初級模擬電路：3-11 BJT實現電流源

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1. 恆流源

（1）簡易恆流源

      用BJT晶體管可以構造一個簡易的恆流源，實現電路如下：

圖3-11.01 

      前面我們在射極放大電路的分壓偏置時講過，分壓偏置具有非常好的穩定性，幾乎不受晶體管的β參數偏移的影響，因此可以用這個分壓偏置電路來實現恆流源。其電路計算方法與分壓偏置也是類似的：

      基極電壓V_B為：

      發射極電壓V_E為：

      最終輸出電流為：

      當然，這個恆流源假設BJT晶體管工作在正常的放大區內，所以負載的阻值R_L不能太大，否則R_L上會產生過大的壓降，迫使V_CE變小直至小於V_CEsat而進入飽和區，最終導致電流源失效。所以一般只能用於低成本、對輸出電流要求不高的場合。

（2）改進的恆流源

      上面的簡易恆流源還有個缺點，就是輸出電流受V_CC的影響較大。若V_CC有波動，基極偏置電壓V_B也會跟著產生波動，然後V_E也跟著波動，最終導致輸出電流也會波動變化，穩定性不好。（你若要問為啥V_CC不用7805之類穩壓I_C器件？這種低成本場合用一個幾塊錢的I_C器件是土豪麽？）

      那有什麼低成本的穩壓器件呢？有的，答案就是齊納二極體。改進恆流源電路如下：

圖3-11.02 

      如此，基極電壓V_B可以穩定在齊納V_Z，最終的輸出電流為：

      從上式可見，輸出電流表達式中沒有V_CC，因此輸出電流不受V_CC波動的影響。而且，齊納二極體一般受溫度影響也比較小，所以上面這個改進的恆流源電路有較好的穩定性。當然，前提還是要工作在BJT的放大區範圍內才行。

（3）用pnp實現恆流源

      上面的改進恆流源還有個問題，就是負載R_L不能接地，只能懸空使用。若要使R_L能接地，必須再想辦法。考慮到pnp型晶體管的電流方向相反，集電極可以接地使用，因此可用pnp型來實現恆流源，電路如下：

圖3-11.03 

      上圖中，計算原理和前面是一樣的，只是pnp晶體管的計算方向全部相反：

      輸出電流的最終表達式與前面使用npn型晶體管的表達式是一樣的。

2. 鏡像電流源

      鏡像電流源（Current Mirror）有時也被稱為電流鏡，是一種利用兩個對稱的晶體管產生恆流源的電路。不過，鏡像電流源一般只應用於集成電路晶元內部的設計（比如運放的設計），很少在分立元件電路中使用。因為分立元器件很難找到兩個放大繫數一模一樣的對稱晶體管，而在集成電路晶元製造中做兩個特性完全一致的片上晶體管是可以做到的。

      所以，一般如果你不是專門從事I_C設計的話，一般用不到這個電路。不過奇怪的是，幾乎所有的模電教材都喜歡把電流鏡拉出來講一講，好吧，那我們也講一下吧，其實它的原理並不難。不過，這個電流鏡那些個升級版：什麼威爾遜（Wilson）電流鏡、Wildlar電流源、比例電流鏡等等……就真的不用去管了。

      電流鏡的基本實現原理見下圖：

圖3-11.04 

      其名稱由來，是因為如果你通過調節V_CC1和R_in，得到了一個原始的電流I_in；那麼，在輸出端可以得到一個和I_in幾乎一樣大小的鏡像電流I_out，而不用管V_CC2和負載R_L的值（當然V_CC2和R_L不能太過分以致於超出正常工作範圍）。

      其工作原理分析如下圖所示：

圖3-11.05 

      a. 兩個晶體管Q₁和Q₂的基極連接在一起，故它們的基極電壓是相同的，記為V_B。

      b. 由於兩個晶體管的特性是完全一致的，那麼相同的基極電壓V_B應該產生相同的基極電流I_B1和I_B2。

      c. 再由於兩個晶體管的放大繫數β也相同，那麼集電極電流I_C1和I_C2也應該是相同的。

      d. 輸入電流I_in=I_C1+I_B1+I_B2≈I_C1，輸出電流I_out=I_C2，故輸入電流I_in和輸出電流I_out近似相等。

      最後的問題就是輸入電流I_in怎麼算。由於Q₁的集電極和基極短路，故：

      那麼，輸入電流I_in即為：

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（ end of 3-11）