恒流源電路知識了解

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，而理想的恒流源應該具有以下特點：

a)不因負載(輸出電壓)變化而改變；

b)不因環境溫度變化而改變；

c)內阻為無限大（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成，輸入級提供參考電流，輸出級輸出需要的恒定電流。

①構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定的電流以保證其它電路穩定工作的基礎。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的BJT或者MOSFET來實現。

為了保證輸出晶體管的電流穩定，就必須要滿足兩個條件：a）其輸入電壓要穩定——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結二極管就具有這種特性——指數式上升的伏安特性；另外，把增強型MOSFET的源-漏極短接所構成的二極管，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連接而成的集成二極管，因為這種二極管既能夠適應IC工藝，又具有其特殊的優點。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，就需要設法減小Evarly效應（基區寬度調制效應），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。

 3 基本恒流源電路示例 

上左圖是用增強型n-MOSFET構成的一種基本恒流源電路。為了保證輸出晶體管T2的柵-源電壓穩定，其前面就應當設置一個恒壓源。實際上，T1二極管在此的作用也就是為了給T2提供一個穩定的柵-源電壓，即起著一個恒壓源的作用。因此T1應該具有很小的交流電導和較高的跨導，以保證其具有較好的恒壓性能。T2應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制效應等不良影響。

上右圖是用BJT構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提供穩定基極電壓的發射結二極管。當然，T1的電流放大系數越大、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的基區寬度調變效應（即Early效應）。另外，如果采用兩個基極相連接的p-n-p晶體管來構成恒流源的話，那么在IC芯片中這兩個晶體管可以放置在同一個隔離區內，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。

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