且要減小溝道長度調(diào)制效應(yīng)等不良影響。
上右圖是用BJT構(gòu)成的一種基本恒流源電路。其中T2是輸出恒定電流的晶體管,晶體管T1就是一個給T2提供穩(wěn)定基極電壓的發(fā)射結(jié)二極管。當(dāng)然,T1的電流放大系數(shù)越大、跨導(dǎo)越高,則其恒壓性能也就越好。同時,為了輸出電流恒定(即提高輸出交流電阻),自然還需要盡量減小T2的基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)(即Early效應(yīng))。另外,如果采用兩個基極相連接的p-n-p晶體管來構(gòu)成恒流源的話,那么在IC芯片中這兩個晶體管可以放置在同一個隔離區(qū)內(nèi),這將有利于減小芯片面積,但是為了獲得較好的輸出電流恒定的性能,即需要特別注意增大橫向p-n-p晶體管的電流放大系數(shù)。
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