集成运算放大电路中的恒流源电路分析方法

时间:2019-10-09 08:30:38 分享到:

  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(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。

  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。

  (本文来源:阿里巴巴)

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