恒流源電路
恒流源電路,恒流源由信號源和電壓控制電流源(VCCS)兩部分組成。正弦信號源采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術，即以一定頻率連續(xù)從EPROM中讀取正弦采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換并濾波后產(chǎn)生EIT所需的正弦信號。
本系統(tǒng)采用DDS集成芯片AD9830，其內(nèi)部有兩個12位相位寄存器和兩個32位頻率寄存器。在單片機的控制下對相應的寄存器置數(shù)就可以方便得到2MHz以下的任意頻率和相位的輸出，其中頻率精度為1/ 2 32，相位分辨率為2π/2 12，輸出幅度也可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，因此能滿足系統(tǒng)多頻激勵(10kHz～1MHz)的要求。
恒流源電路的基本原則
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。
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。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。
恒流源電路的輸入、輸出要求
(一)輸入要
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，其前面就應當設置一個恒壓源。實際上，T1 MOS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。
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。當然，T1的電流放大系數(shù)越大、跨導越高，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(即Early效應)。
(二)輸出要求
如果采用BJT，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小Early效應(基區(qū)寬度調(diào)制效應)，即要盡量提高Early電壓。
如果采用MOSFET，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小其溝道長度調(diào)制效應和襯偏效應。因此，這里一般是選用長溝道MOSFET ，而不用短溝道器件。
四種恒流源電路分析
在改進型差動放大器中，用恒流源取代射極電阻RE，既為差動放大電路設置了合適的靜態(tài)工作電流，又大大增強了共模負反饋作用，使電路具有了更強的抑制共模信號的能力，且不需要很高的電源電壓，所以，恒流源和差動放大電路簡直是一對絕配!
恒流源既可以為放大電路提供合適的靜態(tài)電流，也可以作為有源負載取代高阻值的電阻，從而增大放大電路的電壓放大倍數(shù)。這種用法在集成運放電路中有非常廣泛的應用。本節(jié)將介紹常見的恒流源電路以及作為有源負載的應用，為后續(xù)內(nèi)容的學習進行知識儲備。
(一)恒流源電路-鏡像恒流源電路
如圖1所示為鏡像恒流源電路，它由兩只特性完全相同的管子VT0和VT1構(gòu)成，由于VT0管的c、b極連接，因此UCE0=UBE0，即VT0處于放大狀態(tài)，集電極電流IC0=β0*IB0。另外，管子VT0和VT1的b-e分別連接，所以它們的基極電流IB0=IB1=IB。設電流放大系數(shù)β0=β1=β，則兩管集電極電流IC0=IC1=IC=β*IB?？梢?，由于電路的這種特殊接法，使兩管集電極IC1和IC0呈鏡像關系，故稱此電路為鏡像恒流源(IR為基準電流，IC1為輸出電流)。
鏡像恒流源電路簡單，應用廣泛。但是在電源電壓一定時，若要求IC1較大，則IR勢必增大，電阻R的功耗就增大，這是集成電路中應當避免的;若要求IC1較小，則IR勢必也小，電阻R的數(shù)值就很大，這在集成電路中很難做到，為此，人們就想到用其他方法解決，這樣就衍生出其他電流源電路。
(二)恒流源電路-比例恒流源電路
如圖2所示為比例恒流源電路，它由兩只特性完全相同的管子VT0和VT1構(gòu)成，兩管的發(fā)射極分別串入電阻Re0和Re1。比例恒流電路源改變了IC1≈IR的關系，使IC1與IR呈比例關系，從而克服了鏡像恒流源電路的缺點。
與典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路一樣，Re0和Re1是電流負反饋電阻，因此與鏡像恒流源電路相比，比例恒流源的輸出電流IC1具有更高的穩(wěn)定性。
當Re0=Re1時，IC1仍然等于IR，但此電路的IR由式(2-4)約定，比式(2-2)的IR小，一般用于前置放大器的輸入級。
(三)恒流源電路-微變恒流源電路
由式(2-3)可知，若Re0很小甚至于為零，則Re1只采用較小的電阻就能獲得較小的輸出電流，這種電路稱為微變恒流源，如圖3所示。集成運放輸入級靜態(tài)電流很小，往往只有幾十微安，甚至更小，因此微變電流源主要應用于集成運放輸入級的有源負載。
(四)恒流源電路-多路恒流源電路
集成運放是一個多級放大電路，因而需要多路恒流源電路分別給各級提供合適的靜態(tài)電流?？梢岳靡粋€基準電流去獲得多個不同的輸出電流，以適應各級的需要。
圖4所示電路是在比例恒流源基礎上得到的多路恒流源電路，IR為基準電流，IC1、IC2和IC3為三路輸出電流。由于各管的b-e間電壓UBE數(shù)值大致相等，因此可得近似關系
IE0Re0≈IE1Re1≈IE2Re2≈IE3Re3(2-6)
當IE0確定后，各級只要選擇合適的電阻，就可以得到所需的電流。
下載文檔
