镜像电流源的工作原理与应用

1.BJT基本镜像电流源

图5.2.1所示为镜像电流源电路，它由两只特性完全相同的管子T0和T1构成，由于T0的管压降UCE0与其b-e间电压UBE0相等，从而保证T0工作在放大状态，而不进入饱和状态，故集电极电流IC0= β0IB0。由于图中T0和T1的b-e间电压相等，故基极电流IB0= IB1= IR；又由于电流放大系数β0= β1= β，故集电极电流IC0= IC1= IC= βIB。可见，电路的这种特殊接法，造成IC1和IC0呈镜像关系，因而称此电路为镜像电流源。IC1为输出电流。电阻R中的电流为基准电流，其表达式为

图5.2.1　镜像电流源

所以集电极电流为

当β＞＞2时，输出电流为

集成运放中纵向晶体管的β均在百倍以上，因而式（5.2.2）成立。当VCC和R的数值一定时，输出电流也就随之确定。

镜像电流源具有一定的温度补偿作用，简述如下：当温度上升时，IC0、IC1会增加，IC0增加会使得IR增加，于是UR增加，UB下降，所以IB下降，所以IC1下降，形成负反馈。当温度降低时，电流、电压的变化与上述过程相反，因此提高了输出电流IC1的稳定性。

镜像电流源电路简单，应用广泛。但是，在电源电压VCC一定的情况下，若要求IC1较大，则根据式（5.2.2），IR势必增大，R的功耗也就增大，这是集成电路中应当避免的；若要求IC1很小，则IR势必也小，R的数值必然很大，这在集成电路中是很难做到的。因此，派生了其他类型的电流源电路。

2.改进的镜像电流源(www.xing528.com)

在基本电流源电路中，β足够大时式（5.2.2）才成立。换言之，在上述电路的分析中均忽略了基极电流对IC1的影响。如果在基本电流源中采用横向PNP型管，则β只有几倍至十几倍。例如，若镜像电流源中β = 10，则根据式（5.2.1），IC1≈ 0.833 IR。IC1与IR相差很大。为了减小基极电流IB0和IB1的影响，提高输出电流与基准电流的传输精度，稳定输出电流，可对基本镜像电流源电路加以改进，这里介绍一种改进型的镜像电流源—— 威尔逊电流源。

图5.2.2所示为威尔逊电流源电路，IC2为输出电流。T1管c-e串联在T2管的发射极，其作用与典型工作点稳定电路中的Re相同。因为c-e间等效电阻非常大，所以可使IC2高度稳定。图中T0、T1和T2管特性完全相同，因而β0= β1= β2= β，IC1= IC2= IC。

图5.2.2　威尔逊电流源

根据各管的电流可知，A点的电流方程为

所以

在B点，有

整理可得

当β = 10时，IC2≈ 0.984 IR。可见，在β很小时，也可认为IC2≈ IR，IC2受基极电流影响很小。