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- 一、用三极管搭建简易电流源的缺点
- 二、改进电流源特性
一、用三极管搭建简易电流源的缺点
此前文章《用三极管搭建电流源》的电路是存在缺陷的,温度变化和Early效应会影响电路的性能和稳定性。主要表现如下:
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基极-发射极之间的压降会随着温度的变化而发生变动,VBE会随着温度的升高而减小,导致偏置电压下降,反之亦然。这种变化会直接影响三极管的工作状态,会引起电流随温度变化而漂移。
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当集电极电流固定,VBE(Early效应)与β会随集电极-发射极间的电压稍微变化。Early效应是指当BJT的VCE增加时,集电结的反向偏置电压增大,使集电极电流(IC)增大。由负载两端电压变化产生的VBE变化会引起输出电流的变化,即使已施加一个固定不变的基极电压,发射极电压(即发射极电流)也在变化。因IC=IE-IB,对于固定的发射极电流,β的变化使输出集电极电流产生少量的变化。当β变化时,由偏置电路非零源阻抗及可变负载引起基极电压少量变化。
二、改进电流源特性
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利用三极管具有相似温度依赖性的压降进行补偿,假设因温度变化xmV,以下图NPN管为例UR4=UR1+(VBE+x)-(VBE+x)=UR1,这样因温度变化产生的压降变化得以抵消。
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Q1保持原来的功能,通过增加三极管Q2使三极管Q1的VCE电压保持固定,分压电路保证了Q1的VE=1V,分压电路+Q2保证了Q1的VC=1.75V,VCE电压不变,从而抑制Early效应与功率损耗产生的温度变化而引起少量的变化。
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综合以上两种电路,进一步优化电路。
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以上电路都不可避免的增加成本,从总体上看,温度依赖性-2mV/℃以及Early效应△VBE≈-0.0001△VCE引起的VBE变化可以通过选取足够大的发射极电压以使几十mV的VBE变化不会导致发射极电阻两端电压的大变化。例如VE=01.V,对于VBE的10mV变化,引起10%的输出电流变化量;提高VE=1V,对于同样10mV的变化,只会引起1%的输出电流变化量。注意:输出适用范围的最低限度是由发射极电压来设定。假设电源10V,发射极电压5V,保证三极管工作在放大区,负载电压范围为VE+1V~10V,即6V至10V。
另外,电路设计时会默认IC≈IE,但实际IC=IE-IB,IB电流存在会造成一定的影响。选取具有大β的三极管,以使基极电流对发射极电流的影响变小。