CN201681321U - 一种可调电流大小的电流源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调电流大小的电流源装置，其主要由电流提供/限制电路、固定电压提供电路、MOS晶体管、两个三极管及外接电阻组成，其无需使用现有的电流源装置中的运算放大器对稳定的固定电压进行跟随，即可通过调节外接电阻的电阻值的大小实现对流过MOS晶体管的偏置电流的大小，且由于无需使用运算放大器，大大减少了电流源装置的器件，同时有效降低了功耗，且设计简单，工作可靠性高。

Description

一种可调电流大小的电流源装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用于电源领域的电流源装置，尤其是涉及一种可调电流大小的电流源装置。

背景技术

在模拟集成电路芯片的电源设计领域，为了使模拟集成电路芯片的应用范围更加广泛，经常会将内部的一些电流源设计成可改变的，由模拟集成电路芯片的应用者根据自身需要通过改变外接电阻来对电流源的电流大小进行调节，通常采用的方法是先用一个带隙基准产生一个稳定的电平，然后利用一个运算放大器作为一个跟随器，跟随这个稳定的电平，再调节外接电阻，就可以实现一个可调电流大小的电流源。

图1给出了典型的可调电流大小的电流源装置的电路图，其包括固定电压提供电路VDC、运算放大器OP1、PMOS晶体管P1、NMOS晶体管M1及外接电阻R1，固定电压提供电路VDC与运算放大器OP1的正输入端相连接，为运算放大器OP1提供一个稳定的固定电压Vref，运算放大器OP1的负输入端与外接电阻R1的第一端相连接，外接电阻R1的第二端接电源地GND，运算放大器OP1的输出端与NMOS晶体管M1的栅极相连接，NMOS晶体管M1的源极与外接电阻R1的第一端相连接，NMOS晶体管M1的漏极与PMOS晶体管P1的源极相连接，PMOS晶体管P1的栅极与PMOS晶体管P1的源极相连接，PMOS晶体管P1的漏极接电源电压VDD。在该电流源装置中，固定电压提供电路VDC可以是通过带隙基准调整得到的基准电压，也可以是一个齐纳二极管，固定电压提供电路VDC提供一个相对稳定的固定电平Vref，通过运算放大器OP1和NMOS晶体管M1的跟随作用，使得A节点处的电压等于固定电压Vref，而流过外接电阻R1的电流则是

其中R₁为外接电阻R1的电阻值，从而可得到流过PMOS晶体管P1的电流I₂，

这样就可以通过改变外接电阻R1的电阻值R₁实现对电流I₂的大小的改变，需要电流的时候可以通过电流镜的方式对PMOS晶体管P1镜像得到需要的电流。这种电流源装置虽然能够通过改变外接电阻的电阻值的大小较好地实现电流大小的调节，但由于运算放大器的应用，使得该电流源装置存在器件多、功耗大、设计复杂、由设计复杂引起的可靠性低等缺点。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种器件少、功耗小、工作可靠性高的可调电流大小的电流源装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可调电流大小的电流源装置，包括电流提供/限制电路、固定电压提供电路、PMOS晶体管、第一三极管、第二三极管和外接电阻，所述的电流提供/限制电路具有第一连接端和第二连接端，所述的固定电压提供电路具有第三连接端和第四连接端，所述的电流提供/限制电路的第一连接端接电源电压，所述的电流提供/限制电路的第二连接端与所述的第一三极管的集电极相连接，所述的第一三极管的发射极与所述的固定电压提供电路的第三连接端相连接，所述的第一三极管的基极分别与所述的第一三极管的集电极和所述的第二三极管的基极相连接，所述的第二三极管的集电极与所述的PMOS晶体管的漏极相连接，所述的PMOS晶体管的栅极与所述的PMOS晶体管的漏极相连接，所述的PMOS晶体管的源极接电源电压，所述的第二三极管的发射极与所述的外接电阻的第一端相连接，所述的外接电阻的第二端和所述的固定电压提供电路的第四连接端均接电源地。

所述的电流提供/限制电路包括一个电阻，所述的电阻的第一端接电源电压，所述的电阻的第二端与所述的第一三极管的集电极相连接；或所述的电流提供/限制电路包括一个通过镜像方式从其他电流源装置得到的微小电流，所述的微小电流流向所述的第一三极管的集电极。

所述的固定电压提供电路包括一个齐纳二极管，所述的齐纳二极管的阴极与所述的第一三极管的发射极相连接，所述的齐纳二极管的阳极接电源地；或所述的固定电压提供电路包括一个通过带隙基准调整得到的基准电压，所述的基准电压的正端与所述的第一三极管的发射极相连接，所述的基准电压的负端接电源地。

所述的第一三极管和所述的第二三极管均为NPN型的三极管。

所述的第一三极管和所述的第二三极管构成对管结构，所述的第一三极管和所述的第二三极管均工作在线性区时，所述的PMOS晶体管工作在饱和区。

一种可调电流大小的电流源装置，包括电流提供/限制电路、固定电压提供电路、NMOS晶体管、第一三极管、第二三极管和外接电阻，所述的电流提供/限制电路具有第一连接端和第二连接端，所述的固定电压提供电路具有第三连接端和第四连接端，所述的固定电压提供电路的第三连接端接电源电压，所述的固定电压提供电路的第四连接端与所述的第一三极管的发射极相连接，所述的第一三极管的集电极与所述的电流提供/限制电路的第一连接端相连接，所述的第一三极管的基极分别与所述的第一三极管的集电极和所述的第二三极管的基极相连接，所述的第二三极管的发射极与外接电阻的第一端相连接，所述的外接电阻的第二端接电源电压，所述的第二三极管的集电极与所述的NMOS晶体管的漏极相连接，所述的NMOS晶体管的栅极与所述的NMOS晶体管的漏极相连接，所述的NMOS晶体管的源极与所述的电流提供/限制电路的第二连接端均接电源地。

所述的固定电压提供电路包括一个齐纳二极管，所述的齐纳二极管的阴极接电源电压，所述的齐纳二极管的阳极与所述的第一三极管的发射极相连接；或所述的固定电压提供电路包括一个通过带隙基准调整得到的基准电压，所述的基准电压的正端接电源电压，所述的基准电压的负端与所述的第一三极管的发射极相连接。

所述的电流提供/限制电路包括一个电阻，所述的电阻的第一端与所述的第一三极管的集电极相连接，所述的电阻的第二端接电源地；或所述的电流提供/限制电路包括一个通过镜像方式从其他电流源装置得到的微小电流，所述的微小电流流向电源地。

所述的第一三极管和所述的第二三极管均为PNP型的三极管。

所述的第一三极管和所述的第二三极管构成对管结构，所述的第一三极管和所述的第二三极管均工作在线性区时，所述的NMOS晶体管工作在饱和区。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1)、本实用新型的电流源装置主要由电流提供/限制电路、固定电压提供电路、MOS晶体管、两个三极管及外接电阻组成，其无需使用现有的电流源装置中的运算放大器对稳定的固定电压进行跟随，即可通过调节外接电阻的电阻值的大小实现对流过MOS晶体管的偏置电流的大小，且由于无需使用运算放大器，大大减少了电流源装置的器件，同时有效降低了功耗，且设计简单，工作可靠性高。

2)、比较利用本实用新型的电流源装置与现有的电流源装置通过改变外接电阻的电阻值获得流过MOS晶体管的偏置电流，本实用新型的电流源装置虽然在偏置电流的精度上有略微的降低，但本实用新型的电流源装置相对于现有的电流源装置具有能够缩小芯片面积，节省成本，还不需要额外的电路给运算放大器提供偏置信号，不用考虑运算放大器的相位补偿等优点。

附图说明

图1为现有的可调电流大小的电流源装置的电路图；

图2为本实用新型具体实施例一的电流源装置的电路图；

图3为利用本实用新型的电流源装置和图1所示的电流源装置通过改变外接电阻的电阻值获得的偏置电流I₂的仿真结果示意图；

图4为本实用新型具体实施例二的电流源装置的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例一：

一种可调电流大小的电流源装置，如图2所示，其包括电流提供/限制电路IDC、固定电压提供电路VDC、PMOS晶体管P1、第一NPN型三极管QN1、第二NPN型三极管QN2和外接电阻R1，电流提供/限制电路IDC具有第一连接端1和第二连接端2，固定电压提供电路VDC具有第三连接端3和第四连接端4，电流提供/限制电路IDC的第一连接端1接电源电压VDD，电流提供/限制电路IDC的第二连接端2与第一NPN型三极管QN1的集电极相连接，第一NPN型三极管QN1的发射极与固定电压提供电路VDC的第三连接端3相连接，第一NPN型三极管QN1的基极分别与第一NPN型三极管QN1的集电极和第二NPN型三极管QN2的基极相连接，第二NPN型三极管QN2的集电极与PMOS晶体管P1的漏极相连接，PMOS晶体管P1的栅极与PMOS晶体管P1的漏极相连接，PMOS晶体管P1的源极接电源电压VDD，第二NPN型三极管QN2的发射极与外接电阻R1的第一端相连接，外接电阻R2的第二端和固定电压提供电路VDC的第四连接端4均接电源地GND。

在此具体实施例中，电流提供/限制电路IDC主要用于提供一个稳定的微小电流或者用于限制电流提供/限制电路IDC所在支路在一个较小的电流状态下工作即用于限制电流的大小，该电流提供/限制电路IDC可以只包括一个电阻，电阻的第一端接电源电压VDD，电阻的第二端与第一NPN型三极管QN1的集电极相连接，通过该电阻可得到一个微小电流I₁；或者该电流提供/限制电路IDC可只包括一个通过镜像方式从其他电流源装置得到的微小电流I₁，该微小电流I₁流向第一NPN型三极管QN1的集电极，在此，通过镜像方式从其他电流源装置得到的微小电流I₁可以通过修改镜像管(MOS晶体管)的宽长比来选择微小电流I₁的大小，一般可调整镜像管的宽长比选取一个最大的电流，再调整镜像管的宽长比选取一个最小的电流，再根据最大的电流和最小的电流的乘积开方后的值调整镜像管的宽长比来获取微小电流，该微小电流不需要很精确。

在此具体实施例中，固定电压提供电路VDC主要用于提供一个能够有一定的电流下拉能力的稳定电压，该固定电压提供电路VDC可以只包括一个齐纳二极管，齐纳二极管的阴极与第一NPN型三极管QN1的发射极相连接，齐纳二极管的阳极接电源地GND，通过该齐纳二极管可得到一个固定电压，将该固定电压作为基准电压V1；或者该固定电压提供电路VDC可以只包括一个通过带隙基准调整得到的基准电压V1，基准电压V1的正端与第一NPN型三极管QN1的发射极相连接，基准电压V1的负端接电源地GND。在此，基准电压V1的大小可以通过预先计算可调电流的范围，根据可调电流的范围在该范围内选择一个合适的但不需要很精确的稳定的固定电压作为基准电压。

在此具体实施例中，第一NPN型三极管QN1和第二NPN型三极管QN2构成对管结构，当第一NPN型三极管QN1和第二NPN型三极管QN2均工作在线性区时，PMOS晶体管P1则工作在饱和区，此时通过改变外接电阻R1的电阻值R₁的大小就可以得到一个和外接电阻R1的电阻值R₁成反比的流过PMOS晶体管P1的偏置电流I₂，然后可通过对PMOS晶体管P1镜像得到所需要的电流。在此，偏置电流I₂与其他参数没有任何关系，只和外接电阻R1的电阻值R₁成反比，这样调节外接电阻R1的电阻值R₁即可实现调节偏置电流I₂。

如图2所示，根据电流提供/限制电路IDC提供或者限制的微小电流I₁，流经PMOS晶体管P1的偏置电流I₂，及具有电流下拉能力的固定电压提供电路VDC提供的稳定电压V1，可得到

其中，I_cQ1为第一NPN型三极管QN1的集电极电流，由于第一NPN型三极管QN1和第二NPN型三极管QN2为对管结构，因此第一NPN型三极管QN1和第二NPN型三极管QN2的直流电流增益相同，β表示第一NPN型三极管QN1和第二NPN型三极管QN2的直流电流增益。根据

可得到

又因为

和其中，V_beQ1、V_beQ2分别表示第一NPN型三极管QN1和第二NPN型三极管QN2的be结电压，从而可得到

其中，ΔV_be表示第一NPN型三极管QN1的be结电压与第二NPN型三极管QN2的be结电压的差值。

在使用本实用新型的电流源装置时，通过镜像方式从其他电流源装置得到的微小电流I₁可以通过修改镜像管(MOS晶体管)的宽长比来选择微小电流I₁的大小，一般可调整镜像管的宽长比选取一个最大的电流，再调整镜像管的宽长比选取一个最小的电流，再根据最大的电流和最小的电流的乘积开方后的值调整镜像管的宽长比来获取微小电流，可使得微小电流I₁和偏置电流I₂在相同的数量级，这样第一NPN型三极管QN1的be结电压与第二NPN型三极管QN2的be结电压的差值ΔV_be就很小，由于第一NPN型三极管QN1的基极与第二NPN型三极管QN2的基极相连接，因此这样也就有A节点和B节点的电压近似相等V_B＝V_A＝V1，这样就可以近似的得到

得到的偏置电流I₂与通过图1所示的电流源装置得到的偏置电流的结果基本一致。

图3给出了利用本实用新型的电流源装置和图1所示的电流源装置通过改变外接电阻R1的电阻值获得流过PMOS晶体管P1的偏置电流I₂的仿真结果，其中，倒三角表示的曲线表示图1所示的电流源装置获得的偏置电流I₂的仿真结果，正三角表示的曲线表示本实用新型的电流源装置获得的偏置电流I₂的仿真结果，图3中横坐标表示外接电阻的电阻值，单位为ohm(欧姆)，纵坐标表示偏置电流I₂，单位为A(安培)，K表示数量级1000，u表示数量级10^-6。从图3可以看出，利用本实用新型的电流源装置和图1所示的电流源装置通过改变外接电阻R1的电阻值获得流过PMOS晶体管P1的偏置电流I₂的仿真结果的曲线几乎相重合，足以说明本实用新型的电流源装置可以有效确保获得的偏置电流的精度。与现有的电流源装置相比，本实用新型的电流源装置虽然在偏置电流的精度上有略微的降低，但本实用新型的电流源装置的综合性能比现有的电流源装置要好，且结构简单、器件少、功耗小、工作可靠性高。

实施例二：

一种可调电流大小的电流源装置，如图4所示，其包括电流提供/限制电路IDC、固定电压提供电路VDC、NMOS晶体管N1、第一PNP型三极管QP1、第二PNP型三极管QP2和外接电阻R1，电流提供/限制电路IDC具有第一连接端1和第二连接端2，固定电压提供电路VDC具有第三连接端3和第四连接端4，固定电压提供电路VDC的第三连接端3接电源电压VDD，固定电压提供电路VDC的第四连接端4与第一PNP型三极管QP1的发射极相连接，第一PNP型三极管QP1的集电极与电流提供/限制电路IDC的第一连接端1相连接，第一PNP型三极管QP1的基极分别与第一PNP型三极管QP1的集电极和第二PNP型三极管QP2的基极相连接，第二PNP型三极管QP2的发射极与外接电阻R1的第一端相连接，外接电阻R1的第二端接电源电压VDD，第二PNP型三极管QP2的集电极与NMOS晶体管M1的漏极相连接，NMOS晶体管M1的栅极与NMOS晶体管M1的漏极相连接，NMOS晶体管M1的源极与电流提供/限制电路IDC的第二连接端2均接电源地GND。

在此具体实施例中，固定电压提供电路VDC主要用于提供一个能够有一定的电流下拉能力的稳定电压，该固定电压提供电路VDC可以只包括一个齐纳二极管，齐纳二极管的阴极接电源电压VDD，齐纳二极管的阳极与第一PNP型三极管QP1的发射极相连接，通过该齐纳二极管可得到一个固定电压，将该固定电压作为基准电压V1；或者该固定电压提供电路VDD可以只包括一个通过带隙基准调整得到的基准电压V1，基准电压V1的正端接电源电压VDD，基准电压V1的负端与第一PNP型三极管QP1的发射极相连接。在此，基准电压V1的大小可以通过预先计算可调电流的范围，根据可调电流的范围在该范围内选择一个合适的但不需要很精确的稳定的固定电压作为基准电压。

在此具体实施例中，电流提供/限制电路IDC主要用于提供一个稳定的微小电流或者用于限制电流提供/限制电路IDC所在支路在一个较小的电流状态下工作即用于限制电流的大小，该电流提供/限制电路IDC可以只包括一个电阻，电阻的第一端与第一PNP型三极管QP1的集电极相连接，电阻的第二端接电源地GND，通过该电阻可得到一个微小电流I₁；或者该电流提供/限制电路IDC可以只包括一个通过镜像方式从其他电流源装置得到的微小电流I₁，微小电流I₁流向电源地GND，在此，通过镜像方式从其他电流源装置得到的微小电流I₁可以通过修改镜像管(MOS晶体管)的宽长比来选择微小电流I₁的大小，一般可调整镜像管的宽长比选取一个最大的电流，再调整镜像管的宽长比选取一个最小的电流，再根据最大的电流和最小的电流的乘积开方后的值调整镜像管的宽长比来获取微小电流，该微小电流不需要很精确。

在此具体实施例中，第一PNP型三极管QP1和第二PNP型三极管QP2构成对管结构，第一PNP型三极管QP1和第二PNP型三极管QP2均工作在线性区时，NMOS晶体管M1则工作在饱和区，此时通过改变外接电阻R1的电阻值R₁的大小就可以得到一个和外接电阻R1的电阻值R₁成反比的流过NMOS晶体管M1的偏置电流I₂，然后可通过对NMOS晶体管M1镜像得到所需要的电流。在此，偏置电流I₂与其他参数没有任何关系，只和外接电阻R1的电阻值R₁成反比，这样调节外接电阻R1的电阻值R₁即可实现调节偏置电流I₂。

Claims (10)

1.一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于包括电流提供/限制电路、固定电压提供电路、PMOS晶体管、第一三极管、第二三极管和外接电阻，所述的电流提供/限制电路具有第一连接端和第二连接端，所述的固定电压提供电路具有第三连接端和第四连接端，所述的电流提供/限制电路的第一连接端接电源电压，所述的电流提供/限制电路的第二连接端与所述的第一三极管的集电极相连接，所述的第一三极管的发射极与所述的固定电压提供电路的第三连接端相连接，所述的第一三极管的基极分别与所述的第一三极管的集电极和所述的第二三极管的基极相连接，所述的第二三极管的集电极与所述的PMOS晶体管的漏极相连接，所述的PMOS晶体管的栅极与所述的PMOS晶体管的漏极相连接，所述的PMOS晶体管的源极接电源电压，所述的第二三极管的发射极与所述的外接电阻的第一端相连接，所述的外接电阻的第二端和所述的固定电压提供电路的第四连接端均接电源地。

2.根据权利要求1所述的一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于所述的电流提供/限制电路包括一个电阻，所述的电阻的第一端接电源电压，所述的电阻的第二端与所述的第一三极管的集电极相连接；或所述的电流提供/限制电路包括一个通过镜像方式从其他电流源装置得到的微小电流，所述的微小电流流向所述的第一三极管的集电极。

3.根据权利要求1或2所述的一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于所述的固定电压提供电路包括一个齐纳二极管，所述的齐纳二极管的阴极与所述的第一三极管的发射极相连接，所述的齐纳二极管的阳极接电源地；或所述的固定电压提供电路包括一个通过带隙基准调整得到的基准电压，所述的基准电压的正端与所述的第一三极管的发射极相连接，所述的基准电压的负端接电源地。

4.根据权利要求3所述的一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于所述的第一三极管和所述的第二三极管均为NPN型的三极管。

5.根据权利要求4所述的一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于所述的第一三极管和所述的第二三极管构成对管结构，所述的第一三极管和所述的第二三极管均工作在线性区时，所述的PMOS晶体管工作在饱和区。

6.一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于包括电流提供/限制电路、固定电压提供电路、NMOS晶体管、第一三极管、第二三极管和外接电阻，所述的电流提供/限制电路具有第一连接端和第二连接端，所述的固定电压提供电路具有第三连接端和第四连接端，所述的固定电压提供电路的第三连接端接电源电压，所述的固定电压提供电路的第四连接端与所述的第一三极管的发射极相连接，所述的第一三极管的集电极与所述的电流提供/限制电路的第一连接端相连接，所述的第一三极管的基极分别与所述的第一三极管的集电极和所述的第二三极管的基极相连接，所述的第二三极管的发射极与外接电阻的第一端相连接，所述的外接电阻的第二端接电源电压，所述的第二三极管的集电极与所述的NMOS晶体管的漏极相连接，所述的NMOS晶体管的栅极与所述的NMOS晶体管的漏极相连接，所述的NMOS晶体管的源极与所述的电流提供/限制电路的第二连接端均接电源地。

7.根据权利要求6所述的一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于所述的固定电压提供电路包括一个齐纳二极管，所述的齐纳二极管的阴极接电源电压，所述的齐纳二极管的阳极与所述的第一三极管的发射极相连接；或所述的固定电压提供电路包括一个通过带隙基准调整得到的基准电压，所述的基准电压的正端接电源电压，所述的基准电压的负端与所述的第一三极管的发射极相连接。

8.根据权利要求6或7所述的一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于所述的电流提供/限制电路包括一个电阻，所述的电阻的第一端与所述的第一三极管的集电极相连接，所述的电阻的第二端接电源地；或所述的电流提供/限制电路包括一个通过镜像方式从其他电流源装置得到的微小电流，所述的微小电流流向电源地。

9.根据权利要求8所述的一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于所述的第一三极管和所述的第二三极管均为PNP型的三极管。

10.根据权利要求9所述的一种可调电流大小的电流源装置，其特征在于所述的第一三极管和所述的第二三极管构成对管结构，所述的第一三极管和所述的第二三极管均工作在线性区时，所述的NMOS晶体管工作在饱和区。

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