恒流源电路
6种最常用恒流源电路的分析与比较
6种最常用恒流源电路的分析与比较6种最常用恒流源电路的分析与比较恒流电路有很多场合不仅需要场合输出阻抗为零的恒流源，也需要输入阻抗为无限大的恒流源，以下是几种单极性恒流电路：类型1：特征：使用运放，高精度输出电流：Iout=Vref/Rs类型2：特征：使用并联稳压器，简单且高精度输出电流：Iout=Vref/Rs检测电压：根据Vref不同（1.25V或2.5V）类型3：特征：使用晶体管，简单，低精度输出电流：Iout=Vbe/Rs检测电压：约0.6V类型4：特征：减少类型3的Vbe的温度变化，低、中等精度，低电压检测输出电流：Iout=Vref/Rs检测电压：约0.1V～0.6V类型5：特征：使用JEFT，超低噪声输出电流：由JEFT决定检测电压：与JEFT有关其中类型1为基本电路，工作时，输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压Vs(Vs=Rs×Iout)相等，如图5所示，图5注：Is=IB+Iout=Iout(1+1/h FE)其中1/h FE为误差若输出级使用晶体管则电流检测时会产生基极电流分量这一误差，当这种情况不允许时，可采用图6所示那样采用FET管图6Is=Iout-I G类型2，这是使用运放与Vref（2.5V）一体化的并联稳压器电路，由于这种电路的Vref高达2.5V，所以电源利用范围较窄类型3，这是用晶体管代替运放的电路，由于使用晶体管的Vbe （约0.6V）替代Vref的电路，因此，Vbe 的温度变化毫无改变地呈现在输出中，从而的不到期望的精度类型4，这是利用对管补偿Vbe随温度变化的电路，由于检测电压也低于0.1V左右，应此，电源利用范围很宽类型5，这是利用J-FET的电路，改变R gs可使输出电流达到漏极饱和电流I DSS，由于噪声也很小，因此，在噪声成为问题时使用这种电路也有一定价值，在该电路中不接R GS，则电流值变成I DSS，这样，J-FET 接成二极管形式就变成了“恒流二极管”以上电路都是电流吸收型电路，但除了类型2以外，若改变Vref 极性与使用的半导体元件，则可以变成电流吐出型电路。
常用的恒流电路
常用的恒流电路
恒流电路是一种控制电流大小不受负载变化影响的电路。
在实际电路中，常用的恒流电路有电流源电路和晶体管恒流源电路。
一、电流源电路
1. 晶体管基本电流源电路
晶体管基本电流源电路是一种简单的恒流电路，由一个固定电阻和晶体管组成。
其原理是通过晶体管的基极和发射极之间的电压来控制电流。
当输入信号的电压改变时，电流也会相应地改变。
2. 晶体管双向恒流源电路
晶体管双向恒流源电路是一种具有双向输出的恒流电路，其原理是使用两个晶体管和一个电阻网络实现。
当输入信号的电压改变时，输出电流也会相应地改变。
二、晶体管恒流源电路
晶体管恒流源电路是一种高精度、高稳定性的恒流电路，其原理是通
过负反馈控制器将输出电流保持在恒定的值。
该电路通常由一个晶体管、一个稳压电路、一个电阻和一个电容组成。
总之，恒流电路在实际应用中有着广泛的用途，如LED驱动、电机控制、高精度电源等。
通过采用适当的电路设计和元件选择，可以实现高效、稳定的恒流输出，从而为实际应用提供可靠的支持。
mos管恒流源电路
mos管恒流源电路【原创实用版】目录1.MOS 管恒流源电路的概述2.MOS 管恒流源电路的工作原理3.MOS 管恒流源电路的优缺点4.MOS 管恒流源电路的应用领域正文一、MOS 管恒流源电路的概述MOS 管恒流源电路，是一种基于金属 - 氧化物 - 半导体（Metal-Oxide-Semiconductor，简称 MOS）场效应晶体管的恒流源电路。
MOS 管恒流源电路具有恒定输出电流的特性，广泛应用于电子设备中的电源、信号处理、放大器等电路模块。
二、MOS 管恒流源电路的工作原理MOS 管恒流源电路的工作原理主要基于 MOS 管的导通特性。
在 MOS 管结构中，源极与漏极之间的电流可以通过改变栅极电势来调节。
当栅极电势达到一定值时，MOS 管进入导通状态，此时源极与漏极之间的电流保持恒定。
通过调节栅极电阻，可以实现恒流源电路的恒定输出电流。
三、MOS 管恒流源电路的优缺点优点：1.输出电流恒定：MOS 管恒流源电路能够在一定电压范围内提供恒定的输出电流。
2.输入阻抗高：MOS 管的输入阻抗较高，可以减少对信号源的影响。
3.功耗低：MOS 管的工作电压低，功耗相对较小。
缺点：1.输出电压范围有限：MOS 管恒流源电路的输出电压范围受限于 MOS 管的导通电压。
2.温度稳定性较差：MOS 管的导通电流随温度变化而变化，导致恒流源电路的温度稳定性较差。
四、MOS 管恒流源电路的应用领域MOS 管恒流源电路广泛应用于以下领域：1.电源管理：MOS 管恒流源电路可用于实现稳定输出电压的电源模块。
2.信号处理：MOS 管恒流源电路可用于信号放大、滤波等信号处理电路。
3.放大器：MOS 管恒流源电路可用于实现恒定偏置电流的放大器电路。
总之，MOS 管恒流源电路具有恒定输出电流、高输入阻抗和低功耗等优点，广泛应用于各类电子设备中。
三级管恒流源电路
三级管恒流源电路引言：三级管恒流源电路是一种常见的电路类型，广泛应用于电源、电机驱动器和LED调光器等领域。
三级管恒流源电路可以保持恒定的输出电流而不受负载变化的影响，是一种高性能、高可靠性的电路。
一、三级管恒流源电路的基本原理三级管恒流源电路主要由三个BJT（双极性晶体管）组成，分别为Q1，Q2和Q3。
电路的输入电压为Vin，额定输出电流为Iout。
当Vin增加时，Q1的基极电压也随之增加，Q1反向截止。
同时，Q2和Q3的基极电压都会降低，导致它们进入放大状态。
在此状态下，Q2和Q3形成一个反相放大器，将Vin的负载电压放大，并传输到输出端。
当Iout增加时，电路自动调整，使输出恒流保持不变。
当Iout减小时，Q3的VBE电压降低，Q3进入非放大状态，该电流被Q2截止。
这会导致Q2的基极电压降低，导致Q1进入放大状态。
在此状态下，Vin的负载电压被放大，Iout自动调整以保持恒定输出。
二、三级管恒流源电路的特点1. 稳定的输出电流。
三级管恒流源电路可以保持恒定的输出电流，即使负载发生变化。
2. 高可靠性和高性能。
三级管恒流源电路具有较高的可靠性和性能，可以在宽广的温度范围内，较长时间内工作。
3. 小尺寸。
三级管恒流源电路具有较小的尺寸，可以在高密度的电路板上实现。
4. 具有反向保护功能。
三级管恒流源电路具有反向保护功能，不会受到反向电压损伤。
5. 低成本。
三级管恒流源电路由普通的场效应晶体管或双极晶体管构成，成本较低，适用于大批量生产。
三、应用范围三级管恒流源电路广泛应用于LED驱动器、电源、电机驱动器等领域。
在LED驱动器中，三级管恒流源电路可以保持恒定的电流输出，不会因LED电压的变化而影响LED亮度，保证LED灯具具有均匀、稳定和高效的亮度输出。
在电源和电机驱动器中，三级管恒流源电路可以保持稳定的输出电流，使设备的稳定性和可靠性得到保证。
结论：三级管恒流源电路是一种高性能、高可靠性、低成本的电路，广泛应用于各种领域。
第4章恒流源电路
改进型威尔逊电流源
上式表明：该结构很好消除了沟道调制效应， 是一精确的比例电流源。
该结构只需四个MOS管，因此应用较广，且 可用于亚阈值区域作为精确的电流镜使用。
以上结论成立的前提是VGS4=VGS3，根据饱 和萨氏方程可以得到其条件为：
(W/L)3 (W/L)2 (W/L)4 (W/L)1
电源抑制电流源
电源抑制电流源 --CMOS峰值电流源
所谓峰值电流源是指输出电流是一个最大值，
通过以下分析可发现这种
VDD
电流源的最大电流与电源
M2
电压无关，即具有很好的 电源抑制能力。该电流源
IDS1
R
Io
既可工作在亚阈值状态， 也可工作在饱和状态。
M3 M1
电源抑制电流源 --CMOS峰值电流源
为了使消耗的电压余度最小且保证三极管m处于饱和区因此可选取v电位的选择必须使m样可以采用如右图所示的电路来提供v以满足vgs6取较大的值以满足vgs7约等于vth7大于vth1的尺寸时要求满足vgs6高输出阻抗高输出摆幅的恒流源源于共源共栅电流采用了源极跟随器电平移位电路如图所示图中m值电压vth的栅极与源极电位为vth管的栅极电位为vds1th2v2vth3v
即有： rog1 m2rd3s[1g gm m2 3(1gm 1rd1s)]
假定gm1=gm2=gm3，且gm1rds1>>1，则上式 可简化为：
rord3sgm1rd1s
威尔逊电流源
与基本电流镜结构相比，威尔逊电流源具有 更大的输出阻抗，所以其恒流特性得到了很
大的提高，且只采用了三个MOS管，结构
2 饱和工作状态： 假设M1与M3工作于饱和区，则根据饱和萨氏
恒流源电路
1
IE3 IC1 IC 2
IB3
T2
I E3 IC 2 IC1 IC 2
IE1
IR
2
IB1 IB2
IE2
r ce 2 2
IO
1 2 /(
2 )
可见，威尔逊电流源精度很高。 而且其输出电阻也很高，约为：
Ro
IO rbe3 R rce1
ib 3
rbe1 rbe2
rce3 rce2 UO
ib 1
ib 2
RO
求解威尔逊电流源输出电阻的等效电路
3.5.6 电流源的应用
电流源即可用做偏置电路，又可以用做有源负载。 例 3.5.1： 基本恒电
流源做VT1 的负载
+VCC
VT3
VT2
Au
1 ( rc e 1 // rc e 2 // R L )
T2 I B1 IB2
则 ： I B1 I B 2 ， IC 1 IC 2
I R I C 1 2 I B I C 2 2 I B I C 2 (1 2
)
IO IC 2
IR 1 2
IR
IR
VCC U R
BE
VCC R
R 0 r ce 2
镜像电流源具有温度补偿作用
IR
I B1 I B 2 1 3 IC1 IC 2
T3
IR
1
2
IB3
1 3
IR
R 0 r ce 2
IO 1
2
2
2
精密镜像电流源
恒流源电路原理
恒流源电路的基本原理恒流源电路是一种能够输出恒定电流的电路，它可以在不同负载情况下保持输出电流不变。
在很多应用中，需要稳定的电流源来驱动负载，例如LED驱动、激光器驱动、传感器等。
恒流源电路通过控制输出端的电压或者通过调节内部元件参数来实现稳定输出。
恒流源的分类恒流源可以分为两类：主动恒流源和被动恒流源。
1.主动恒流源：主动恒流源使用放大器等主动元件来实现稳定的输出电流。
其中最常见的就是使用晶体管作为控制元件，通过调节晶体管的工作状态来维持输出电流不变。
2.被动恒流源：被动恒流源则是利用二极管、二极管连接、MOSFET等被动元件构成的特殊网络来实现稳定输出。
这种类型的恒流源通常比较简单且成本较低，但是精度相对较低。
下面我们以主动恒流源为例进行详细讲解。
主动恒流源原理主要思想是通过对晶体管工作状态的控制，使得输出电流保持不变。
基本电路结构主动恒流源的基本电路结构如下图所示：恒流源电路恒流源电路其中，Q1和Q2是两个晶体管，R1和R2是两个电阻。
Vcc为电源电压。
工作原理主动恒流源的工作原理可以分为两个阶段：建立阶段和稳定阶段。
1.建立阶段：在建立阶段，首先假设Q1处于导通状态。
此时Q1的集电极与基极之间的电压为Vce_sat（饱和区压降），根据欧姆定律可知R1上产生一个与输出电流I相等的电压降。
由于Q2处于截止状态，所以其集电极上没有任何压降。
因此，根据基尔霍夫定律可知，Vcc等于R2上的电压加上Q2的集、基之间的饱和区压降Vbe_sat。
2.稳定阶段：在稳定阶段，通过反馈机制使得输出端口维持恒定的工作状态。
当输入端口发生变化时，比如负载发生变化，会导致输出电流发生变化。
此时，由于电流镜的存在，Q1和Q2之间的电流比例保持不变。
通过调节R1和R2的比例可以实现对输出电流的控制。
常见的主动恒流源电路常见的主动恒流源电路有多种形式，如Wilson镜、Widlar镜和母极驱动镜等。
下面分别介绍这几种常见的主动恒流源电路。
最简单的恒流源电路
最简单的恒流源电路一、恒流源电路简介恒流源电路是指能够输出恒定电流的电路，通常用于需要恒定电流供应的应用中。
恒流源电路在许多领域中都有广泛的应用，如LED驱动、电池充电器、电解电镀等。
二、基本的恒流源电路原理恒流源电路的基本原理是通过电流反馈控制的方式来实现恒定电流的输出。
以下是最简单的恒流源电路的原理图：电源正极 ----> 电阻 ----> NPN型晶体管 ----> 地||负载该电路由一个电阻和一个NPN型晶体管组成。
电阻通过电流反馈的方式感知到电流的变化，并将反馈信号送至晶体管的基极。
晶体管根据反馈信号调整自身的导通状态，从而实现恒定电流的输出。
三、恒流源电路的工作原理详解1.电源正极的电压通过电阻产生一个电流，这个电流就是我们想要输出的恒定电流。
2.电流经过电阻后，会产生一个电压降。
这个电压降会被晶体管的基极感知到。
3.当电流增大时，电阻产生的电压降也会增大，晶体管的基极电压也会增大。
4.基极电压的增大会使得晶体管的导通增强，从而使得电流减小，达到恒流源的稳定状态。
5.当电流减小时，电阻产生的电压降减小，基极电压也减小，晶体管的导通减弱，电流增大，同样达到稳定状态。
四、恒流源电路的设计与计算恒流源电路的设计需要根据具体的需求来确定电流的大小和电路元件的参数。
以下是一个简单的设计和计算示例：1. 确定恒定电流的大小根据应用需求确定所需的恒定电流值。
例如，假设我们需要一个恒定电流为1mA的恒流源电路。
2. 计算电阻的阻值根据所需的恒定电流和电源电压，计算电阻的阻值。
根据欧姆定律，电阻的阻值可以通过以下公式计算：R = V / I其中，R为电阻的阻值，V为电源电压，I为所需的恒定电流。
3. 选择合适的电阻阻值根据计算得到的电阻阻值，选择最接近的标准电阻阻值。
4. 选择合适的晶体管根据所需的电流和功率，选择合适的晶体管。
需要考虑晶体管的最大电流和功率容量，以确保电路的正常工作。
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威尔逊电流源
❖ 该电流源的基本原理是利用负反馈来提高电
流源的输出阻抗以使电流源具有良好的恒+流
特性V。DD
IV -
IR
Io
M3
gm3Vgs3
rds3
Vgs3 -
M1
M2
g m1Vgs1
rds1 Vgs2 Vgs1
gm2Vgs2
rds2
-
威尔逊电流源
❖ 上图中，由于VDS1=VGS3+VGS2，而VGS1=VGS2，所以：
V萨D氏S1>方IoV程GS可1(W ，得因L：)此2M(11 一定VD 工2 S作) 在饱和区，所以根据饱和 IR (WL)1 (1VD1S)
❖ 由于VDS2＝VGS2，VDS1=VGS2＋VGS3，即VDS1≠VDS2，所
以在这种电流源中，Io/IR的值不仅与M1、M2的几何尺寸 相关，还取决于VGS2与VGS3的值。
❖ 假定gm1=gm2=gmro 3， 且grd m1r3dssg1>m >1 1r，d则1s上式可电流源具有
更大的输出阻抗，所以其恒流特性得到了很 VDD
大的提高，且只采用了三个MOS管IR ，结构I简o 单，并可应用在亚阈值区。
❖ 但是图4中M3与M2的漏源
IR
❖ 由图可以看出，三极管M3处于饱和区的条件为：
X
Io
V G 1 S V t1 h V b V G 3 ( SV A )
Vb
M3
M4
❖ 而三极管M1饱和的条件为：
A
B
V G 3 S ( V G 1 V S t1 h ) V b V G 1 V S t3 h
❖ 即：
M1
M2
❖
V G 3 ( S V G 1 V S t1 h ) V G 1 V S t3 h
❖ 如何改善Io的恒基流特本性电以流实镜现真结正构意义上的电流源，
可以看到原则上有两种方法：
1、减小以至消除M2的沟道调制效应（因为VDS1＝VGS1
为定值，故M1不影响Io的恒流特性），即通过增大 M2的沟道长度，以减小λ，增大输出阻抗，从而改善 恒流特性。
2、设定VDS2＝VDS1，则可知Io与IR只与M1、M2的宽长
❖ 上式表明，该结构很好消除了沟道调制效应，是一精确的比例
电流源。而且只需四个MOS管就可实现，因此有较广泛的应用
。这种结构也可用于亚阈值区域作为精确的电流镜使用。
❖ 而要达到VGS4=VGS3，根据饱和萨氏方程可以得到其条件为：
(W/L)3 (W/L)2 (W/L)4 (W/L)1
共源共栅电流源―高输出阻抗恒 流源
威尔逊电流源
❖ 根据交流小信号等效电路，可求出电路的输出阻抗。忽 略Mr 3o 的衬rd3 偏s效rd3 应s g ，m g 1g m 则2 m 3 有rd 1 1 /：s rdg 2s m 3 gm 2 1 1 /rd2s 进一ro步可g1 m 推2导r出d3：s[1g gm m 2 3(1gm 1rd1s)]
M4
M3
电压仍不相同，因此提出 M1
M2
了一种改进型的威尔逊电
威尔逊电流源 ❖ 上图中引入了二极管连接的MOS管M4。
❖ 根据饱和萨氏方程，Io/IR的表达式与上式相同，且有：VDS1＝
VGS2＋VGS3－VGS4。设定VGS3＝VGS4，则有VDS1＝VGS2= VDS2
，则有：
Io (W L)2 IR (W L)1
❖ 共源共栅电流源是采用共源共栅结构来促使
VDS2＝VDS1，从而改善VD恒D 流特性的一种VDD行之
有效的电路E 结构，其电IR路结构如图所示IR 。 E
VDD
Io
Io
D
IR
Vb
M3
M4
+
M4
D
M3
A
B
A
VGS4+VA
A
B
-
M1
M2
M1
M1
M2
共源共栅电流源―高输出阻抗恒 流源
❖ 适当选择M3与M4的尺寸，就可实现VGS3＝VGS4，且有
(W/L)3/(W/L)4=(W/L)2/(W/L)1，一般取L1＝L2＝L3＝L4， 则VGS3＝VGS4，VGS2＝VGS1。
❖ 总之，该结构的电流仍与基本结构的相同，即仍取决于
底层的电流镜（M1与M2）。
低压共源共栅结构—常数Vb的偏 置
VDD
❖ 主要结V b 构 是V t一3 h 个V X 输( 出V 与G1 输)S入短路的共源共栅结构。
❖ 由上式可以发现，其输出阻抗很大，大约为基本结构输
出阻抗的gm4rds4倍。
❖ 共源共共源栅共结栅构的电主流要源缺点―是高损输失了出电阻压抗余恒度 。流一源般可采
用(W/L)3＞(W/L)1，(W/L)4＞(W/L)2进行补偿。 ❖ 为了保证VDS2＝VDS1=VGS1成立，根据萨氏方程，可得
到M1、M2、M3、M4的几何尺寸必须满足：
：VGS4+VA=VGS3+VB，因此，若 (W/L)3/(W/L)4=(W/L)2/(W/L)1，且VGS3=VGS4时可得到 VA=VB，即使M4与M3存在衬偏效应这个结果也成立。
❖ 该结r 构o 的 输r d 出2 阻 s 抗r 为d 4 ： s r d 2 r d s 4 ( 1 s 4 ) g m 4
比相关，从而得到具有很好的恒流特性的电流源。
基本电流镜结构
❖ 因为沟道调制效应在小特征尺寸的CMOS工 艺中是不能消除的，因此通常是采用第二种 方法来改善电流源的恒流特性，由此而设计 出了多种恒流源电路结构。
❖ 另外，有时还由于存在不同的体效应，使各 自的阈值电压Vth不相等，因而其电流也会产 生偏差，这也可以通过电路的合理设计以消 除它对电流镜的影响。
❖ 从上式可以看出：假如已有IR，只要改变 M1与M2的宽长比，就可设计出Io，它即可 以与IR相等，也可与IR成一比例关系，所 以也称为比例电流镜，这种技术在模拟集 成电路中有着广泛的应用，比如作为放大 器的负载。
❖ 但 变是 量由，于因存此在Io实沟际道上调不制是效一应个，恒且流VD源S2。是一
恒流源电路
基本电流镜结构
❖ 电流复制的基本原理
IR
Io
相同的工艺参数制作的两个
相同的MOS器件具有相同 M1
M2
的栅源电压，并且都工作在
饱和区则其漏极电流完全相
等，即实现了所谓的电流复制 。
❖ 但由于存在沟道调制效应时，其漏源电压
VDS若不相等，则其电流也不会相同。
❖ 在考虑沟道基调本制效电应流时镜有结：构 Io ((W WL L))1 2((1 1 V VD D1 2SS))IR