基于電流輸出電路技術(shù)的多款實(shí)用電路案例

　　雖然諸如Howland電流源等電流鏡和電路在教學(xué)時(shí)屬于模擬電路部分，仍然有相當(dāng)一部分的工程師在定義精密模擬電路輸出時(shí)傾向于從電壓的角度來(lái)考慮問(wèn)題。這很可惜，因?yàn)?strong>電流輸出可在多方面提供優(yōu)勢(shì)，包括高噪聲環(huán)境下的模擬電流環(huán)路信號(hào)（0 mA至20 mA和4 mA至20 mA），以及在不借助光學(xué)或磁性隔離技術(shù)的情況下針對(duì)較大電位差進(jìn)行模擬信號(hào)電平轉(zhuǎn)換。 本文總結(jié)了一部分現(xiàn)有技術(shù)，并提供多款實(shí)用電路。

　　得到穩(wěn)定的電流輸出是極其簡(jiǎn)單的事情， 最簡(jiǎn)單的方法就是使用電流鏡： 兩個(gè)完全相同的晶體管--采用同一塊芯片制造，從而工藝、尺寸和溫度都完全一致--如圖1所示相連。兩個(gè)器件的基極-射極電壓相同，因此流入集電極T2的輸出電流等于流入集電極T1的輸入電流。

　　圖1. 基本電流鏡

　　此分析假設(shè)T1和T2相同且等溫，并且它們的電流增益極高，以至于可忽略基極電流。 它還會(huì)忽略早期電壓，使集電極電流隨集電極電壓變化而改變。

　　可采用NPN或PNP晶體管組成這些電流鏡。 將n個(gè)晶體管并聯(lián)組成T2，則輸出電流為輸入電流的n倍，如圖2a所示。 若T1由m個(gè)晶體管組成，T2由n個(gè)晶體管組成，則輸出電流將是輸入電流的n/m倍，如圖2b所示。

　　圖2. （a） 多級(jí)電流鏡 （b） 非整數(shù)比例電流鏡可將3個(gè)T2集電極結(jié)合起來(lái)，得到3IIN

　　若早期電壓影響很大，則可使用略為復(fù)雜的威爾遜電流鏡降至最低。 3晶體管和4晶體管版本如圖3所示。4晶體管版本更為精確，且具有更寬的動(dòng)態(tài)范圍。

　　圖3. 威爾遜電流鏡T4為可選器件，但使用它可改善精度和動(dòng)態(tài)范圍

　　需要跨導(dǎo)放大器（voltage_in/current_out）時(shí)，可使用一個(gè)單電源運(yùn)算放大器、一個(gè)BJT或FET（MOSFET通常是最佳選擇，因?yàn)樗淮嬖诨鶚O電流誤差）以及一個(gè)定義跨導(dǎo)值的精密電阻來(lái)組成，如圖4所示。

　　圖4. 跨導(dǎo)放大器 VIN- IOUT

　　該電路簡(jiǎn)單、價(jià)格不高。 MOSFET柵極上的電壓可設(shè)置MOSFET中的電流和R1，使R1上的電壓V1等于輸入電壓VIN.

　　若單芯片IC中需要用到電流鏡，則最好使用簡(jiǎn)單的晶體管電流鏡。 然而，若采用分立式電路，其匹配電阻高昂的價(jià)格（價(jià)格高是因?yàn)樾枨罅坑邢?，而非制造困難）將使圖5中的運(yùn)算放大器電流鏡成為最便宜的技術(shù)。 該電流鏡由跨導(dǎo)放大器和一個(gè)額外的電阻組成。

　　圖5. 運(yùn)算放大器電流鏡