CN107885268A - 负反馈电流源电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子技术领域，公开了一种负反馈电流源电路及电子设备。本发明实施方式中，第一级负反馈电流源电路，产生流经第三电阻的第一恒定电流，并为第二级负反馈电流源电路提供基准电压；第二级负反馈电流源电路，根据第一级负反馈电流源电路提供的基准电压，产生流经第二负载的第二恒定电流，其中，第三电阻连接上拉电压源，第二负载接地。本发明实施方式，利用第一级负反馈电流源电路实现第二恒定电流输出的同时，实现第二负载接地功能，从而应用于要求负载接地的应用场景。

Description

负反馈电流源电路及电子设备
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种负反馈电流源电路及电子设备。
背景技术
目前，常用的电流源电路包括镜像电流源结构的电路与采用运算放大器负反馈电流源结构的电路，镜像电流源结构的电路的结构示意图，如图1所示，两个双极性晶体管BJT(bipolarjunction transistor)在特征上完全一样，即IB1＝IB2、β1＝β2＝β、ICEO1＝ICEO2，其中，IB表示基极电流，β与ICEO均为BJT管子的特性参数，β是直流电流放大系数，ICEO是基极开路时集极-射极间的反向穿透电流，由于两个三极管Q1与Q2具有相同的基极-射极电压VBE，因此，从电路基本原理分析可知，IC1＝IC2＝IO，其中，IC表示集电极电流，IO表示产生的电流源，由基尔霍夫电流定律可知，IRL＝IC1+2*IB＝IC1*(1+2/β)，则IO＝IRL/(1+2/β)，其中，IRL表示流经负载RL的电流，如果β＞＞2，且VCC＞＞VBE，则电流源的值IO≈VCC/RL，其中，VCC表示电源电压。
采用运算放大器负反馈电流源结构的电路的结构示意图，如图2所示。采用运算放大器加三极管的结构，运算放大器的正输入端输入一个参考电压VREF，运算放大器采用闭环负反馈，运用虚短的理论可知VA＝VREF，流入电阻R2的电流Io＝VA/R2＝VREF/R2，在VCC-RL1-Q1-R2-GND支路上的电流就恒定为Io，其中，负反馈流程如下：若电流Io变大，则A点电压VA升高，流经运算放大器输入端的净电压(即：VREF-VA)降低，于是，运算放大器输出端输出的电压也会降低，导致三极管Q1的基极电流降低，流经VCC-RL1-Q1-R2-GND支路的电流Io也会降低，从而实现了输出电流Io稳定。
然而，在实现发明的过程中，本申请的发明人发现，对于镜像电流源结构的电路，负载RL必须上拉到一个电源VCC，电流稳定度受电源VCC波动影响较大，而且，该种结构对两个三极管的对称性要求很高，实际工艺实现复杂。对于采用运算放大器负反馈电流源结构的电路，负载RL1的一端必须上拉到电源VCC，无法应用于要求负载RL1接地的场景。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种负反馈电流源电路及电子设备，利用第一级负反馈电流源电路实现第二恒定电流输出的同时，实现第二负载接地功能，从而应用于要求负载接地的应用场景。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种负反馈电流源电路，包括：第一级负反馈电流源电路与第二级负反馈电流源电路；
所述第一级负反馈电流源电路，用于产生流经第三电阻的第一恒定电流，并为所述第二级负反馈电流源电路提供基准电压；其中，所述第三电阻连接上拉电压源；
所述第二级负反馈电流源电路，用于根据所述第一级负反馈电流源电路提供的基准电压，产生流经第二负载的第二恒定电流；其中，所述第二负载接地。
本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：上述负反馈电流源电路。
本发明实施方式相对于现有技术而言，第一级负反馈电流源电路，产生流经第三电阻的第一恒定电流，通过产生的第一恒定电流，生成了第三电阻的端电压，并将该第三电阻的端电压作为基准电压，提供给第二级负反馈电路，从而与第二级负反馈电流源电路串联，第二级负反馈电流源电路，根据第一级负反馈电流源电路提供的基准电压，产生了流经接地的第二负载的第二恒定电流，使得第二级负反馈电流源电路，不仅能够产生第二恒定电流而且实现了第二负载接地功能，从而使该负反馈电流源电路，可以应用于要求负载接地的应用场景。
另外，所述第一级负反馈电流源电路具体包括：三极管Q1、第一运算放大器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第一负载RL1；所述第一运算放大器OP1的正输入端接基准电压输入端VREF，负输入端经所述第二电阻R2后接地，所述第一运算放大器OP1的输出端经所述第一电阻R1后连接至所述三极管Q1的基极；所述三极管Q1的集电极先经所述第一负载RL1，再经所述第三电阻R3后，连接所述上拉电压源，发射极经所述第二电阻R2后接地。
采用上述结构的第一级负反馈电流源电路，不仅能够产生第一恒定电流，而且使得第一级负反馈电流源电路在实际应用中，连接于具体负载时，也能为第二级负反馈电流源电路提供恒定的基准电压。
另外，所述三极管Q1为NPN型三极管。
通过NPN型三极管Q1，在保证负反馈电流源电路功能的同时，根据电路结构选择合适的三极管，使得整个电路的结构相对简单。
另外，所述第二级负反馈电流源电路包括：复合三极管Q2、第二运算放大器OP2、第四电阻R4、第五电阻R5及第二负载RL2；所述第二运算放大器OP2的正输入端连接至所述第一级负反馈电流源电路，负输入端连接至所述复合三极管Q2的发射极，所述第二运算放大器OP2的输出端经所述第四电阻R4连接至所述复合三极管Q2的基极；所述复合三极管Q2的集电极经所述第二负载RL2后接地，发射极经所述第五电阻R5后接上拉电压。
采用上述第二级负反馈电流源电路，不仅能够产生第二恒定电流，而且实现了第二负载接地功能，从而能够应用于更多场景。
附图说明
图1是现有技术中的一种镜像电流源结构的电路结构示意图；
图2是现有技术中的运算放大器负反馈电流源结构的电路结构示意图；
图3是根据本发明第一实施方式的一种负反馈电流源电路的结构示意图；
图4是根据本发明第二实施方式的一种负反馈电流源电路的结构示意图；
图5是根据本发明第三实施方式的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种负反馈电流源电路。具体结构示意图，如图3所示。
第一级负反馈电流源电路10，用于产生流经第三电阻的第一恒定电流，并为第二级负反馈电流源电路提供基准电压，其中，第三电阻连接上拉电压源Vcc。
具体地说，第一级负反馈电流源电路包括：NPN型三极管Q1、第一运算放大器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3，其中，第一运算放大器OP1的正输入端接基准电压输入端VREF，负输入端经第二电阻R2后接地，第一运算放大器OP1的输出端经第一电阻R1后连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极经第三电阻R3后，连接上拉电压源Vcc，发射极经第二电阻R2后接地，其中，上述Q1除了是NPN型三极管外，还可以为N型金属氧化物半导体NMOS(Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管。进一步地，第二级负反馈电流源电路，连接至第一级负反馈电流源电路的第三电阻R3，与三极管Q1的集电极之间的节点B1。
需要说明的是，在上述第一级负反馈电流源电路中，上拉电压Vcc-第三电阻R3-三极管Q1-第二电阻R2的电流，即为第一恒定电流，记作Io1，其中，Io1＝VREF/R2，由于支路电流Io1恒定，因此流经第三电阻R3后的压降是恒定的，也就是说，第一级负反馈电流源电路的第三电阻R3，与三极管Q1的集电极之间的第一节点B1的电压是恒定的。
第二级负反馈电流源电路11，用于根据第一级负反馈电流源电路提供的基准电压，产生流经第二负载的第二恒定电流，其中，第二负载接地。
具体地说，第二级负反馈电流源电路包括：两个PNP型的复合三极管Q2、第二运算放大器OP2、第四电阻R4、第五电阻R5及第二负载RL2，其中，第二运算放大器OP2的正输入端连接至第一级负反馈电流源电路的第三电阻R3，与三极管Q1的集电极之间的第一节点B1，负输入端连接至复合三极管Q2的发射极，第二运算放大器OP2的输出端经第四电阻R4连接至复合三极管Q2的基极，复合三极管Q2的集电极经第二负载RL2后接地，发射极经第五电阻R5后接上拉电压源Vcc，其中，Q2除了可以是复合三极管外，还可以为功率三极管，或者场效应管，具体采用哪种器件，根据实际电路中，运算放大器的输出电流能力与电流源的输出功率具体而定，第二负载RL2的阻值是可以随着使用时间的增加或其它外界条件的变化而变化的。
需要说明的是，第二级负反馈电流源电路的第二运算放大器OP2的正输入端，连接至第一级负反馈电流源电路的第一节点B1，基于运放使用原理，第二级负反馈电流源电路的节点C的电压Vc等于第一节点B1的电压Vb1，于是第五电阻R5与第三电阻R3的端电压相等，又因为上拉电压Vcc-第三电阻R3-三极管Q1-第二电阻R2的电流恒定为Io1，则第三电阻R3两端的压降U＝Io1*R3＝VREF*R3/R2，因此，流经第五电阻的电流Io2＝U/R5＝(VREF*R3)/(R2*R5)，当第二级负反馈电流源电路的负反馈平衡后，上拉电压源Vcc-第五电阻R5-复合三极管Q2-第二负载RL2-地GND支路的电流就恒定为Io2，即得到第二恒定电流Io2，当Io2发生变化时，第二级负反馈电流源电路会使电流输出稳定；此种电路结构实现了第二负载RL2一端接地即可，无需再要求负载连接上拉电压源Vcc。
特别地，根据图3所示的电路结构，经过简单计算可知，第一级负反馈电流源电路的第一恒定电流Io1，与第二级负反馈电流源电路的第二恒定电流Io2，满足一定比例，记作η，其中，η＝Io2/Io1＝R3/R5，即流经第三电阻R3与第二负载RL2的电流为一个固定比例，该比例只与第三电阻R3与第五电阻R5有关，从而实现了两个电流的比例关联。当第三电阻R3为一个精密电位器时，上述比例η可以任意设置，如果需要将第二负载的电流设定在某一个值上，可以采用数模块转换器来调节基准电压VREF的值，实现第一恒定电流的任意设定，从而实现第二恒定电流的任意设定。
与现有技术相比，在本实施方式中，第一级负反馈电流源电路通过NPN型三极管Q1、第一运算放大器OP1、第一电阻R1、接地的第二电阻R2及连接上拉电压源的第三电阻R3的连接关系，产生流经第三电阻的第一恒定电流，并生成了第三电阻的端电压，从而为第二级负反馈电路提供基准电压，第二级负反馈电流源电路与第一级负反馈电流源电路串联，通过复合三极管Q2、第二运算放大器OP2、第四电阻R4、连接上拉电压源Vcc的第五电阻R5及接地的第二负载RL2的连接关系，不仅产生了流经第二负载的第二恒定电流，实现了第二负载接地功能，而且使得第一恒定电流与第二恒定电流满足一定比例，同时该比例只与第三电阻与第五电阻有关，带来灵活多变的应用。
本发明的第二实施方式涉及一种负反馈电流源电路。第二实施方式是在第一实施方式基础上的进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，在第一级负反馈电流源电路10中增加了第一负载RL1，这使得第一级负反馈电流源电路在实际应用中，当连接于阻值可变的具体负载时，也能使第二级负反馈电流源电路产生恒定电流，具体结构示意图，如图4所示。
第一级负反馈电流源电路10，用于产生流经第一负载的第一恒定电流，并为第二级负反馈电流源电路提供基准电压，其中，第一负载经第三电阻后，连接上拉电压Vcc。
具体地说，第一级负反馈电流源电路包括：NPN型三极管Q1、第一运算放大器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第一负载RL1，第一运算放大器OP1的正输入端接基准电压输入端VREF，负输入端经第二电阻R2后接地，第一运算放大器OP1的输出端经第一电阻R1后连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极先经第一负载RL1，再经第三电阻R3后，连接上拉电压，发射极经第二电阻R2后接地，其中，第一负载RL1的阻值是可以随着使用时间的增加或其它外界条件的变化而变化的。进一步地，第二级负反馈电流源电路，连接至第一级负反馈电流源电路的第一负载RL1，与第三电阻R3之间的第二节点B2，这样，即使电压源Vcc上叠加有干扰信号，第一级电流源流经第三电阻R3产生的端电压也是永远恒定的，从而保证了加在第五电阻R5上的电压恒定，进而提高了整个电路的电源抑制比。
更进一步地，第二级负反馈电流源电路11的第二运算放大器OP2的正输入端，连接至第一级负反馈电流源电路的第二节点B2，基于运放使用原理，第二级负反馈电流源电路的节点C的电压Vc等于第二节点B2的电压Vb2，于是第五电阻R5与第三电阻R3的端电压相等，又因为Vcc-第三电阻R3-第一负载RL1-三极管Q1-第二电阻R2的电流恒定为Io1，则第三电阻R3两端的压降U＝Io1*R3＝VREF*R3/R2，因此，流经第五电阻的电流Io2＝U/R5＝(VREF*R3)/(R2*R5)，当第二级负反馈电流源电路的负反馈平衡后，上拉电压源Vcc-第五电阻R5-复合三极管Q2-第二负载RL2-地GND支路的电流就恒定为Io2，即得到第二恒定电流Io2，当Io2发生变化时，第二级负反馈电流源电路会使电流输出稳定，且第二负载RL2一端接地即可，无需再连接上拉电压源Vcc。
特别地，根据图4所示的电路结构，经过简单计算可知，第一级负反馈电流源电路的第一恒定电流Io1，与第二级负反馈电流源电路的第二恒定电流Io2，满足一定比例，记作η，其中，η＝Io2/Io1＝R3/R5，即流经第三电阻与第二负载的电流为一个固定比例，该比例只与第三电阻R3与第五电阻R5有关，从而实现了两个电流的比例关联。当第三电阻为一个精密电位器时，上述比例η可以任意设置，如果需要将第二负载的电流设定在某一个值上，可以采用数模块转换器来调节基准电压VREF的值，实现第一恒定电流的任意设定，从而实现第二恒定电流的任意设定。
本实施方式，为第一级负反馈电流源电路，增加第一负载RL1，使得第一级负反馈电流源电路在实际应用中，连接于具体负载中时，也能使得第二级负反馈电流源电路基于第三电阻R3的端电压，产生稳定的第二恒定电流，且该第二恒定电流不因第一负载自身特性的变化而变化。
本发明第三实施方式涉及一种电子设备，如图5所示，包括：上述负反馈电流源电路511。
负反馈电流源电路511，用于在负载接地的情况下，产生恒定电流。
本实施方式，将负反馈电流源电路应用于实际的电子设备中，实现了负反馈电流源电路的实际应用。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种负反馈电流源电路，其特征在于，包括：第一级负反馈电流源电路与第二级负反馈电流源电路；
所述第一级负反馈电流源电路，用于产生流经第三电阻的第一恒定电流，并为所述第二级负反馈电流源电路提供基准电压；其中，所述第三电阻连接上拉电压源；
所述第二级负反馈电流源电路，用于根据所述第一级负反馈电流源电路提供的基准电压，产生流经第二负载的第二恒定电流；其中，所述第二负载接地。
2.根据权利要求1所述的负反馈电流源电路，其特征在于，所述第一级负反馈电流源电路包括：三极管Q1、第一运算放大器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3；
所述第一运算放大器OP1的正输入端接基准电压输入端VREF，负输入端经所述第二电阻R2后接地，所述第一运算放大器OP1的输出端经所述第一电阻R1后连接至所述三极管Q1的基极；所述三极管Q1的集电极经所述第三电阻R3后，连接所述上拉电压源，发射极经所述第二电阻R2后接地。
3.根据权利要求1所述的负反馈电流源电路，其特征在于，所述第一级负反馈电流源电路具体包括：三极管Q1、第一运算放大器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第一负载RL1；
所述第一运算放大器OP1的正输入端接基准电压输入端VREF，负输入端经所述第二电阻R2后接地，所述第一运算放大器OP1的输出端经所述第一电阻R1后连接至所述三极管Q1的基极；所述三极管Q1的集电极先经所述第一负载RL1，再经所述第三电阻R3后，连接所述上拉电压源，发射极经所述第二电阻R2后接地。
4.根据权利要求2或3所述的负反馈电流源电路，其特征在于，所述三极管Q1为NPN型三极管。
5.根据权利要求2或3所述的负反馈电流源电路，其特征在于，所述第二级负反馈电流源电路包括：复合三极管Q2、第二运算放大器OP2、第四电阻R4、第五电阻R5及第二负载RL2；
所述第二运算放大器OP2的正输入端连接至所述第一级负反馈电流源电路，负输入端连接至所述复合三极管Q2的发射极，所述第二运算放大器OP2的输出端经所述第四电阻R4连接至所述复合三极管Q2的基极；所述复合三极管Q2的集电极经所述第二负载RL2后接地，发射极经所述第五电阻R5后接上拉电压源。
6.根据权利要求5所述的负反馈电流源电路，其特征在于，所述第二运算放大器OP2的正输入端，连接至所述第一级负反馈电流源电路的第一节点B1，或者第二节点B2；
其中，所述第一节点B1为所述第三电阻R3，与所述三极管Q1的集电极之间的节点；所述第二节点B2为所述第一负载电阻RL1，与所述第三电阻R3之间的节点。
7.根据权利要求5所述的负反馈电流源电路，其特征在于，所述复合三极管Q2为包括两个PNP型三极管的复合三极管。
8.根据权利要求6所述的负反馈电流源电路，其特征在于，所述第二恒定电流与所述第一恒定电流的比值，等于所述第一负载RL1与所述第五电阻R5的比值，或者等于所述第三电阻R3与所述第五电阻R5的比值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的负反馈电流源电路。
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Assignee: Shanghai Li Ke Semiconductor Technology Co., Ltd.

Assignor: Leadcore Technology Co., Ltd.

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Denomination of invention: Negative feedback current source circuit and electronic equipment

License type: Common License

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