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(shù)，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(yīng)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(chǔ)。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(yīng)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(yīng)當(dāng)設(shè)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(dāng)然，T1的電流放大系數(shù)越大、跨導(dǎo)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(yīng)(即Early效應(yīng))。

(二)輸出要求

如果采用BJT，為了使其輸出電阻增大，就需要設(shè)法減小Early效應(yīng)(基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng))，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(shè)法減小其溝道長度調(diào)制效應(yīng)和襯偏效應(yīng)。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(shè)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(yīng)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(yīng)用，為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)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(shè)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(guān)系，故稱此電路為鏡像恒流源(IR為基準(zhǔn)電流，IC1為輸出電流)。

鏡像恒流源電路簡單，應(yīng)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(yīng)當(dāng)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(guān)系，使IC1與IR呈比例關(guān)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(dāng)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(yīng)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(zhǔn)電流去獲得多個不同的輸出電流，以適應(yīng)各級的需要。

圖4所示電路是在比例恒流源基礎(chǔ)上得到的多路恒流源電路，IR為基準(zhǔn)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(guān)系

IE0Re0≈IE1Re1≈IE2Re2≈IE3Re3(2-6)

當(dāng)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。