孫清文 閔靜 吳經(jīng)緯 程俊

摘要：電流源屬于基本電路單元之一，不過(guò)由于人們對(duì)其的簡(jiǎn)介和研究的內(nèi)容很少，所以給應(yīng)用帶來(lái)了很多問(wèn)題和困難。為解決上述問(wèn)題和困難，于是本文就對(duì)鏡像電流源的原理以及應(yīng)用電路展開(kāi)了深入的研究，按照鏡像電流源原理及運(yùn)算放大器的虛斷和虛短屬性模擬出了很多應(yīng)用電路，并得到了很好的成效，給應(yīng)用帶來(lái)了良好的參照價(jià)值。

關(guān)鍵詞：鏡像電流源;應(yīng)用電路

雖然電流源的運(yùn)用非常廣泛，屬于一項(xiàng)基本電路單元，但是其研究的內(nèi)容很少，就給運(yùn)用產(chǎn)生了很多困難，所以本文主要以鏡像電流源為主，研究了其原理，并借助運(yùn)算放大器虛斷和虛短的特性，研究出了許多由運(yùn)算放大器形成的電流源應(yīng)用電路，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證可知這些應(yīng)用電路均有著良好的作用，其中最大的優(yōu)點(diǎn)就是該電流源的電路負(fù)載P端不僅能夠接地，而且還能浮地，解決了傳統(tǒng)電流源的電路負(fù)載僅可接地或者僅可浮地的情況，優(yōu)化后的電路應(yīng)用效果非常好，極其靈活，不僅能夠用于直流電流源當(dāng)中，而且還能用于交流電流源當(dāng)中，同時(shí)既能用為小功率信號(hào)電流源使用，又能用為大功率電流源使用，應(yīng)用極為方便。

一、鏡像電流源原理

鏡像電流源原理詳見(jiàn)圖1。其中，晶體管T1和T2的參數(shù)都一樣，所以β1=β2，ICEO1=ICEO2。因?yàn)榫w管的基-射極間電壓也都一樣，所以IE1=I E2，IC1=IC2。如果β很大時(shí)，基極電流IB就能不計(jì)，因此T2的集電極電流IC2就約為基準(zhǔn)電流IREF，可得到如下的公式：

IC2≈IREF=（VCC-VBE）/R≈VCC/R

通過(guò)公式可知，如果R確定以后，IREF就可確定，這樣IC2就能通過(guò)IREF得出，為此IC2就為IREF的鏡像，便叫做鏡像電流源。

二、放大器形成的鏡像電流源原理

在此將鏡像電流源原理及運(yùn)算放大器結(jié)合，借助運(yùn)算放大器的虛斷與虛短特點(diǎn)，研究出了很多種放大器形成的鏡像電流源，其中可分為兩種類(lèi)型，一種是電壓控制鏡像電流源，另一種是電流控制鏡像電流源。

（一）電壓控制鏡像電流源

通過(guò)運(yùn)算放大器的屬性能夠清楚了解運(yùn)算放大器的同相端和反相端的電壓一樣，電流都是0，所以放大器的反相端和輸出端間的電壓Ui與同相端和輸出端間的電壓Um一樣，電阻R0的電流僅流于負(fù)載，所以其和負(fù)載輸出電流一樣，就能得到如下的公式：

I0=Um/R0=Ui/R0

其中，Ui表示輸入電壓;Um表示鏡像電壓。通過(guò)上式就能發(fā)現(xiàn)，輸出電流和鏡像電壓具有正比例關(guān)系。當(dāng)R0固定，輸入電壓Ui確定時(shí)，鏡像電壓Um就能得出，從而就能得到輸出電流I0。

（二）電流控制鏡像電流源

通過(guò)運(yùn)算放大器的屬性能夠清楚知道R0的電壓與Ri的電壓一樣，電阻R0的電流與負(fù)載的輸出電流I0一樣，再通過(guò)鏡像電壓公式Um=IiRi，就能得出輸出電流的公式，即

I0=Um/R0=（Ri/R0）·Ii

其中，Ii表示輸入電流。

通過(guò)上述公式可知，輸出電流和輸入電流呈正比例關(guān)系，當(dāng)電阻R0和Ri可知時(shí)，就能算出輸入電流，進(jìn)而就能得到輸出電流I0。通過(guò)研究能夠發(fā)現(xiàn)，不管是電壓控制鏡像電流源，還是電流控制鏡像電流源，輸出電流都會(huì)和輸入電壓及輸入電流具有線(xiàn)性聯(lián)系，和負(fù)載阻抗、負(fù)載接地及浮地沒(méi)有關(guān)系。

三、誤差研究

一般電流源的放大器會(huì)在共模輸入情況中運(yùn)行，由于放大器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)不是無(wú)窮大的，所以電流源的輸出阻抗就不是無(wú)窮大，這樣輸出電流肯定具有誤差。例如電壓控制鏡像電流源，能夠得到如下公式：u+=ZLI0;U0=u-+（u++u-）/2CMRR+Ui;U0=A（u++u-）

其中，A表示運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù);CMRR表示共模抑制比;（u++u-）/2CMRR表示折合到放大器時(shí)，輸入端共模誤差電壓。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化可得出：

I0=Ui/R0（1+α）

因此，想要增大恒流源的精確性，就應(yīng)當(dāng)運(yùn)用α小的電阻。

四、應(yīng)用電路

（一）電壓互感器輸入V-I變換電路

輸入電壓用Ui表示，電壓互感器變比用η表示，借助原理能夠清楚：互感器二次側(cè)電壓Ui/η和鏡像電壓Um一樣，所以Um=Ui/η。在應(yīng)用過(guò)程中，需要特別注意電壓互感器的原邊同名端和副邊同名端方向，保證輸出電流的方向準(zhǔn)確。

（二）電流互感器輸入I-I變換電路

輸入電流用Z表示，電流互感器變比用η表示，借助原理就能夠清楚：互感器二次側(cè)取樣電阻Ri的電壓Ii*Ri/η和鏡像電壓Um相等，因此Um=IiRi/η，就能得到輸出電流I0=Um/R=IiRi/ηR0。在應(yīng)用過(guò)程中需要特別注意電流互感器的原邊同名端和副邊同名端方向，保證輸出電流的方向準(zhǔn)確。

（三）雙電源供電電流源

如果電流源的負(fù)載阻抗很高或者輸出電流大于運(yùn)算放大器的負(fù)載承受情況時(shí)，則電流源就應(yīng)當(dāng)增大供電的電壓或者提升輸出功率，此時(shí)就可借助雙電源供電電流源實(shí)現(xiàn)，不僅運(yùn)行非常穩(wěn)定，而且應(yīng)用電路比較簡(jiǎn)便，僅借助放大器形成的鏡像電流源原理就能將功率管的發(fā)射極接于放大器電源地處，如此加于電阻兩端的鏡像電壓就與輸入電壓一樣，因此該電流源的輸出范圍就可通過(guò)功率管供電大小和最大電流輸出性能確定。應(yīng)用電路只添加了一個(gè)功率管，就可輸出直流電流，非常的方便。如果在運(yùn)算放大器的后面添加一個(gè)甲乙類(lèi)的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，就能顯著增大電路的輸出效果，而且輸出功率不會(huì)被放大器的輸出性能影響，只與電源大小以及功率管電流輸出情況有關(guān)。

（四）一組電源供電電流源電路

因?yàn)殓R像電壓是變化的，所以應(yīng)用輸入隔離以及雙電源供電形式能夠很好的達(dá)到此效果，同時(shí)經(jīng)過(guò)電路改造，可實(shí)現(xiàn)一組電源供電電流源電路。不過(guò)由于此電路會(huì)被高頻振蕩所影響，所以就需要于輸出負(fù)載附近應(yīng)用濾波電容，從而顯著去除高頻振蕩情況。因?yàn)榇绥R像電流源電路帶有電容，所以此電路僅能夠用于直流電流源當(dāng)中。

五、需要特別注意的事項(xiàng)

因?yàn)榇诉\(yùn)算放大器是運(yùn)行于有共模電壓的情況中，所以需要使用共模抑制比較大，并且開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)較高的運(yùn)算放大器。對(duì)于差動(dòng)運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)，其應(yīng)當(dāng)與電阻良好匹配，不然就會(huì)破壞線(xiàn)性度。對(duì)于取樣電阻風(fēng)來(lái)說(shuō)，其應(yīng)該使用溫度系數(shù)較低的精密電阻，這樣能夠顯著增強(qiáng)電流源的準(zhǔn)確性及安全性。

六、總結(jié)

通過(guò)上述內(nèi)容可知，人們對(duì)電流源的研究及簡(jiǎn)介非常少，而電流源的應(yīng)用非常廣泛，這便給使用帶來(lái)了很大的問(wèn)題，為避免問(wèn)題變得嚴(yán)重，本文便對(duì)鏡像電流源的原理以及應(yīng)用電路進(jìn)行了探究，通過(guò)對(duì)鏡像電流源原理的深入探索，對(duì)運(yùn)算放大器虛斷和虛短屬性的了解，得到了良好的應(yīng)用電路，給電流源應(yīng)用提供了很大的幫助。另外，由于運(yùn)算放大器形成的鏡像電流源的應(yīng)用電路極為簡(jiǎn)便，具有良好的線(xiàn)性度，所以能夠滿(mǎn)足很多應(yīng)用情況以及環(huán)境，非常值得推廣和運(yùn)用，所以應(yīng)加大研究和介紹的力度。

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