恒流源电路知识讲座.pptx
基本电流镜结构
电流复制的基本原理
相同的工艺参数制作的两个
IR
Io
相同的MOS器件具有相同
的栅源电压，并且都工作在 M1
M2
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。
基本电流镜结构
在考虑沟道调制效应时有：
忽略M3的衬偏效应，则有：
ro
rds3
rds3
g
m1 g m3rds1 gm2 1/
g rds 2
m3
gm2
1 1/ rds2
进一步可推导出：
ro
1 gm2
rds3[1
g m3 gm2
(1
g r m1 ds1 )]
假定gm1=gm2=gm3，且gm1rds1>>1，则上式
可简化为：
低压共源共栅结构—常数Vb的偏置
主要结构是一个输出与输入短路的共源共栅结构。
由图可以看出，三极管M3处于饱和区的条件为：
VDD
Vb Vth3 VX ( VGS1 )
IR
而三极管M1饱和的条件为：
X
Io
VGS1 Vth1 Vb VGS3 ( VA )
Vb
M3
M4
即：
A
B
VGS3 (VGS1 Vth1 ) Vb VGS1 Vth3
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
共源共栅电流源是采用共源共栅结构来促使
VDS2＝VDS1，从而改善恒流特性的一种行
之有效的电路结构，其电路结构如图所示。
VDD
VDD
Io
(W (W
L)2 L)1
(1 (1
VDS 2 ) VDS1 )
I
R
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。
但是由于存在沟道调制效应，且VDS2是一 变量，因此Io实际上不是一个恒流源。
E VDD
Io
IR
Vb
M3
IR
D
M4
+
IR
E
Io
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：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。 该结构的输出阻抗为：
基本电流镜结构
如何改善Io的恒流特性以实现真正意义上的电流源， 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
ro rds2 rds4 rds2rds4 (1 4 )g m4
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。
共源共栅电流源―高输出阻抗恒流源
共源共栅结构的主要缺点是损失了电压余度 。一般可
采用(W/L)3＞(W/L)1，(W/L)4＞(W/L)2进行补
偿。
M1
M2
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： I o (W L)2
I R (W L)1
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。
该式成立的条件是：
M1
M2
VGS3 (VGS1 Vth1) VGS1 Vth3
即：
VGS3 Vth3 Vth1
或△V≤Vth1。
低压共源共栅结构—常数Vb的偏置
在实际电路中只需适当选取M3的尺寸以使它的过 驱动电压ΔV保持小于M1的阈值电压即可得到Vb 的值以满足M1与M3工作于饱和区。
宽长比相关，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。
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： (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）。
Io
(W
L)2
(1 VDS 2 )
I R (W L)1 (1 VDS1 )
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。
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。
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。
VDD
IR
Io
+ IV
-
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：VDS1>VGS1，因此M1一定工作在饱和区， 所以根据饱和萨氏方程可得：
ro rds3 gm1rds1
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
简单，并可应用在亚阈值区。 VDD
但是图4中M3与M2的漏源
IR
Io
电压仍不相同，因此提出 M4
M3
了一种改进型的威尔逊电
流源，如图所示。
LED驱动电源的恒流特性-PPT课件
电荷泵式恒流源
• 可驱动4个共阳极LED • x1和x1.5倍升压，自动转换 • 低EMI，用于手机
*
13
线性降压型恒流源
• LDO型，可驱动4个LED • 特低EMI，外电路简单，价廉，用于手机
*
14
小功率升压型恒流源SLM2803
• 低压升压型，可驱动1W和3W的LED • 效率高，用于LED手电筒
1.38
23.1W 1.4A 0.07Ω 180KΩ 12KΩ 93% 1.62 54 47 63 60
1.38
28.8W 1.75A 0.06Ω 180KΩ 12KΩ 93% 2.25 65 53 74 72
1.38
34.65 2.1A 0.048Ω 180KΩ 12KΩ 92% 3.06 74 63 87 84
上海龙茂微电子公司
LED 恒流驱动的类型
特性和应用
上海龙茂微电子有限公司
茅于海
2009/4
long-mao
*
1
LED为什么需要恒流驱动（1）
LED是一个非线性器件,正向电压的微小变化会引起 正向电流的很大变化！
3.3V时为20mA的LED，用三节干电池供电，新电池电压可 达4.5V，电流超过100mA，大了5倍，很容易烧毁
12 -24 V
Vin
L1 33 uH C1 10 uF
D1 SS3 4 C6 10 uF PAM 28 42
Vout
10 *3W L ED
R3 36 0K
C2 1u F
SW HVin PGND OV Comp
R2 1K C5 C4 10 nF R4 12 K
ENA
ENA Fsel Vdr Vdd_5V
直流恒流源电路的原理
直流恒流源电路的原理《直流恒流源电路的原理》1. 引言嘿，你有没有想过，那些需要稳定电流的设备，比如LED灯，是怎么确保电流一直稳定不变的呢？今天呀，咱们就来扒一扒直流恒流源电路的原理，从基础概念到实际应用，从常见问题到未来发展，全方位地把这个原理搞个明明白白。
这篇文章呢，就像是一场探索之旅，我们会先了解它的基础理论，再看看它是怎么工作的，还会讲讲它在生活和高端技术中的应用，以及大家可能会有的一些误解，最后再给大家补充点有趣的相关知识，一起展望下未来。
2. 核心原理2.1基本概念与理论背景直流恒流源电路，说白了，就是一个能输出恒定电流的电路。
这背后的理论基础就和欧姆定律有关啦。
欧姆定律大家应该都有点印象吧，就是I = V / R（电流等于电压除以电阻）。
在直流电路里，要想让电流恒定，那就得在电压或者电阻上做文章。
直流恒流源电路的发展历程也是挺有趣的，早期人们为了给一些对电流要求比较稳定的设备供电，就开始琢磨怎么做出这种恒流的电路，慢慢地经过不断改进和技术发展，就有了现在各种各样的直流恒流源电路。
它的核心概念呢，就是不管负载怎么变化，电路输出的电流始终保持不变。
比如说，就像一个水龙头，不管你接水的桶大小（类比负载）怎么变，水的流量（类比电流）总是固定不变的。
2.2运行机制与过程分析那它是怎么做到这一点的呢？这里面就涉及到几个关键的部分。
首先有一个基准电压源，这个就像是一个标准的高度标杆。
然后有一个电流检测电阻，它的作用就像是一个小侦察兵，时刻检测着电路中的电流大小。
还有一个放大器，这个放大器就像是一个大力士，当检测到的电流和基准电压源设定的电流有偏差的时候，放大器就会放大这个偏差信号。
举个例子吧，假如基准电压源设定的电流是1A，检测电阻发现电流变成了0.9A，这个偏差信号就被放大器放大。
然后呢，这个放大后的信号会去调整电路中的一个调整管，这个调整管就像是一个阀门。
如果电流小了，调整管就会让更多的电流通过，就像把阀门开大一点；如果电流大了，调整管就会减少电流通过，就像把阀门关小一点。
恒流源
电流100mA集成运放中的电流源电路归纳电流源电路特点：输出电流稳定，输出交流电阻大。
主要用途：●作为有源集电极负载，提高运放的单级增益；●作为输入差分放大器的射极电阻以提高集成运放的共模抑制比；●用来对电路进行偏置，稳定电路的工作点。
镜像电流源I C1与I R之间的关系如一面镜子，即，称为镜像电流源。
镜像电流源具有一定的温度补偿作用。
镜像电流源缺点：V CC一定，要求I C1较大，I R增大，R的功耗也增大；若要求I C1较小，I R也小，R的数值必然很大，在集成电路中很难做到。
比例电流源比例电流源如右图所示，改变的和阻值，可改变的和的比例关系。
与镜像电流源比较，比例电流源的输出电流具有更高的温度稳定性。
微电流源如右图所示的微电流源电路。
当时，式中只有几十毫伏，甚至更小，因此只要几千欧就可得到几十微安的。
改进型电流源电路：为了减小基极电流的影响，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。
加射极输出器的电流源如下图所示，利用T2管的电流放大作用，使较小时，也可认为，与保持很好的镜像关系。
威尔逊电流源如右上图所示电路为威尔逊电流源，I C2为输出电流。
T1管作用与稳定工作点电流I C2。
多路电流源电路：利用一个基准电流去获得多个不同的输出电流，以适应各级的需要。
如左下图所示电路是三路输出电流I C1、I C2和I C3。
有当I E0确定后，各级只要选择合适的电阻，就可以得到所需的电流。
如右上图所示为多集电极管构成的多路电流源，T多为横向PNP 型管。
当基极电流一定时，集电极电流之比等于它们的集电区面积之比。
由场效应管同样可组成镜像电流源、比例电流源等，如下图所示。
漏极电流I D正比于沟道的宽长比，这样通过改变场效应管的几何尺寸来获得各种数值的电流。
以电流源为有源负载的放大电路：既可获得合适的静态电流，对于交流信号，又可得到很大的等效的R c（或R d）。
在集成电路的制作工艺中，在硅片上制作各种类型的晶体管比制作电阻容易的多，所占用的硅片面积也小的多，所以集成电路中的三极管除了作放大管外，大量的被用作恒流源或有源负载，为放大管提供合适的静态工作点及提高放大器的放大倍数。
模拟电子技术基础课件：第十四讲 集成电路运算放大器中的恒流源
6.3 集成电路运算放大器
U-
差动放大 输入级
中间放大级
Uo
互补输出级
U+
恒流偏置电路
6.3.1 简单的集成电路运算放大器
•电压增益高 集成运放的特点： •输入电阻大
•输出电阻小
6.3.2 通用型集成电路运算放大器
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
4、集成运放是模拟集成电路的典型组件。对于它内部电路 的分析和工作原理只要求作定性的了解，目的在于掌握它的主 要技术指标，做到根据电路系统的要求，能够正确地选择元器 件。
重点难点
重点： (1)差模信号、共模信号、差模增益、共模增益
和共模抑制比的基本概念。 (2)差分放大电路的组成、工作原理。 (3)差分放大电路的静态、动态分析、计算。
7. 最大输出电流Iomax
指运放所能输出的正向或负向的峰值电流，通常给出输
出端短路的电流。
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
8. 开环差模电压增益AVO 9. 开环带宽BW (fH) 10. 单位增益带宽 BWG (fT) 11. 转换速率SR
-3DB
大器
1. 输入失调电压VIO
在室温25℃级标准电源电压下，输入电压为零时，为了 使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压，是把 输 一出般电为±压（折1合~到10输）入mV端。的电压的负值，VIO=-(VO|VI=0)/AV，
2. 输入偏置电流IIB
指输出电压为零时， 两个输入端静态电流的平 均值，IIB=(IBN+IBP)/2。一 般为10nA~1uA。
（2）输入失调电流温漂IIO / T ：高质量的几个pA/ ℃。 5. 最大差模输入电压Vidmax
恒流源电路探讨
目录中文摘要................................................................................................................................Abstract ........................................................................................................................... 1引言.................................................................................................................................... 2基本恒流源电路................................................................................................................2.1恒流源基础知识2.1.1恒流源介绍2.12恒流源的原理和特点2.1.3流源的分类\2.1.3.1晶体管恒流源2.1.3.2场效应管恒流源2.1.3.3集成运放恒流源2.2总结各种恒流源特点2.3恒流源实际电路设计2.3.1采用集成运放构成的线性恒流源2.3.2采用开关电源的开关恒流源2.3.3采用集成稳压器构成的开关恒流源..............................................................2.4单片机控制的数控直流恒流源3结论..................................................................................................................................... 致谢................................................................................................................................几种简单的恒流源电路LED节能灯DIY电路图LED基础知识及恒流恒压电路汇总第一章引言随着现代技术的发展,恒定电流源的应用将十分重要，如机器人、工业自动化、卫星通信、电力通讯、智能化仪器仪表以及其它数字控制等方面都迫切需要应用恒定电流器件，因此, 研究和开发恒流器件具有十分重要的意义。
16第三章恒流源及差放
2
2
2
1
3． 高输出阻抗串接镜像恒流源
IB2
IC 2
β1=β2=β3=β4>>1 i ) r r //( r R ) i uo ( i o b 2 ce 2 o u uce 4 ( i o be 2 i b 2 ) rce 2 rce 4 //( rbe 2 R ) i o ro r o o o i o io UBE1=UBE2=UBE3=UBE4=UBE i o EC
IE3 1
设T1～T3的参数相同
UBE1=UBE2=UBE
IC1= IC2
IB3
IE3 2IB2
IC 2
IB2
由于电路中接了共集电极管T3，对分流电流IB3的放大作用， EC 从而使误差减小了（1+β ）倍，精度提高了（1+β ）倍。
IR
IC1
T1
R
I R IC1 IB3
2 1
id
Rb
UE
Rem
Rb ui2
u 0 d u 01 u 02
1 id u u 0 d 1u2 u 0uic i2 u d i1 2 1 1 u 0 C u 01 u 02 u0 d 2 u0 d 2 2
-EE
3．静态工作点的估算 b较小，IB更小，在忽略Rb上的静态电 在工程中，一般由于R 压时 u =0 ui1 = i2 电路和元件值的对称性 非电压偏置电 路分析步骤 ？ IUCE1=UCE2=UC-UEIE2= IE ，IB1= IB2= IB C1= IC2= IC ，IE1=
i
恒流源电路
Io 与 IR 的关系如下
≈ IE1 ≈ IS1eVBE1/VT IR = IC2 ≈ IE2 ≈ IS2eVBE2/VT Io I ∆VBE = VBE1 − VBE2 = VT (ln IR − ln o ) IS1 IS2
一般有 IS1 = IS2 ，所以
Io = ln IR Io ∆ VBE Re2 = = VT Re2 ln IR Io
(3)用电流源做有源负载，可获得增益高、 (3)用电流源做有源负载，可获得增益高、 用电流源做有源负载 动态范围大的特性。 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。 (4)用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。 用电流源给电容充电
(5)电流源还可单独制成稳流电源使用。 (5)电流源还可单独制成稳流电源使用。 电流源还可单独制成稳流电源使用
3 集成电路电流源
3.1镜象电流源 3.1镜象电流源
匹配， 三极管 T1、T2 匹配，
β1 = β 2 = β
VBE1 = VBE2 = VBE , 则
IR = IC1 + 2 IB = I C 2 + 2 I B = I C 2 (1 + 2
镜象电流源电路如 03. 图 03.03 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） 镜象(电流相等）。
(6)在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： (6)在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 在模拟集成电路中 镜象电流源、精密电流源、 镜象电流源、精密电流源、 微电流源、多路电流源等。 微电流源、多路电流源等。
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， 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。 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03 01所示 03. 所示。 电路就具有这一功能，其电路如图03.01所示。
恒流源
一· 基本电流源 二· 具有补偿作用的电流源公式推导 三· 补偿机制
一、基本镜像电流源
VCC R iC1 T1 T2 IR iC2
（b）
一、基本镜像电流源
IR VCC VBE ( on ) R VCC R
vBE1 vBE 2
R iC1
I R iC1 iB1 iB 2
VCC IR iC2
T1
B
T2
一、基本镜像电流源
一、基本镜像电流源
当电流源为多输出时
误差增大
威 尔 逊 电 流 镜
威 尔 逊 电 流 镜
在实际应用中有可能出现输出端BJT的集 电极电压较大，根据BJT的输出特性曲线 可知，此时其输出电流不再保持为一常 量，而是随着集电极电压Uce的增大而增 大。为了改善电流源的性能，威尔逊提 出了改进型电流镜，称为威尔出特性曲线
威 尔 逊 电 流 镜
定性分析：Uce1=Ube2+Ube3 T3的集电极输出电压较大，仍可保证T1 和T2两管的Uce较为稳定，并且较小，保 证了T1、T2两管的Ic不会随Uce0的变化 而变化，进而得到了较为稳定的输出电 流.
威 尔 逊 电 流 镜
威 尔 逊 电 流 镜
威 尔 逊 电 流 镜
恒流源的负反馈补偿原理
由于该电路具有负反馈特性，所以可以自动稳 定波动的输出电流，具有稳定的工作点，是更 加恒定的恒流源。
负反馈稳定原理如右图:
另一种解释:
谢谢大家！
恒流源电路知识讲座blem
Io
1 2
n C ox
(W L
)1
V
2
1 2
n C ox
(W L
)3
(VGS 3
Vth ) 2
而VGS3－Vth=Vth+2△V－Vth=2△V，可得到：
(W L
)3
1 4
(W L
)1
由上式可知：M3的宽长比应取为其他MOS管的宽长比的1/4。
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，
该电流源具有很高的电源抑制比。且当IR稍偏离nVT/R时，输出 电流值Io仍可几乎保持不变。
同理，该电路的一个主要缺点就是电阻R随工艺及温度变化较明显，
因此必须考虑温度及工艺对输出电流Io的影响。
恒定跨导电流源
所有的MOS管都工作在饱和区，并且假设M3的宽
长比为M1的K倍 。
根据KCL定理有：
上图中三极管M1与M3 M2 工作于亚阈值区，且有：
VDD
M4
M6
ID01＝ID03，VDS＞＞Vth，M1 VGS1＝IDS1R＋VGS3
M3
Io
R
IR
电源抑制电流源 --CMOS峰值电流源
I DS1
(W L
VGS1
)1 I D0e nVT
(W L
)1
I
D0e(IDS1RVGS 3) /
nVT
M1
M2
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： I o (W L)2
恒流恒压充电器PPT学习教案
第22页/共57页
2．晶闸管的主要参数
（4）动态参数
1）断态电压临界上升率du/dt du/dt是在额定结温和门极开路的情况下，不导致从断态到通态 转换的最大阳极电压上升率。。 2）通态电流临界上升率di/dt di/dt是在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电 流上升率。
恒流恒压充电器
会计学
1
课题一 恒流恒压充电器
【学习目标】： 完成本课题的学习后，能够用万用表测试晶闸管的好 坏。 掌握晶闸管及特殊晶闸管工作原理。 分析单相半波整流电路的工作原理。 掌握晶闸管触发电路与保护电路的基本原理。
第1页/共57页
课题一 恒流恒压充电器
【课题描述】：充电器在日常生活中的应用非常广泛， 其种类也很多。下图为常见的充电器：
第七步：确定晶闸管的额定电流: IT(AV) 0.283A
因为电路无储能元器件，所以选择额定电流为1A的晶闸 管可以需要。 由以上分析确定晶闸管应选用的型号为：KP1-7
第28页/共57页
三、单相半波可控整流电路
1．电阻性负载 调光灯主电路
第29页/共57页
（1）工作原理
名词术语和概念：
控制角：控制角也叫触发角或触发延迟角，是指晶闸管 从承受正向电压开始到触发脉冲出现之间的电角度。 导通角θ：是指晶闸管在一周期内处于导通的电角度。 移相：移相是指改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制 角的大小。 移相范围：移相范围是指一个周期内触发脉冲的移动范 围，它决定了输出电压的变化范围。
1．晶闸管的结构
晶闸管的符号
第5页/共57页
1．晶闸管的结构
晶闸管的内部结构
晶闸管等效电路
第6页/共57页
2．工作原理