电流源电路
电流源电路 howland电流源电路
电流源电路howland电流源电路最近研究了一些典型的电流源电路。
阅读了几遍经典的电流源电路设计应用手册。
结合工作中的经验把它他整理出来分享给大家。
力争在这一系列文档里，把常见的电流源电路分析全面。
电流源电路【1】howland电流源电路（一） 第一小节，先从我最近刚刚设计的一个howland电路开始。
一个项目要求将交流电压信号变化为输出+/-50mA的交流电流信号，以便长距离传输。
输入信号为有效值为+/-5V的50Hz交流电压信号。
信号误差要保持在1%以内。
供电用+/-12V到+/15V都可以。
这个电路可以用分立器件来设计，用运放驱动一个AB类功放。
AB类功放的输出端串联一个电阻作为取样电阻。
电流流过取样电阻形成的电压信号即为反馈信号。
这样设计有突出的缺点，使用分立器件较多，输出器过于复杂，还不易控制精度。
因此本文推荐一个更为简单的电路howland电流源电路。
Howland 电路的基本原理图如下：其中X1G表示理想运放。
根据理想运放的虚短、虚断特性我们可以推导出此howland电路输出电流与输入电压VP，VM的关系公式如下:[2] 在实际的电路设计中我们通常使得RX=RF and RZ=RI。
这样上面的公式就可以简化为： 电路输入的信号是单极性电压信号，可以把VM接地，即电压为0。
这样可以进一步简化公式来确定各电阻的值。
电流源电路【2】howland电流源电路（二） howland电路设计原理。
方案设计如下图： 电路选用最大可以输出200mA的大电流运放OPA551。
使用单运放来实现高精度的正负电流输出。
OPA551的最大失调电压为5mV。
而本设计要求的最大输入信号为7.071V。
因此失调电压的影响会小于0.1%。
电流流过的四个高精度电阻R5-R8形成的电压信号作为反馈信号反馈给正输入端电阻R4。
使用四个电阻的原因是，四个电阻可以分担输出的电流，保证电阻的产生的热量远低于额定功率; 再则这样可以匹配出更精确的阻值。
如何使用电路中的电流源和电压源
如何使用电路中的电流源和电压源电流源和电压源是电路中常见的两种电源元件，它们在电路设计和实际应用中发挥着重要作用。
本文将介绍如何正确使用电流源和电压源来满足不同的电路需求。
一、电流源电流源是一个可以提供稳定电流输出的电子元件，常用的电流源有恒流二极管和电流放大器等。
在电路中，电流源的作用是保持电路中的电流不随电阻的变化而改变，以确保电路的稳定工作。
1. 电流源的符号及特性在电路图中，电流源通常以一个短线与一个箭头表示。
箭头指向电流流向的方向，表示电流源输出的方向。
电流源的特性可以由其直流稳态特性和交流特性两个方面来描述。
直流稳态特性指的是电流源输出的直流电流不随电路中的负载变化而变化。
交流特性指的是电流源输出的电流在交流信号下保持稳定。
2. 使用电流源的注意事项（1）选择适合的电流源类型：根据电路的要求，选择合适类型的电流源。
例如，恒流二极管适合用于低功率、低电流的电路，而电流放大器适用于高功率的电路。
（2）确定电流源的工作范围：电流源有一定的工作范围，需要根据具体情况配置合适的电流源。
过小的电流源可能无法满足电路要求，过大的电流源可能会损坏电路元件。
（3）连接电流源：将电流源正确连接到电路中。
根据电流源的输入和输出端口连接到电路的相应位置，确保电流源与其他元件连接可靠。
二、电压源电压源是一个可以提供稳定电压输出的电子元件，常用的电压源有电池和稳压电路等。
在电路中，电压源的作用是提供稳定的电势差，驱动电流在电路中流动。
1. 电压源的符号及特性电压源通常以一个长线与一个箭头表示，箭头表示电压源的正极。
在电路图中，电压源可以是直流电源或交流电源，根据不同的需求来选择。
电压源的特性主要包括其电压稳定性、电流输出能力和输出波动等。
电压稳定性是指电压源输出的电压在不同负载条件下能够保持稳定。
电流输出能力是指电压源可以提供的最大电流。
输出波动是指电压源输出的电压在时间上的波动。
2. 使用电压源的注意事项（1）选择合适电压源类型：根据电路要求选择合适类型的电压源。
常用的电流源电路有
镜象电流源电路如 图 04.03 所 示 ， 它 的 特 点是工作三极管的集电 极电流是电流源电路的 镜象(电流相等）。
)
VCC VBE 且 IR ，当 >> 2 时, R I C 2 I R ， I C2 和 I R 是镜象关系。
图04.03 镜象电流源
4.3.2 精密镜象电流源
幅频特性偏离中频值的现象称为幅度频率失真; 相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真。 放大电路的幅频特性和相频特性，也称为 频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的 增益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅 度频率失真，简称幅频失真。放大电路对不同 频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产 生失真，称为相位频率失真，简称相频失真。 幅频失真和相频失真是线性失真。
(2)电流源电路用于模拟集成放大器中 以稳定静态工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。
(3)用电流源做有源负载，可获得增益高、 动态范围大的特性。
(4)用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。
(5)电流源还可单独制成稳流电源使用。
(6)在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 镜象电流源、精密电流源、 微电流源、多路电流源等。
图04.01 三极管电流源
下面就通过图 04.02 所示的等效电路来求该 电路的内阻，以探讨其稳流特性。由图可得
图04.02 求Ro微变等效电路
d I b Rb d I b rbe Re (d I b d I o ) 0 d Vo (d I o d I b )rce Re (d I b d I o ) 0
4.2 三极管基本电流源
用普通的三极管接成电流负反馈电路，即可 构成一个基本的电流源电路。分压偏置基本放大 电路就具有这一功能，其电路如图04.01所示。
模拟电子技术3.1电流源电路
I C1
R1 R2
I REF
两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的
阻值成反比，故称为比例电流源。
三、微电流源
+VCC
在镜像电流源的基础上 接入电阻 RE。
R IREF 2IB
IC1
IC2
引入RE使 UBE2 < UBE1，
T1
T2
且 IC2 << IC1 ，即在 RE 值不 大的情况下，得到一个比较
IC2
I REF
VCC
UBE1 R
二、比例电流源
由图可得 UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2 由于 UBE1 UBE2 ，则
IE1R1 IE2 R2
忽略基极电流，可得
+VCC
R IREF
2IB
IC1
T1
IB1 +
UBE1
R1
IC2
IB2 U+BE2 T2 R2
IC2
R1 R2
3.1 集成运放中的电流源电路
运放电路中的晶体管和场效应管除了作为放大管 外，还构成电流源电路，为各级提供合适的静态电流;
或作为有源负载取代高阻值电阻，从而增大放大电 路的电压放大倍数。
一、镜像电流源
两管在同一硅片上，参数相同；T1管UCB=0，处于临界饱和即微
导通状态。
+VCC
基准电流
I REF
IC1 VT1
R1
IC2 VT2
R2
IC3 VT3
R3
I C3
I E3
I E1R1 R3
I REF R1 R3
UT ln
I C1 IC2
I C 2 RE
如何设计一个简单的电流源电路
如何设计一个简单的电流源电路在电子电路设计中，电流源是一个常见的电路元件，用于稳定地提供恒定的电流输出。
通过设计一个简单的电流源电路，我们可以实现电路中对电流的精确控制和稳定输出。
本文将介绍如何设计一个简单的电流源电路，并提供详细的步骤和示例。
一、电流源的基本原理在电子电路中，电流源是一种主动元件，它可以提供恒定的电流输出，不受外部电路阻抗的影响。
电流源主要基于负反馈原理工作，通过自动调整输出电流，保持输入电流与输出电流之间的恒定比例关系。
常见的电流源电路包括电流镜、负反馈电路和放大器等。
二、设计步骤1.确定所需的电流输出值首先，确定所需的电流输出值。
这个值可以根据具体的应用需求来确定，例如驱动LED需要的电流、激励传感器等。
2.选择合适的电流源电路类型根据所需的电流输出值和应用需求，选择合适的电流源电路类型。
常见的电流源电路有简单的恒流二极管电路、恒流镜电路、差分放大器电流源等。
3.计算电路参数根据所选电流源电路，计算电路所需的元器件参数。
主要包括电阻值、跨导值、电压值等。
其中，电流源电路的关键参数是跨导值，它决定了输出电流的稳定度和精度。
4.选择合适的元器件根据计算得到的电路参数，选择合适的元器件。
常见的元器件包括二极管、电阻、晶体管等。
在选择元器件时，要考虑元器件的工作电流范围、温度特性和可靠性等因素。
5.进行电路仿真和优化使用电路仿真软件（如SPICE）对设计的电路进行仿真和优化。
通过仿真可以验证电路的性能和稳定度，并做出相应的调整和优化。
6.制作和测试电路根据设计的电路图，进行电路的制作和组装。
在测试过程中，应测量电流源电路的输出电流，并与设计值进行对比，验证电路的实际性能。
三、示例电路设计假设我们需要设计一个输出电流为1mA的电流源电路。
以下是一个简单的恒流二极管电路设计示例：电路图：```R1Vin ---/\/\/\/-----|>|-- VoutR2```电路参数计算：假设二极管的压降为0.7V，根据欧姆定律，可得：R1 = (Vin - Vout) / Iout = (Vin - Vout) / 0.001AR2 = Vout / Iout = Vout / 0.001A选择元器件：选择合适的二极管和电阻来满足电路设计要求。
高二物理竞赛课件基本电流源电路
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二、威尔逊电流源
+Vcc
电路：
❖T0、T1 、 T2特性一致， 0 = 1= 2 ；
T0 IC0
2IB
❖ T1的rce是T2的发射极电阻Re ；
B
❖ IC2为输出电流。UBE0=UBE1， IC1 =IC0 =IC 。
IR R IB2
T1 A IC1
IE2 T2
IC2
工作原理： 因为rce1非常大，所以可使IC2高度稳定。
IE1
Re
IC1
UT Re
ln
IR IC1
计算R和Re的数值
R VCC UBE0 IR
Re
UT IC1
ln
IR IC1
若VCC＝15V，IR＝1mA，UBE0＝0.7V， UT＝26mV，IC1＝20A，则
IR
VCC
UBE0 R
R VCC UBE0 15 0.7 kΩ 14.3kΩ
ln
IR IC1
Re0 Re1
IR
2
微电流源：
IC1
UT Re
ln
IR IC1
较小时，误差增大，需改进电路。 7
一、加射极输出器的电流源
+Vcc
电路： ❖T0、T1 、 T2特性一致， 0 = 1= 2 ；
IR R
IC1
❖ T2：射极输出器；
IC0 IB2
T2
IE2
❖ IC1为输出电流。UBE0=UBE1，IB1= IB0= IB T0
11
设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则
IC1 S1 ，IC2 S2 IC0 S0 IC0 S0
根据所需静态电流，来确定集电结面积。
12
11、电流源电路
动态电阻：
（求解方法参考教材137页）
r0 = rce (1
Re
rbe Rb1 // Rb 2 Re
)
镜像电流源
微电流源
高输出阻抗电流源 组合电流源 JFET电流源
1、镜像电流源
由于T1和T2的发射结并 联在一起，当T1、T2的 特性相同时，T1对T2有 很好的温度补偿作用， 可以大大提高电流源的 温度稳定性。
作用：
为放大电路提供稳定的偏置电流 作为放大电路的有源负载，提高放大电路增益
特点：
电流源属单口网络，端口电流具有恒流特性，即端 口电流不随负载的变化而变化。“端口电流恒定， 交流等效电阻大”
来源：
理想
电流估算：
Rb 2 VB = Vcc Rb1 Rb 2
I0 = IC I E VB VBE VB Re Re
I REF
VCC VEE VBE1 VBE 4 R1
4. 电流源作有源负载
镜像电流源
共射电路的电压增益为：
( Rc // RL ) V o AV = rbe Vi
对于此电路Rc就是镜像 电流源的交流电阻，因此 增益为：
放大管
RL AV = rbe
比用电阻Rc就作负载时提高了。
模拟电子技术基础
第六章 模拟集成电路
集成电路:
将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。
集成电路的优点：
工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
电流源、差分式放大电路 、乘法器
一、电流源（电流恒定的电源）
电流源的作用、特点、来源、电流估 算及动态电阻
什么是电流源如何设计一个电流源电路
什么是电流源如何设计一个电流源电路什么是电流源？如何设计一个电流源电路电流源（Current Source）是电路中一种能够提供稳定输出电流的设备或电路元件。
与电压源（Voltage Source）相对应，电流源在电路中起到供给电流的作用。
设计一个稳定可靠的电流源电路需要考虑电流源的基本原理和特性。
一、电流源的原理和特性电流源基于欧姆定律，根据电流I和电阻R的关系，利用电压和电阻的匹配来产生稳定的输出电流。
电流源的主要特性包括：1. 稳定性：电流源需要具备输出电流稳定、不受外界条件变化的能力。
2. 精度：电流源的输出电流应与设定值尽可能相等，偏差应在可接受的范围内。
3. 范围：电流源应具备一定的输出电流范围，以满足不同应用需求。
二、设计电流源的基本步骤设计一个电流源电路需要按照以下步骤进行：1. 确定需求：根据实际需要确定输出电流的稳定性、精度和范围等参数。
2. 选择电流源类型：根据需求选择恒流源（Constant Current Source）或可变电流源（Variable Current Source）等类型。
3. 设计电流源电路：根据电流源类型选择适合的电路拓扑，如晶体管电流源、四电阻电流源等。
4. 计算参数：根据所选电路拓扑，计算电阻值、电容值和电源电压等参数，并利用理论公式进行计算。
5. 模拟分析：使用电路仿真工具进行模拟分析，验证设计的电流源的性能和性能参数。
6. 实际搭建：根据设计结果，选择合适的电子元件和连接方式进行实际电路的搭建。
7. 测试与优化：对搭建的电路进行测试，根据测试结果进行优化，调整电阻、电容或其他元器件的数值，以达到设计要求。
三、设计实例：基于晶体管的恒流源电路以下为基于晶体管的恒流源电路设计的一种实例，供参考：在这个实例中，我们使用PNP型晶体管和电阻来实现恒流源电路。
电路参数如下：- 输入电源：12V- 目标输出电流：10mA设计步骤：1. 选择晶体管：选择具有合适特性的PNP型晶体管，确保其最大电流（Ic）大于目标输出电流。
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