高精度恒流源

2021-1-19 11:24

#申请原创#
高精度恒流源

电流镜输出电流的大小随输入电流而变，但是它们之间是隔离的，输入三极管是稳压结构，与恒流源电路结构一样首先实现稳压，所以就可以将它改为恒流源。

2021-1-19 11:26

电流镜电路Ib’和Ib很小，可忽略，Qo管的E极电压U=Vbei-Vbeo=VtLn(Ii/Isi)-VtLn(Io/Iso)，电流镜Io=Ii，则U=VtLn[(Ii/Isi)/(Ii/Iso)]=VtLn(Iso/Isi) 设饱和参数Iso=NIsi，即U=VtLn(N)，与输入电压幅度无关，与饱和电流参数无关即与温度无关，实现高精度稳压。

如果Re电阻值不变，则发射极电流Ie=U/Re保持不变，Io为恒流，其大小由Re调节。

2021-1-19 11:29

captzs 发表于 2021-1-19 11:26
电流镜电路Ib’和Ib很小，可忽略，Qo管的E极电压U=Vbei-Vbeo=VtLn(Ii/Isi)-VtLn(Io/Iso)，电流镜Io=Ii，则U ...

仿真验证

例如，左管Isi=1e-20A，右管Iso=1e-12A，则N=(1e-12)/(1e-20)=1e+8，U=VtLn(1e+8)=476.5mV。

默认条件是Io=Ii和Ib忽略，计算与仿真结果有出入，Re调节为46Ω即恒流输出Io=10mA。输入电阻Ri=(E-1)/Ri=0.3K，调整为0.5K使Ii≈0.5Io。

file:///C:/t/msohtml1/01/clip_image002.jpg 解决输出不着地问题，可以将电源正端设为地，或者改为PNP管。

2021-1-19 14:21

Ri和Qi 组成一个稳压值小范围内可变的电路，恒流值就是这个稳压值减去Q0的Vbe 除以Re

2021-1-19 15:54

gaohq 发表于 2021-1-19 14:21
Ri和Qi 组成一个稳压值小范围内可变的电路，恒流值就是这个稳压值减去Q0的Vbe 除以Re ...

当温度改变大时，RiQi组成的稳压相差很大如下图。所以利用饱和电流随温度成倍升降的特性，则Iso/Isi的比值保持不变，Qo发射极电压U才保持稳定，Ie=U/Re就不变，则Io为恒流。
恒流b.GIF

2021-1-19 22:13

可以用一个二极管搭建最简单的恒流源。

PN结加反向电压，与其内建电场的方向一致，增强阻止载流子的活动的能力，但还是有载流子移动形成电流，由于数量有限而饱和，定义为反向饱和电流参数Is，在讨论PN结的正向导通压降和反向电压，不提伏安特性最重要的参数Is肯定说不清，也无法定量分析。

如果PN结加反压，Is就是恒流，此时处于截止，内阻很大(理想模式是无限大)符合恒流内阻。作恒流源受温度影响大，所以只能采用电流镜改装电路，但是它是一很好的温度传感器。

2021-1-21 11:33

电路和三极管参数的计算

设计Io=10mA恒流源，取稳压U=500mV，放大系数β=100，则

Re=U/Io(1+1/β)=49.5Ω。留较大的富裕量取Iso≤1e-7A就不必计算。即Qi的饱和电流参数，

Isi=Iso/ExpU/Vt=Iso/Exp(500/25.87)=(1e-7)/Exp(500/25.87)=4e-16A。

输入电流Ii取值自由度大，取Io的一半即Ri=E/0.5Io=E/5=0.8K。

仿真如下，Re调整为47Ω。温度改变70℃，误差1%。

三极管参数不可能刚好等于计算值，可以靠近选择，然后调整Re。

2021-1-25 08:31

看不出这个电路哪里有高精度，q1其实就相当于一个稳压管而已，将电位钳制在0.5-0.7v，q2无非就是一个射极放大器，re电流负反馈来控制精度，电流精度和q1基极电压，q2放大倍数有非常大关系，电路一致性差，批量生产不好搞

2021-1-25 09:34

kcfoo1 发表于 2021-1-25 08:31
看不出这个电路哪里有高精度，q1其实就相当于一个稳压管而已，将电位钳制在0.5-0.7v，q2无非就是一个射极放 ...

你先看看5楼电路，有两个注意点，
1，由于在分析PN结时，以室温27度，假设P区和N区两个代表性的掺杂浓度，计算内建电场电位差0.7V，作为典型值范例，这是有默认条件的，不可作为定义PN结的范围的依据。实际电路的PN结的压降范围可以几十mV～小几V，这个可以根据参数计算出来。
2，PN结受温度影响非常大，不采取温漂消除措施，电路很难稳定。

2021-1-30 20:21

captzs 发表于 2021-1-25 09:34
你先看看5楼电路，有两个注意点，
1，由于在分析PN结时，以室温27度，假设P区和N区两个代表性的掺杂浓度 ...

搞不懂你想说明什么，难道电阻值会和晶体管pn节一样的温度变化系数?我就知道电阻值不变，两端电压变了，电流肯定变了，同时晶体管一致性也不是很好，同样的型号，基级电压也是有一定差异的，所以这种稳压恒流是谈不上高精度的

2021-1-30 20:37

kcfoo1 发表于 2021-1-30 20:21
搞不懂你想说明什么，难道电阻值会和晶体管pn节一样的温度变化系数?我就知道电阻值不变，两端电压变了， ...

你是不是说5楼电路？如果是，我说说5楼电路的意思是：没有采取措施，温度改变，稳压也改变，就不可能恒流。另外，我认为，当温度改变70度，误差不大于1%才可以算高精度。

2021-1-30 21:55

两个三极管在同一个晶元上的话可以解决温漂问题。

2021-1-30 22:27

gaohq 发表于 2021-1-30 21:55
两个三极管在同一个晶元上的话可以解决温漂问题。

既然有兴趣，就再讲一点。比对双运放的Howland恒流电路，需要多少零件，而且要求两个运放参数不要相差太多，温漂措施就靠差分调节。还要一个一定精度的克服温漂的稳压电路。性能比一目了然。
至于两个三极管性能问题，那么，电流镜电路如何解决此问题？这是等同的。

2021-1-30 22:42

只看电路形式是很肤浅的，应该看本质即功能。本电路貌似电流镜，但是已经不是
Io=Ii-2Ib的关系。

2021-1-31 18:34

"原理相同，不仅貌似，两路电流的关系既稳定又可调(换个 Re 就行了)。" 一代不如一代。

我没有放烟幕，是你自己太自信。7楼电路换一种画法，一个地地道道的最最基本的直流稳压电路，与电流镜差太大。
那么为什么我要申请原创，因为据我所知，没有人以Is参数推导出此电路的恒流计算。直流稳压.GIF

2021-1-31 19:49

Ic≡βIb ， Ie≡(1+β)Ib ，
乃三极管负反馈平衡之铁则！
Q1 的平衡成为 Q2 的偏置，给 Q2 的平衡提供参考，由于两管特性完全相同，所以，这电路虽已非电流镜但 Io 跟 Ii 依然紧密关联，
精度如何且慢计较，论原理，那 Q1 可非一般的「稳压管」，而是成了这个流控电流源的控制端，只不过，Io 比 Ii 还小，这点或许让人有些郁闷！

2021-1-31 20:08

本帖最后由 hk6108 于 2021-2-1 00:54 编辑

电流镜，Q1 充当二极管，串个电阻或恒流元件，Q2 变成共集极，
那就变成了简易串联稳压电路，可是，「二极管」的动态电阻跟真正二极管一样，始终不如稳压管既么小。

2021-2-1 16:24

captzs 发表于 2021-1-19 11:26
电流镜电路Ib’和Ib很小，可忽略，Qo管的E极电压U=Vbei-Vbeo=VtLn(Ii/Isi)-VtLn(Io/Iso)，电流镜Io=Ii，则U ...

楼主，推导确实有问题，
1、“Io=Ii”，这个并不成立，即使不考虑Ib，
2、“U=VtLn(N)”，如果N=1，那么U=0，实际上并不是这样，在N=1时，U肯定不是0，

你想，一方面：Io=Ii=(E-Vbei)/Ri≈E/Ri，另一方面：Io≈U/Re，推出U=VtLn(N)≈E*Re/Ri，这不是矛盾了吗？

2021-2-1 18:06

manbo789 发表于 2021-2-1 16:24
楼主，推导确实有问题，
1、“Io=Ii”，这个并不成立，即使不考虑Ib，
2、“U=VtLn(N)”，如果N=1，那么U ...

非常好，这才是高质量！本来有些我不愿意说，冲您高质量的回复，我回答如下：

“1、“Io=Ii”，这个并不成立，即使不考虑Ib，”

调节合适的Ri是可以使Io=Ii如图，在推导时，为了方便就这样假设。但是实际上可以宽松，

就将Ri调大。

2021-2-1 18:19

captzs 发表于 2021-2-1 18:06
非常好，这才是高质量！本来有些我不愿意说，冲您高质量的回复，我回答如下：“1、[/backcol ...

2、“U=VtLn(N)”，如果N=1，那么U=0，实际上并不是这样，在N=1时，U肯定不是0，“
这点没错，PN结伏安特性完整表达式是：Id=Is[Exp(Vd/Vt)-1]，在将它移项时，为了方便，就省了“-1”项，结果就成了Vbe=VtLn(Id/Vt)，这里少了“+1”项，所以就出现你所说的问题，说明你很细心。既然不省“+1”项就没有问题。