电流镜输出电流简易计算

1万 · 2021-8-9 17:47

从X大上传的公式开始

1万 · 2021-8-9 17:52

当三极管小信号模式的集电极与基极的电位相等，就表示进入临界饱和模式，但是还保留Ic=βIb的关系，电流镜输入管集基极短接为典型模式，其C极电流关系，

Ii=Ic+2Ib=βIb+2Ib=Ib(β+2)，即基极电流，

Ib=Ii/(β+2)，输出电流，

Io=βIb=Iiβ/(β+2)

仿真如下，

1万 · 2021-8-9 21:40

上帖理想三极管电路推导的公式，输出电流小于输入电流。但是实际电流镜电路的输出为什么大于输入电流？输入恒流源2mA，输出2.044mA。

1万 · 2021-8-10 10:04

captzs 发表于 2021-8-9 21:40
上帖理想三极管电路推导的公式，输出电流小于输入电流。但是实际电流镜电路的输出为什么大于输入电流？输入 ...

电流镜的输出电流不可能大于输入电流，据说是铁律的认知本来与我无关；但是据此反驳我(可以看看以前的帖)，我有所反应不为过吧？

电流镜两个三极管电路模式各不相同，输入管是临界饱和状态，等效一个二极管，输入电流与PN结的导通电流几乎一致。输出管共发射极放大模式的电路放大倍数，受的参数(大多数管此参数基本一致)的影响，A=1.043β，输出的集电极电流Io=1.043βIb，那么，实际三极管组成的电流镜电路输出电流Io=IiA/(β+2)。A随三极管的参数不同而变。如此，D40D1管组成电流镜输出电流Io=2*1.043*100/102=2.045mA。

只看该作者 · 2021-8-10 12:10

你这就是书上的计算，书上一般只算大信号的输出输入关系。没有算小信号。
小信号的意思是：当输入电流有个很小的扰动变化，看输出电流这时产生的扰动变化是多少。
个人理解：因为电流镜多是提供直流偏置用，输入输出关系首先看大信号状态，所以书上先没有分析小信号。但做有源负载时那就必须关注小信号了。

bjt电流镜做偏置主要有两个误差：一是beta。因为输入电流不光是输入管的IC还有两管的IB, 而输出电流仅仅是输出管的IC。
二是基区宽度调制效应，对于二极管连接的管子，始终有VCE=VBE的；但是对输出管，他的VCE会变动。
因为正向工作区的实际集电极电流 IC=IS*exp(VBE/vt-1)*(1+VCE/VA)。所以，即使管子完美对称，只要两管的VCE不同也会导致两个管子的IC电流其实不同。
仿真应该标出输出管的电压，输出管的VCE必须要 >=0.3V左右，要保证管子是正向工作区这个前提上面的分析才有效。

1万 · 2021-8-10 14:26

修理Y的发表于 2021-8-10 12:10
你这就是书上的计算，书上一般只算大信号的输出输入关系。没有算小信号。
小信号的意思是：当输入电流有个 ...

"你这就是书上的计算“。

既然书上的计算如此，那么就不必推导，直接拿来用。根据Io=1.043βIi/(β+2)，可以知道电流镜的输出电流可以大于输入电流。我发此帖也就是要表明这样的认知。

只看该作者 · 2021-8-10 15:09

captzs 发表于 2021-8-10 14:26
"你这就是书上的计算“。

既然书上的计算如此，那么就不必推导，直接拿来用。根据Io=1.043βIi/(β+2) ...

你漏了算基区宽度调制效应，你分析没做完。
你做仿真应该标出VCE，方便验真VCE对电流的影响。

1万 · 2021-8-10 15:34

修理Y的发表于 2021-8-10 15:09
你漏了算基区宽度调制效应，你分析没做完。
你做仿真应该标出VCE，方便验真VCE对电流的影响。 ...

看来您对此电路入得深！

1，"你漏了算基区宽度调制效应，你分析没做完。"分析了，没有明说。
2，”你做仿真应该标出VCE，方便验真VCE对电流的影响。“ Rc电阻用的很小或干脆不用就是避免Vce影响。
3，还有影响放大倍数的参数，这个专家都懂。

只看该作者 · 2021-8-10 15:55

这里有必要解释一下：

楼主顶楼截图那个公式，是H法师原创的，我只是转载。
H法师原创的这个公式，是针对威尔逊电流镜的，而非普通电流镜。

然后精彩的地方来了，H法师根据这个公式，推断出威尔逊电流镜的精度比普通电流镜高，这个结论没问题，但是根本无法从这个结果看出来。

假设β为100，那么顶楼大师给的那个公式，误差2%，而普通电流镜的误差也是2%。

只看该作者 · 2021-8-10 16:03

captzs 发表于 2021-8-10 15:34
看来您对此电路入得深！

1，"你漏了算基区宽度调制效应，你分析没做完。"分析了，没有明说。

我是菜鸟初学者，随便吐槽而已。
不过我不懂，您为啥要避免VCE影响?
这又不是设计，既然从仿真学习原理，恰恰要应该把两个管子的VCE差别大，和差别小时都仿真下，来比较验证原理才对。
最好是做一个输出Io对VCE的仿真扫描，这样才好吧？

只看该作者 · 2021-8-10 16:50

H法师推导的基本电流镜：

H法师推导的威尔逊电流镜结果：

对比可知，两个电流镜精度完全相同。
但是人家给出结论：威尔逊精度更高。

只看该作者 · 2021-8-10 16:53

关于威尔逊电流镜，我录了三个视频，总共时长接近两小时。

这个恶心的法师，把老子视频中内容从头抄到尾，就有了这个帖子：

1万 · 2021-8-10 17:23

修理Y的发表于 2021-8-10 16:03
我是菜鸟初学者，随便吐槽而已。
不过我不懂，您为啥要避免VCE影响?
这又不是设计，既然从仿真学习原理 ...

您说的没错，我仿真结果输出电流因输出电压而变。

1万 · 2021-8-10 17:27

captzs 发表于 2021-8-10 17:23
您说的没错，我仿真结果输出电流因输出电压而变。

知道那个参数的贡献，将其改为理想，就消除。这样分析电路，在设计时就可以采取相应措施，比如稳压。

只看该作者 · 2021-8-10 17:38

captzs 发表于 2021-8-10 17:23
您说的没错，我仿真结果输出电流因输出电压而变。

你把输入电流换成1ma, 很容易看出输出电流的变化，其实是电流传输关系（电流镜增益）在改变。
建议你做个参数扫描，让输出管的VCE2偏置电压源从0变化到10V, 然后测量 VCE1(即VBE1)和输出电流IC2的曲线。

只看该作者 · 2021-8-10 18:23

本帖最后由修理Y的于 2021-8-10 18:25 编辑

我用tina仿真看了下，趋势是对的，但是比起手算结果，VCE2=VCE1 时不是太准。
而且输入电流变化改到2ma后,传输比变化也是挺明显的. 毕竟是大信号，和小信号的确实不同。电流镜做偏置，输入电流和VCE变化也就是直接改变偏置。
而小信号放大器时认为偏置不变，输入只是微小扰动的观念不一样。2ma电流确实也挺大的了。

1万 · 2021-8-12 10:29

captzs 发表于 2021-8-9 17:52
当三极管小信号模式的集电极与基极的电位相等，就表示进入临界饱和模式，但是还保留Ic=βIb的关系，电流镜 ...

其实不要复杂化。上述分析是所谓的三极管小信号线性放大模式，因为输入管处于小信号与非线性模式的分界，所以用小信号分析没有问题。以下用非线性模式分析。

无论三极管是小信号线性放大或者非线性模式，E结都适用于PN结伏安特性表达式。理想模式两管参数一致，即Ic=Io=Ibβ=IsExp(Vbe/Vt)如下图，而输入管C极的输入电流Ii=Ic+2Ib=Ic+2Ic/β=Ic(1+2/β)将Ic=Io代入，Ii=Io(1+2/β)，移项得Io=Iiβ/(β+2)。