如何分析集成運(yùn)算放大電路中的恒流源電路

普通鏡像恒流源、多集電極恒流源、高精度鏡像恒流源、高內(nèi)阻恒流源和鏡像微恒流源電路，以及恒流源電路輸出電阻的計(jì)算等。

分析恒流源電路的方法是：

        （1）確定恒流源電路中的基準(zhǔn)晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管；

        （2） 計(jì)算或確定基準(zhǔn)電流；

        （3）根據(jù)半導(dǎo)體器件之間的一致性，計(jì)算輸出恒流值；

        （4）繪制恒流部分的交流通路，確定恒流源的內(nèi)阻。

        由于恒流源的內(nèi)阻較大，計(jì)算恒流源內(nèi)阻時(shí)不能忽略三極管集電極與發(fā)射極之間，或場(chǎng)效應(yīng)管漏極與源極之間的動(dòng)態(tài)電阻。

1、基本鏡像恒流源分析

        已知基本鏡像恒流源電路如圖1所示，試計(jì)算輸出電流的大小和恒流源內(nèi)阻。

圖1

        晶體管是基準(zhǔn)管，且，工作在放大狀態(tài)。

        當(dāng)與特性參數(shù)完全一致時(shí)，由可推得

        由基準(zhǔn)輸入回路得，

        所以，

        當(dāng)時(shí)，。

        恒流輸出管的交流通路如圖1(b)所示，將晶體管用微變等效模型替代后的電路模型如圖1(c)，顯然，恒流源的內(nèi)阻。

        必須注意，應(yīng)用管的恒流特性時(shí)，必須滿足，保證始終工作在放大狀態(tài)。

        基本鏡像恒流源電路的擴(kuò)展電路有兩種，如圖2所示。

圖2

        圖2(b)的管采用多集電極晶體管（圖2(a)已將其分散畫），以基準(zhǔn)管的集電極面積為基準(zhǔn)，可得到一組與集電極面積成正比的多個(gè)恒流源。

        圖2(c)中增加管可以進(jìn)一步減少恒流輸出與基準(zhǔn)電流之間的近似程度，此時(shí)，

        所以，

        當(dāng)時(shí)，基本鏡像恒流值，增加管后，更接近。

        2．高內(nèi)阻（Wilson）恒流源

        圖3是Wilson恒流源電路，試計(jì)算恒流輸出值。

圖3

        管是基準(zhǔn)管，，工作在放大狀態(tài)。

        當(dāng)、、均工作在放大狀態(tài)時(shí)，各電流之間關(guān)系為：

        整理后可得：

        按二極管形式連接的管是管發(fā)射極的等效電阻，Wilson恒流源的內(nèi)阻要大于。

        3．微恒流源（Widlar）電路

        圖4是Widlar微恒流源電路，試計(jì)算輸出恒流值。

圖4

        晶體管是基準(zhǔn)管，且，工作在放大狀態(tài)，。

        管發(fā)射極電流與發(fā)射極電壓之間的關(guān)系為：

        所以，

                （1）

        同理，當(dāng)工作在放大狀態(tài)時(shí)，

                  （2）

        由基極回路方程得：

                （3）

        將式（1）和式（2）代入式（3），同時(shí)考慮，得：

                （4）

        例，當(dāng)電源電壓等于+15V，，若要產(chǎn)生的恒流源，試確定電阻R1的值。

        將參數(shù)代入式（4）可得。

        若不采用微電源源電路，采用基本恒流源電路，雖然只需要一個(gè)電阻R，但此時(shí)電阻阻值要求為：

        此阻值遠(yuǎn)大于微電源電路中電阻R與R1之和，意味著需要占用更多的芯片面積。