恒流源设计

恒流源的输出电流为恒定。在一些输入方面如果应用该电路则能够有效保护输入器件。比如RS422通讯中采用该电路将有效保护该通讯。在一定电压方位内可以起到过压保护作用。以下引用一段恒流源分析。

恒流源是输出电流保持不变的电流源,而理想的恒流源为:
a)不因负载(输出电压)变化而改变。
b)不因环境温度变化而改变。
c)内阻为无限大。

 恒流源之电路符号

 理想的恒流源            实际的流源
理想的恒流源,其内阻为无限大,使其电流可以全部流出外面。实际的恒流源皆有内阻R。 
三极管的恒流特性:

 从三极管特性曲线可见,工作区内的IC受IB影响,而VCE对IC的影响很微。 
因此,只要IB值固定,IC亦都可以固定。 
输出电流IO即是流经负载的IC。

电流镜电路Current Mirror: 
电流镜是一个输入电流IS与输出电流IO相等的电路

Q1和Q2的特性相同,即VBE1 = VBE2,β1 = β2。

优点: 
三极管之β受温度的影响,但利用电流镜像恒流源,不受β影响,主要依靠外接电阻R经 
Q2去决定输出电流IO(IC2 = IO)。 

三极管射极偏压设计

范例2.

从左边看起:基极偏压

 所以
VE=VB - 0.6=1.0V
又因为射极电阻是1K,流经射极电阻的电流是

所以流经负载的电流就就是稳定的1mA
范例2.

这是个利用稳压二极管提供基极偏压5.6V
VE=VB - 0.6=0.5V
流经负载的电流

范例3.

这个例子有一点不同:利用PNP三极管供应电流给负载电路.首先,利用二极管0.6 V的压降,提供8.2 V基极偏压(10 – 3 x 0.6 = 8.2). 4.7 K电阻只是用来形成通路,而且不希望(也不会)有很多电流流经这个电阻。 
VE=VB + 0.6=8.8V
PNP晶体的560欧姆电阻两端电位差是1.2V, 所以电流是2mA
晶体恒流源应用注意事项 
如果只用一个三极管不能满足需求,可以用两个三极管架成:

或是 
 

 也可以是 

注意:恒流源是一个二端子的零件.市面上也有“稳流二极管” (current regulating diode, CRD)供小电流应用.大电流应用时,可以用IC稳压器串联电阻,或是使用MOSFET的方法。

### 有源电流镜的工作原理实现方式 #### 工作原理概述 有源电流镜是一种利用半导体器件(通常是BJT或MOSFET)来复制和缩放电流的电路结构。其核心功能是通过控制晶体管的特性,使得输出电流能够精确地反映输入电流的变化。这种电路广泛应用于模拟集成电路设计中,特别是在放大器、电源管理和信号处理领域。 在典型的有源电流镜中,一个晶体管被配置为二极管连接模式,从而形成基准电流路径[^1]。另一个晶体管则作为跟随者,其栅极/基极电压由第一个晶体管决定,进而调节自身的漏极/集极电流以匹配输入电流。对于MOSFET而言,这一过程依赖于沟道长度调制效应以及跨导参数的一致性;而对于BJT,则主要依靠基射结电压\( V_{BE} \) 的稳定性[^3]。 #### 实现方式详解 ##### 基本型有源电流镜 最简单的形式是由两个相同特性的NPN BJT或者NMOS组成。其中一只晶体管设置成二极管接法——即将它的发射极接到公共节点并另一只晶体管共享相同的偏置条件。此时,流入该“参考”晶体管中的固定量程直流电会建立起特定大小的 \( V_{BE} \)[^2] 或阈值电压 \( V_T \),此数值随后传递给第二个单元用以调整后者所承载的实际负载流量至相等水平。 ```python # Python伪代码表示基本操作逻辑 def basic_current_mirror(I_ref, beta): """ :param I_ref: 参考电流 (单位安培) :param beta: 晶体管增益系数 :return: 输出电流 Io """ # 计算理论上的Io基于理想模型假设忽略误差因素影响下应接近Iref Io = I_ref * ((beta - 1)/beta)**(-1) return Io ``` 上述函数展示了如何依据已知参变量计算目标支路里的预期流动强度。值得注意的是,在真实世界里由于制造工艺偏差等因素的存在可能导致最终测量值得不到完全吻合预测结果的现象发生。 ##### 改良版本—威尔逊电流镜 为进一步提升性能表现减少寄生效应带来的负面影响,工程师们开发出了多种改进方案之一即所谓的"威尔逊"(Wilson)拓扑结构。它引入第三个甚至更多数量级元件构建更为复杂的网络布局以便更好地补偿内部损耗同时增强整体系统的鲁棒性和精度等级。 具体来说就是在原有基础上增加额外的一个PNP类型的三极管(T4), 它的作用在于重新分配原本施加在整个链路上的压力分布状况从而使整个体系达到更加均衡的状态: - T4 平衡了 T1 和 T2 的集极电压. - 减少了因 β 不匹配引起的误差. 这些改变带来了如下好处: 1. **消除基极电流失配**: Wilson 结构有效解决了传统方法中存在的此类问题; 2. **高输出阻抗**: 负反馈机制显著提升了这一点; 3. **无需外部偏压源**, 构件数目较少却能胜任较大规模的任务需求; 尽管如此也有一定局限之处比如面对高频场景可能出现不稳定现象等问题需要注意规避解决办法可能涉及加入适当容量值范围内的去耦容器或者其他专门针对这种情况定制的技术手段加以改善优化效果最佳化方向发展前进道路上不断探索前行脚步永不停歇追求极致完美境界始终是我们共同奋斗的目标所在之地! --- ###
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