在上一篇博文的分析中,我们了解了集电极电阻Re的重要作用(负反馈)
我们希望Re越大越好,但是当Re一直增大,为了使静态工作电流稳定,势必要增大VCC,但是当VCC一直增大,这就显得不太合理了。那么,有没有什么办法,使得交流通路中的Re等效成特别大,而不会是静态工作点的数值发生改变?
那就是我们这篇博文的主角——电流源电路
1. 基本电流源电路
1.1 镜像电流源电路
我们取两支管子的参数一致,那么,就会有:
IB0=IB1,IC0=IC1
又IR=IC0+2IB=IC0+2βIC1=IC+2βIC
那么,我们可以得到一个很有意思的式子:IR=(1+β2)IC
当β很大时,近似可以认为IR≈IC
另外,镜像电流源还具有温度补偿的作用:
当温度升高时,令IC增大,由:IR=IC0+2IB可知:IR增大,导致R上的分压增大,由:UBE=VCC−UR可知,UBE减小,由三极管的输出特性曲线可知,IB减小,从而使得IC减小
1.1.1 镜像电流源的动态分析
我们先画出它的交流通路;它是怎么来的呢?首先我们分析一下它的结构:
T1管子的画法与我们之前一模一样(唯一不太一样的是这里rce不能省略),然后我们关注一下T0,它的集电极C极和基极B极被短路了,所以画的时候只剩下B极和E极之间的电阻rbe了
r0=i0u0=rce1
镜像电流源的缺点:
- 镜像误差大(受β影响,因为β不可能取得很大)
- 输出电阻r0小
- 不能输出μA级的电流
(在改进部分我们将会看看将如何改进这些缺点)
1.2 比例电流源
我们可以看到,由于电路元件的参数依然是一样的,所以T0和T1管子的B极电位是一样的,那么有:
UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1
另外,我们还需要一个非常重要的公式,就是晶体管发射结的电压电流关系(也就是IE和UBE的关系。忽略rbb′上的电压):IE=ISeUTUBE
那么,我们就可以得到:UBE=UTlnISIE
因此,由有:UBE0−UBE1=UTlnIE1IE0
那么,IE1Re1=UTlnISIE+IE0Re0
在β >> 2时,可以认为:IR≈IC0≈IE0;IE1≈IC1
即:IC1Re1=UTlnISIE+IC0Re0
在一定的取值范围内,对数项可以忽略不计,最后我们就得到了:IC1=Re1Re0IC0
那么,我们可以通过控制Re1和Re0的大小关系控制输出电流的大小,此谓之比例电流源
1.3 微电流源
微电流源存在的目的:在集成运放中,一般来说集电极C的静态电流很小(往往只有几十毫安,甚至更小),为了希望采用较小的电阻而产生较小的集电极电流,将上面的比例电流源加以改造,令其Re0=0就得到了微电流源
我们有:IC1≈IE1=RUBE0−UBE1
有在比例电流源中的公式:UBE=UTlnISIE
我们可以知道:IC1≈RUTlnIC1IR(超越方程)
2.改进型电流源电流
为了克服镜像电流源电路的一些缺点,我们进行如下改进:
(带缓冲极镜像电流源电路)
我们来分析一下:从输出电流IC1找突破口:IC1=IC0=IR−IB2=IR−1+βIE2=IR−1+β2IB=IR−β(1+β)2IC
移项可得:IC1=1+β(1+β)2IR
这样一来,要想实现IC1≈IR,我们对β的要求就没那么高了