鏡像恆流源

鏡像恆流源是模擬積體電路中普遍存在的一種標準部件，它的受控電流與輸入參考電流相等，即輸入輸出電流傳輸比等於1。其特點是輸出電流是對輸入電流按一定比例的“複製”，用來產生偏置電流和作為有源負載。

基本介紹

• 中文名：鏡像恆流源
• 又稱：電流鏡
• 特點：輸入輸出電流傳輸比等於1
• 性能：輸出電阻較小、精度較差等
• 套用學科：儀器科學、通信工程、電子科學

恆流源

基本概念

恆流源是輸出電流保持恆定的電流源，而理想的恆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）。

能夠提供恆定電流的電路即為恆流源電路，又稱為電流反射鏡電路。

基本原理

基本的恆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，輸出級輸出需要的恆定電流。

①構成恆流源電路的基本原則：

恆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。即要求恆流源電路輸出恆定電流，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。這可以採用工作於輸出電流飽和狀態的BJT或者MOSFET來實現。

為了保證輸出電晶體的電流穩定，就必須要滿足兩個條件：a）其輸入電壓要穩定——輸入級需要是恆壓源；b）輸出電晶體的輸出電阻儘量大（最好是無窮大）——輸出級需要是恆流源。

②對於輸入級器件的要求：

因為輸入級需要是恆壓源，所以可以採用具有電壓飽和伏安特性的器件來作為輸入級。一般的pn結二極體就具有這種特性——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體，也具有類似的伏安特性——拋物線式上升的伏安特性。

在IC中採用二極體作為輸入級器件時，一般都是利用三極體進行適當連線而成的集成二極體，因為這種二極體既能夠適應IC工藝，又具有其特殊的優點。對於這些三極體，要求它具有一定的放大性能，這才能使得其對應的二極體具有較好的恆壓性能。

③對於輸出級器件的要求：

如果採用BJT，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小Evarly效應（基區寬度調製效應），即要儘量提高Early電壓。

如果採用MOSFET，為了使其輸出電阻增大，就需要設法減小其溝道長度調製效應和襯偏效應。因此，這裡一般是選用長溝道MOSFET，而不用短溝道器件。

簡介

鏡像恆流源是電流控制電流源，鏡像恆流源可以有多路輸出電流。人們對鏡像恆流源所關心的問題是其輸出電阻、I_o對I_R的跟隨精度以及它對電源電壓和溫度的靈敏性等。在傳統的電壓模式運算放大器設計中，鏡像恆流源用來產生偏置電流和作為有源負載。在新型電流模式模擬積體電路設計中，鏡像恆流源除了用來產生偏置電流外，還被廣泛用來實現電流信號的複製或倍乘，極性互補的鏡像恆流源還可以實現差動一單端電流信號的變換。鏡像恆流源是設計積體電路的基本單元電路。

電路結構

圖所示是用兩個配對的NPN型BJT構成的基本鏡像恆流源，又稱為電流鏡。V₁管的c-b間短路,相當於集電結短路,利用其發射結在電路中構成一隻等效二極體。因此該電路與圖其實是相同的。V2管的集電極電流I_C2就是恆流源的輸出電流,可以為積體電路中的各類放大電路提供恆定的偏置電流I_C。基本鏡像恆流源的內阻為R_o~=R_ce2

基本鏡像恆流源

電路性能

1、鏡像恆流源電路的輸出電流與參考電流成鏡像關係,即I_C2~=I_R

2、參考電流僅取決於外電路參數,與電晶體參數無關,即與溫度無關,這樣就將IC2穩定住了可以為放大電路提供穩定的偏置電流

3、輸出電流與參考電流存在一定的誤差。當採用的BJT的β較小時，用一個參考電路同時帶動多個輸出電流的鏡像恆流源電路,其誤差將會大大增加。可見基本鏡像恆流源輸出電流與參考電流之間不完全成鏡像關係，精度較差。

4、電流源的輸出電阻等於V₁管的輸出電阻,相對較小,因此恆流源內阻並不大。在實際套用中輸出電流受負載波動的影響較顯著。

5、V₁和V₂工作狀態並不對稱,集電結偏置差別很大,當考慮到基區寬調效應時,其電流精度要大打折扣。