镜像恒流源

模拟集成电路中普遍存在的标准部件

镜像恒流源是模拟集成电路中普遍存在的一种标准部件，它的受控电流与输入参考电流相等，即输入输出电流传输比等于1。其特点是输出电流是对输入电流按一定比例的“复制”，用来产生偏置电流和作为有源负载。

恒流源

基本概念

恒流源是输出电流保持恒定的电流源，而理想的恒流源应该具有以下特点：

a)不因负载(输出电压)变化而改变；

b)不因环境温度变化而改变；

c)内阻为无限大（以使其电流可以全部流出到外面）。

能够提供恒定电流的电路即为恒流源电路，又称为电流反射镜电路。

基本原理

基本的恒流源电路主要是由输入级和输出级构成，输入级提供参考电流，输出级输出需要的恒定电流。

①构成恒流源电路的基本原则：

恒流源电路就是要能够提供一个稳定的电流以保证其它电路稳定工作的基础。即要求恒流源电路输出恒定电流，因此作为输出级的器件应该是具有饱和输出电流的伏安特性。这可以采用工作于输出电流饱和状态的BJT或者MOSFET来实现。

为了保证输出晶体管的电流稳定，就必须要满足两个条件：a）其输入电压要稳定——输入级需要是恒压源；b）输出晶体管的输出电阻尽量大（最好是无穷大）——输出级需要是恒流源。

②对于输入级器件的要求：

因为输入级需要是恒压源，所以可以采用具有电压饱和伏安特性的器件来作为输入级。一般的pn结二极管就具有这种特性——指数式上升的伏安特性；另外，把增强型MOSFET的源-漏极短接所构成的二极管，也具有类似的伏安特性——抛物线式上升的伏安特性。

在IC中采用二极管作为输入级器件时，一般都是利用三极管进行适当连接而成的集成二极管，因为这种二极管既能够适应IC工艺，又具有其特殊的优点。对于这些三极管，要求它具有一定的放大性能，这才能使得其对应的二极管具有较好的恒压性能。

③对于输出级器件的要求：

如果采用BJT，为了使其输出电阻增大，就需要设法减小Evarly效应（基区宽度调制效应），即要尽量提高Early电压。

如果采用MOSFET，为了使其输出电阻增大，就需要设法减小其沟道长度调制效应和衬偏效应。因此，这里一般是选用长沟道MOSFET，而不用短沟道器件。

简介

镜像恒流源是电流控制电流源，镜像恒流源可以有多路输出电流。人们对镜像恒流源所关心的问题是其输出电阻、Io对IR的跟随精度以及它对电源电压和温度的灵敏性等。在传统的电压模式运算放大器设计中，镜像恒流源用来产生偏置电流和作为有源负载。在新型电流模式模拟集成电路设计中，镜像恒流源除了用来产生偏置电流外，还被广泛用来实现电流信号的复制或倍乘，极性互补的镜像恒流源还可以实现差动一单端电流信号的变换。镜像恒流源是设计集成电路的基本单元电路。

电路结构

图所示是用两个配对的NPN型BJT构成的基本镜像恒流源，又称为电流镜。V1管的c-b间短路,相当于集电结短路,利用其发射结在电路中构成一只等效二极管。因此该电路与图其实是相同的。V2管的集电极电流IC2就是恒流源的输出电流,可以为集成电路中的各类放大电路提供恒定的偏置电流IC。基本镜像恒流源的内阻为Ro~=Rce2

电路性能

1、镜像恒流源电路的输出电流与参考电流成镜像关系,即IC2~=IR

2、参考电流仅取决于外电路参数,与晶体管参数无关,即与温度无关,这样就将IC2稳定住了可以为放大电路提供稳定的偏置电流

3、输出电流与参考电流存在一定的误差。当采用的BJT的β较小时，用一个参考电路同时带动多个输出电流的镜像恒流源电路,其误差将会大大增加。可见基本镜像恒流源输出电流与参考电流之间不完全成镜像关系，精度较差。

4、电流源的输出电阻等于V1管的输出电阻,相对较小,因此恒流源内阻并不大。在实际应用中输出电流受负载波动的影响较显著。

5、V1和V2工作状态并不对称,集电结偏置差别很大,当考虑到基区宽调效应时,其电流精度要大打折扣。

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