【電路賞析】電流鏡電路

2021-01-10 電子發燒友網

電流鏡電路可以用電晶體和MOSFET來搭建,儘管我們可以用這兩個簡單的有源器件或直接使用一個放大器電路,但其輸出並不完美,而且有著自身的局限並依賴於外部因素。所以為了得到穩定的輸出,我們必須在電流鏡電路上加入另外的技術。改進電流鏡電路輸出的方法有很多種。比如可以在傳統的雙電晶體設計上再加入一個或兩個電晶體。這些電路使用射極跟隨器的配置來解決基極電流失配的問題,我們可以改變電路的結構來平衡輸出阻抗。1.首先就是靜態誤差的數量。這是輸入電流和輸出電流的差異。要想減小其差異相當困難,因為差分單端輸出轉換的差異與差分放大器的增益將決定共模抑制比和電源。2.另一大指標就是電流源輸出阻抗或者說是輸出電導率。這是十分重要的指標,因為當電流源起到有源負載的作用時,它會影響到增益級。而且在不同情況下它也會影響到共模增益。3.為了電流鏡電路的穩定運行,最後一大指標就是來自輸入與輸出間供電線路的最小電壓。為了改善基本電流鏡電路的輸出,並考慮到以上三大指標,我們這裡需要用到兩大電流鏡技術——威爾遜電流鏡電路和維德拉電流源電路。這個電路的由來源自於George R. Wilson和Barrie Gilbert兩位工程師之間的挑戰,他們打算一夜之間想出改進版的電流鏡電路,而這場挑戰的勝利則落入了George R. Wilson的手中。該改進版的電流鏡電路也由他的名字來命名。威爾遜電流鏡電路用到了三個有源器件來接收輸入電流,並為輸出提供了精準的鏡像電流。以上的威爾遜電流鏡電路中,三個有源器件都是BJT再加上一個電阻R1。電路需要兩條假設——一是所有的電晶體都有著相同的電流增益,二是T1和T2的集極電流相等,因為T1和T2相匹配且使用的是相同的電晶體。如果我們看看上面的原理圖,就可以發現T3射極的電流正是T2集極電流加上T1與T2基極電流的和。因此,IR1=((1+β)/(2+β))IC3+IC3/β簡化為IR1=((1+β)/(2+β)+1/β)IC3以上關係式解釋了第三個電晶體集極電流與輸入電阻間的關係。如果2/(β(β+2))遠遠小於1的話,那麼IC3≈IR1。如果電晶體基射級電壓小於1V的話,輸出電流則可以輕易算出。所以為了得到合適穩定的輸出電流,R1和V1必須選取合適的值。要讓電路作為恆流源使用的話,R1需要替換為恆流源。威爾遜電流鏡電路可以進一步追求更高進度,我們只需加入另一個電晶體。以上電路為改良版的威爾遜電流鏡電路。該電路中加入了第四個電晶體T4。額外的T4平衡了T1和T2的集極電壓。T1的集極電壓等於VBE4。這也就限制並穩定了T1和T2間的電壓差異。

當威爾遜電流鏡電路用於高頻應用時,負反饋循環會使頻率響應不穩定。

與兩個電晶體組成的傳統電流鏡電路相比,它有著更高的順從電壓。

威爾遜電流鏡電路會在輸出上產生噪聲。這是由於反饋提高了輸出阻抗,也直接影響了集極電流。基極電流的波動導致了輸出端的噪聲。

其中選取的BJT皆為相同規格的2N2222。此處的電位計用於改變Q2的集極電流,從而進一步改變了Q3的基極電流,至於輸出負載,此處選取了10Ω的電阻。

聲明:本文編譯自circuitdigest,文章內容系作者個人觀點,電子發燒友網轉載僅作為傳達一種不同的觀點,不代表電子發燒友網對該觀點的贊同或支持,如有異議,歡迎聯繫電子發燒友網。


相關焦點

  • 基於電流鏡的微電容式傳感器接口電路研究
    摘要:在集成微電容式傳感器的研究中,由於敏感電容值的變化量非常微小,其接口電路的研究對傳感器性能提升是至關重要的。設計了一種基於電流鏡原理檢測的微電容式傳感器接口電路,電路由電容轉換電壓電路、減法器電路、脈衝電路、緩衝器電路等組成。
  • BJT電流鏡
    圖2 備選的簡單電流鏡測試電路。帶基極電流補償的電流鏡如圖7所示,通過添加基極電流補償電晶體Q3來修改簡單的電流鏡電路。使用發射極跟隨器緩衝器替代將Q1的集電極連接至基極。對簡單電流鏡的這種改進被稱為發射極跟隨器增強鏡。發射極跟隨器緩衝級(Q2)的電流增益可以大幅降低由Q1和Q2的有限基極電流引起的增益誤差。
  • 解析基於電流輸出電路技術的多款實用電路案例
    雖然諸如Howland電流源等電流鏡和電路在教學時屬於模擬電路部分,仍然有相當一部分的工程師在定義精密模擬電路輸出時傾向於從電壓的角度來考慮問題。
  • 電流檢測電路設計圖詳解 —電路圖天天讀(150)
    結構設計   一般而言,電流鏡的一個關鍵特性是:它可以精確地複製電流而不受工藝和溫度的影響,同時這種結構特性本身決定了它對輸入電流幾乎沒有影響。綜合考慮上述設計要求以及前端電路輸出端的電路結構,最終確定採用電流鏡結構實現設計。
  • 基於改進共源共柵電流鏡的第三代電流傳輸器
    本文在原有CCIII電路的基礎上,改進電流鏡結構,應用共源共柵電流鏡和改進共源共柵電路組成的電流鏡,後一種電流鏡具有較大的輸出阻抗和良好的線性,基於這兩種電流鏡結構提出了一種新型的CCIII雙輸出CMOS實現電路,仿真結果顯示該電路具有良好的線性,Z埠有很高的輸出阻抗和較好的輸入輸出電流增益。
  • 使用電流鏡控制電源
    PoDednc圖2:使用電流鏡的壓控電源。PoDednc這種設計可實現的精度與所使用電流鏡的精度有關。將這類器件用在性能更好的Wilson 4電晶體電流鏡中也很容易。僅當Vin超過鏡像電晶體的VBE(on)時,電流鏡才開始工作,因此開始階段存在非線性。如果對這個推薦設計使用反饋補償,那麼所有這些誤差就都沒什麼關係。
  • 一種大電流高輸出阻抗電流鏡的設計
    0 引 言 電流鏡(CM)是模擬集成電路中最基本的單元電路之一。它是一種能將電路中某一支路的參考電流在其他支路得以重現或複製的電路,能減少電壓變化和溫度變化帶來的誤差,其性能對整個電路乃至系統的性能都有重要的影響。為了適應各種電路及系統性能的要求,不同的電路需要使用不同結構的電流鏡,如放大器、比較器、自校準電流源等使用結構簡單的電流鏡,而轉換器等要求高性能電流鏡。
  • 一文看懂電流鏡
    電路中也是同樣的道理。帶隙基準電路解決了零到一的問題,有了它,既可以產生恆定的電流源,又可以產生恆定的電壓源。 解決一生多的複製和應用的問題,這是數量的差異。帶隙基準電路產生了一個恆定的電壓,但這個電壓源問題很多。比如驅動能力的問題,驅動能力太小,導致加在負載上就發生了畸變。
  • 一種低電壓、低功耗模擬電路設計簡介
    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/246770.htm應用襯底驅動技術建立一些基本的模擬電路標準模塊,通過舉例來說明襯底驅動技術在模擬電路設計中的使用。1 簡單和增強型襯底驅動電流鏡簡單的襯底驅動電流鏡結構即本文提出的低電壓電流鏡如圖1(b)所示,這種電流鏡用襯底-漏極連接代替傳統簡單電流鏡結構裡的柵極-漏極連接[3].當然,M3和M4通過襯底連接而不是柵極,而N型MOS管M3和M4的柵極應施加一個合適的正向偏置電壓。
  • 技術文章—BJT電流鏡重要特性詳解
    本實驗的目的是研究雙極性結型電晶體(BJT)電流源或電流鏡。電流源的重要特性包括:在寬順從電壓範圍保持高輸出阻抗、能抑制外部變化(如電源或溫度)的影響。 背景知識 電流鏡是一種電路模塊,通過複製輸出端子的電流來產生完全一樣的流入/流出輸入端子電流。
  • 一種新型電流極限比較電路
    開關電源的基本工作原理為: 在不同的負載情況下, 反饋控制電路通過改變功率開關管的佔空比使輸出電壓穩定。反饋控制電路分為電流模式和電壓模式, 電流模式因動態響應快、補償電路簡單、增益帶寬大、輸出電感小、易於均流等優點而被廣泛應用。
  • 改進型CMOS電荷泵鎖相環電路的應用設計
    本文設計了一種寬頻率範圍的CMOS鎖相環(PLL)電路,通過提高電荷泵電路的電流鏡鏡像精度和增加開關噪聲抵消電路,有效地改善了傳統電路中由於電流失配、電荷共享、時鐘饋通等導致的相位偏差問題。圖3 用於鎖相環的傳統電荷泵電路傳統電荷泵電路的充放電電流是由普通電流鏡提供的,其中M1和M2構成充電電流鏡,
  • 模擬電路如何高效有效值直流轉換
    我們將通過一些例子來說明模擬電路如何高效實現該功能。   第一種方法稱為直接顯式法(explicit),如圖1所示。輸入信號首先由模擬乘法器求平方,然後採用適當的濾波器取平均值,再通過反饋環路中具有第二個平方器的運算放大器取其平方根。該電路動態範圍有限,因為平方器之後的各級必須嘗試處理幅度變化很大的信號。這會限制此方法,使輸入最大動態範圍約為10:1 (20 dB)。
  • 基於BOOST型DC/DC轉換器的斜坡補償電路
    2.1 電路原理分析 本設計的斜坡補償電路如圖4所示。電路正常工作時,基準電流信號I_SLOPE通過電流鏡M1、M2、M3、M7鏡像到M7的漏極,因此M7漏極電流值為I1不變[9];誤差放大器產生的誤差放大信號VE通過一個源跟隨器(由放大器和MOS管M6組成)將電壓跟隨到電阻R1上,圖4中R和C為放大器的補償。此時,R1上的電壓不變,因此流過R1上的電流I2也不變。
  • 基於電流控制電流傳輸器的電流模式積分電路的設計和分析
    摘要:介紹了電流模式電路的基本概念和發展概況,與電壓模式電路相比較,電流模式電路的主要性能特點。並介紹了廣泛應用於各種電流模式電路的第二代電流控制電流傳輸器原件的跨導線性環特性和埠特性,以及其基本組成共源共柵電流鏡,並提出了基於共源共柵電流鏡的新型COMS電流傳輸器。
  • 提高環路的穩定性的CMOS電荷泵鎖相環電路設計
    圖3 用於鎖相環的傳統電荷泵電路 傳統電荷泵電路的充放電電流是由普通電流鏡提供的,其中M1和M2構成充電電流鏡,M5和M7構成放電電流鏡 針對傳統電荷泵電路中存在的電流失配、電荷共享和時鐘饋通的問題,本文提出了一種改進型的電荷泵電路,如圖4所示。
  • 深度探討NMOS電晶體用作電流鏡的工作原理
    務必精確測量R1和R2的實際值,以確保電流鏡的輸入和輸出電流測量結果是精確的。IIN等於W1處的W2輸出電壓除以R1的值。IOUT等於示波器通道2測量的電壓除以R2的值。二極體連接的M1跨接在M2的柵極和源極端子上。 在電流鏡配置中,運算放大器作為電流鏡輸入節點的虛擬地,將來自W2的電壓階躍轉換為通過1 kΩ電阻的電流階躍。
  • 一種高精度帶隙基準電壓源電路設計
    該帶隙基準電壓源電路增加了啟動電路和PTAT電流產生電路,其中PTAT電流產生電路是該基準源的核心,通過對電路的分析與研究,給出了基於0.5μm高壓BiCMOS工藝下的帶隙基準電壓源的設計和仿真結果。1 傳統的帶隙電壓基準源傳統的帶隙電壓基準源原理圖與電路結構如圖1所示。
  • Wilson電流鏡和Cascode電流鏡輸出阻抗頻率特性比較之解惑
    Laplace:請問一下Wilson電流鏡和Cascode電流鏡分別在什麼情況下使用呢?
  • 一種新型的高性能CMOS電流比較器電路
    低功耗應用需求的不斷增加, 電流型電路逐漸受到廣泛的重視。 與傳統的電壓型電路相比, 電流型電路具有面積小、速度快、可在低電壓下工作和與數字CMOS 集成電路工藝完全兼容的特點, 成為取代電壓型電路的一種有效方式, 現已經廣泛應用於A /D變換器、濾波器和神經網絡的VL S I 實現中。