专利名称：恒流源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术，尤其涉及恒流源电路。
背景技术：
随着电子技术的迅速发展，恒流源电路已经得到广泛应用。恒流源电路主要用于对电流稳定性要求较高的电路，例如，射频小信号放大器。
在晶体管恒流源电路的大批量生产加工过程中，由于受到三极管的基极和发射极之间的电压VBE(ON)的离散性的影响或者受到MOS场效应管的栅极和漏极之间的电压VGS(ON)的离散性的影响，单板之间、批次之间，恒流源电路的输出都会有一定的离散性。对于那些对恒流源的精度要求较高的电路，就必须采取一定的技术手段对三极管的VBE(ON)或MOS场效应管的VGS(ON)的离散性进行补偿。
目前，已经出现多种有源恒流源。图1示出了采用普通PNP三极管的恒流源电路10，PNP三极管102的发射极通过第一电阻104(Rc)连接至电源106(电压为Vcc)的正极，电源106的负极接地，PNP三极管102的基极通过第二电阻108(R1)连接至电源106的正极，PNP三极管102的基极还通过第三电阻110(R2)接地。PNP三极管102的集电极输出电流Iout。电源106的电压Vcc经第二电阻108和第三电阻110的分压后，得到Vb，Vb=R2R1+R2·VCC,]]>PNP三极管102的发射极的电压Vref＝Vb+VBE(ON)，所以Iout=VCC-VrefRC,]]>从而，实现恒流功能。
但在实际使用中，PNP三极管102的基极和发射极之间的电压VBE(ON)是随温度的变化而变化的，温度升高，VBE(ON)减小，所以Iout就增加，恒流效果不是很好。
所以，这种恒流源电路的批次一致性一般、存在温漂、且恒流效果一般。
针对这种情况，已经提出一种温补PNP三极管恒流源电路，如图2所示，温补PNP三极管恒流源的工作原理与上面的普通PNP三极管恒流源基本相同，只是增加了一个温补元件216，这个元件可以是一个B-C极短接的NPN三极管(图2中的电路图采用了NPN三极管)，也可以是一个二极管，要求这个三极管的VBE(ON)2或二极管的正向导通电压与恒流PNP三极管202的VBE(ON)1成一定比例。
这样，Vb=R2R1+R2·(VCC-VBE(ON)2),]]>所以Vref=Vb+VBE(ON)1=R2R1+R2·VCC+(VBE(ON)1-R2R1+R2·VBE(ON)2),]]>当VBE(ON)1=R2R1+R2·VBE(ON)2]]>时，Vref不随PNP三极管202的VBE(ON)的变化而变化，从而实现温补功能。一般情况下，R2会比R1大一至两个数量级，所以VBE(ON)1约等于VBE(ON)2。
但是，这种电路的缺点在于，由于元器件之间存在离散性，PNP三极管202和温补元件206的VBE(ON)1和VBE(ON)2都有一个初始误差，这个误差是随机正态分布的。当PNP三极管202和温补元件206的VBE(ON)向相反的方向偏差时，就会使Vref产生一定的误差，所以Iout就会有误差。
为了解决上述VBE(ON)均有初始误差的问题，又提出了一种运算放大器恒流源电路30，如图3所示，和图1及图2示出的恒流源电路相同，均使用了PNP三极管302，其发射极通过第一电阻304(Rc)连接至电源306的正极，电源电压为Vcc，电源306的负极接地，三极管302的集电极用于输出电流Iout，三极管302的基极与运算放大器308的输出端相连，运算放大器308的反向输入端通过第二电阻310(R1)连接至三极管302的发射极，运算放大器308的反向输入端同时还通过第三电阻316(R2)接地，运算放大器308的正向输入端通过第四电阻312(R4)连接至电源306的正极，同时，运算放大器308的正向输入端还通过第五电阻314(R3)接地。
另外，三极管302的发射极电压为Vref，基极电压为Vb，运算放大器308的正向输入端的电压为V1，反向输入端的电压为V2。
根据运算放大器的“虚短”特性，即V1＝V2，我们可以得出R3R3+R4·VCC=R2R1+R2·Vref,]]>即Vref=(R1+R2)·R3R2·(R3+R4)·VCC.]]>所以Iout=VCC-VrefRC,]]>Iout与三极管302的VBE(ON)无关，但对第二电阻、第三电阻、第四电阻、以及第五电阻的电阻值较敏感。
这种恒流源电路的缺点在于对运放偏置电阻的精度要求较高、批次一致性一般、占用PCB面积大、以及制造成本较高。
因此，需要一种能够补偿三极管VBE(ON)的离散性、制造成本不高、能够提高大批量生产加工的一致性的恒流源电路。
发明内容
本发明的目的在于提供能够克服现有技术中存在的至少一种缺陷的恒流源电路。
为实现上述目的，本发明提供了一种恒流源电路，包括电源，具有电源第一端和电源第二端，用于提供直流电压；第一晶体管，其具有第一晶体管第一端；第一晶体管第二端；第一晶体管第三端；第二晶体管，所述第二晶体管的属性与所述第一晶体管的属性相同，其具有第二晶体管第一端，连接至所述电源第一端，用于接收来自所述电源的电流；第二晶体管第二端，连接至所述电源第二端；第二晶体管第三端，与所述第一晶体管第三端连接，并且所述第二晶体管第一端和所述第二晶体管第二端中的任意一个连接；其中，当所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第二端连接时，所述第一晶体管第一端与所述第二晶体管第一端连接，所述第一晶体管第二端用于输出第一方向的电流；以及当所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第一端连接时，所述第一晶体管第二端与所述第二晶体管第二端连接，所述第一晶体管第一端用于输出第二方向的电流。
在上述恒流源电路中，电源第一端为正极，电源第二端为负极。第一方向的电流为正向电流，第二方向的电流为反向电流。
在上述恒流源电路中，所述第一晶体管和所述第二晶体管是同一型号、同一批次的PNP三极管；所述第一晶体管第一端和所述第二晶体管第一端为发射极，所述第一晶体管第二端和所述第二晶体管第二端为集电极，所述第一晶体管第三端和所述第二晶体管第三端为基极；以及所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第二端连接。
在上述恒流源电路中，所述第一晶体管和所述第二晶体管是同一型号、同一批次的NMOS场效应管；所述第一晶体管第一端和所述第二晶体管第一端为源极，所述第一晶体管第二端和所述第二晶体管第二端为漏极，所述第一晶体管第三端和所述第二晶体管第三端为栅极；以及所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第二端连接。
另外，在所述第一晶体管与所述电源之间接有第一电阻。所述第一电阻连接在所述第二晶体管第一端和所述电源第一端之间，所述第一电阻也可以连接在所述第二晶体管第二端和所述电源第二端之间。
另外，也可以在所述第二晶体管第一端和所述电源第一端之间连接第一电阻，在所述第二晶体管第二端和所述电源第二端之间连接有第二电阻，在所述第一晶体管和所述电源之间连接第三电阻。
在上述恒流源电路中，所述第一晶体管和所述第二晶体管是同一型号、同一批次的NPN三极管；所述第一晶体管第一端和所述第二晶体管第一端为集电极，所述第一晶体管第二端和所述第二晶体管第二端为发射极，所述第一晶体管第三端和所述第二晶体管第三端为基极；以及所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第一端连接。
在上述恒流源电路中，所述第一晶体管和所述第二晶体管是同一型号、同一批次的PMOS场效应管；所述第一晶体管第一端和所述第二晶体管第一端为漏极，所述第一晶体管第二端和所述第二晶体管第二端为源极，所述第一晶体管第三端和所述第二晶体管第三端为栅极；以及所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第一端连接。
在所述第一晶体管和所述第二晶体管是同一型号、同一批次的NPN三极管或同一批次的PMOS场效应管时，在所述第二晶体管与所述电源之间接有第一电阻，所述第一电阻连接在所述第二晶体管第一端和所述电源第一端之间，所述第一电阻也可以连接在所述第二晶体管第二端和所述电源第二端之间。
由于采用与恒流晶体管的批次相同、型号相同的晶体管对恒流晶体管的VBE(ON)进行补偿，根据本发明的恒流源电路的所实现的技术效果在于对恒流晶体管的参数离散性不敏感、输出一致性好、以及温补效果好。
通过参考附图，本发明的特征和优点将变的更加明显，其中图1示出了现有技术中的普通PNP三极管恒流源电路的电路图；
图2示出了现有技术中的温补PNP三极管恒流源电路的电路图；图3示出了现有技术中的运算放大器恒流源电路的电路图；图4示出了根据本发明的第一实施例的PNP三极管恒流源电路的电路图；图5示出了根据本发明的第二实施例的NMOS场效应管恒流源电路的电路图；图6示出了根据本发明的第三实施例的NPN三极管恒流源电路的电路图；图7示出了根据本发明的第四实施例的PMOS场效应管恒流源电路的电路图；图8a示出了采用如图1所示的普通PNP三极管恒流源电路的第一应用电路的电路图；图8b示出了图8a所示的第一应用电路的输出电流由于VBE(ON)随温度的改变而变化的曲线图；图9a示出了采用如图2所示的温补PNP三极管恒流源电路的第二应用电路的电路图；图9b示出了图9a所示的第二应用电路的输出电流受VBE(ON)1和VBE(ON)2的离散性的影响的曲线图；图10a示出了采用如图3所示的运算放大器恒流源电路的第三应用电路的电路图；
图10b示出了图10a所示的第三应用电路的输出电流受电阻精度影响的曲线图；图11a示出了采用如图4所示的根据本发明的第一实施例的PNP三极管恒流源电路的第四应用电路的电路图；以及图11b示出了图11a所示的第四应用电路输出电流受VBE(ON)的离散生的影响的曲线图。
具体实施例方式
现在参照附图对根据本发明的具体实施例进行说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
第一实施例图4示出了根据本发明的第一实施例的PNP三极管恒流源电路40的电路图。
在根据本发明的第一实施例的PNP三极管恒流源电路40中，第一PNP三极管402的发射极通过第一电阻404(Rc)连接至电源406的正极，电源406用于提供直流电压，其负极接地；第一PNP三极管402的集电极用于输出正向电流Iout，第一PNP三极管402的基极通过第二电阻408(R1)连接至第二PNP三极管410的集电极，第一PNP三极管402的基极还通过第三电阻412接地；第二PNP三极管410的基极与集电极连接在一起，第二PNP三极管410(R2)的发射极连接至电源406的正极。理论上讲，该恒流源电路中的电阻元件均可以去掉，用导线代替，只剩下电源406、第一PNP三极管402、以及第二PNP三极管410。
在本实施例中，第一PNP三级管402用作恒流元件，第二PNP三极管410用作温补元件。
从图中可以看出，和图2示出的现有技术中的温补PNP三极管恒流源电路20不同之处在于，将温补元件由图2中的NPN三极管216改变为与恒流元件比次相同、型号相同的第二PNP三极管410。
设电源电压为Vcc，第一PNP三极管402的基极和发射极之间的电压为VBE(ON)1，其发射极电压为Vref，其基极电压为Vb，第一电阻的阻值为Rc，第二电阻的阻值为R1，第三电阻的阻值为R2，第一NPN三极管402的集电极输出的电流为Iout，第二PNP三极管410的基极和发射极之间的电压为VBE(ON)2。
这样，Vb=R2R1+R2·(VCC-VBE(ON)2),]]>Vref=Vb+VBE(ON)1=R2R1+R2·VCC+(VBE(ON)1-R2R1+R2·VBE(ON)2),]]>所以Iout=VCC-VrefRC,]]>从而，实现恒流功能。
当VBE(ON)1=R2R1+R2·VBE(ON)2]]>时，Vref不随第一PNP三极管402的VBE(ON)1的变化而变化，从而实现温补功能。一般情况下，R2会比R1大一至两个数量级，所以VBE(ON)1约等于VBE(ON)2。由于在本实施例中采用了和第一PNP三极管402批次相同、型号相同的第二PNP三极管410作为温补元件，从而改善了由于PNP三极管的VBE(ON)参数的温漂和离散性对输出电流的影响，提高了大批量生产加工的一致性，在电路设计上保障了产品的可加工性。
第二实施例图5示出了根据本发明的第二实施例的NMOS场效应管恒流源电路50的电路图。
和图4示出的根据本发明的第一实施例的PNP三极管恒流源电路40相比，不同之处在于，将PNP三极管替换为NMOS场效应管。
在根据本发明的第二实施例的NMOS场效应管恒流源电路50中，第一NMOS场效应管502的源极连接至电源504的正极，第一NMOS场效应管502的栅极连接至第二NMOS场效应管506的栅极，第一NMOS场效应管502的漏极用于输出正向电流Iout，第二NMOS场效应管506的栅极与其漏极相连，同时通过第一电阻508接地。
其工作原理和根据本发明的第一实施例的PNP三极管恒流源电路40相同，不同的是VBE(ON)1和VBE(ON)2分别变成了VGS(ON)1和VGS(ON)2，不再赘述。
第三实施例图6示出了根据本发明的第三实施例的NPN三极管恒流源电路60的电路图。
和图4示出的根据本发明的第一实施例的PNP三极管恒流源电路40相比，不同之处在于，将PNP三极管替换为NPN三极管，电路也随之作了调整。
在根据本发明的第三实施例的NPN三极管恒流源电路60，第一NPN三极管602的基极与第二NPN三极管604的基极相连，第一NPN三极管602的发射极与第二NPN三极管604的发射极相连，同时接地或连接至第二电源608的负极，第二电源608的负极接地，第一NPN三极管602的集电极用于输出反向电流，第二NPN三极管604的集电极与其基极相连，并通过第一电阻610连接至第一电源612的正极，第一电源612的负极接地。
该电路的工作原理与上述实施例的原理相同，不再赘述。
第四实施例图7示出了根据本发明的第四实施例的PMOS场效应管恒流源电路70的电路图。
和图6示出的根据本发明的第三实施例的NPN三极管恒流源电路60相比，不同之处在于，将NPN三极管替换为PMOS场效应管。
在根据本发明的第四实施例的PMOS场效应管恒流源电路70中，第一PMOS场效应管702的栅极与第二PMOS场效应管704的栅极相连，第一PMOS场效应管702的源极与第二PMOS场效应管704的源极相连，同时接地或连接至第二电源708的负极，第二电源708的负极接地，第一PMOS场效应管702的漏极用于输出反向电流，第二PMOS场效应管704的漏极与其栅极相连，并通过第一电阻710连接至第一电源712的正极，第一电源712的负极接地。
该电路的工作原理与上述实施例的原理相同，不再赘述。
虽然在图5和图7中示出的场效应管为耗尽型场效应管，但是，应当理解，也可以采用增强型场效应管。
虽然在第一实施例至第四实施例中列举了具体的元器件以及它们之间的连接关系，但是，本领域技术人员应当理解，这些具体的元器件及它们之间的连接关系并不用于限定本发明。
试验对比下面，将结合图8a、8b、9a、9b、10a、10b、11a、11b来说明根据本发明的恒流源电路所实现的技术效果，简便起见，我们将图4示出的根据本发明的第一实施例的三极管恒流源电路40和图1至图3示出的现有技术恒流源电路进行对比，用试验数据说明根据本发明的恒流源电路所实现的技术效果。
第一试验图8a示出了采用如图1所示的普通PNP三极管恒流源电路的第一应用电路的电路图，图8b示出了图8a所示的第一应用电路的输出电流由于VBE(ON)随温度的改变而变化的曲线图。
在图8a示出的电路中，第一电阻104的阻值为5欧姆，第二电阻108的阻值为225欧姆，第三电阻110的阻值为1000欧姆，电源106的电压为7伏，PNP三极管102采用菲利浦公司出品的BC856B型三级管。另外，在电源106的正极和地之间接有第一电容116，其电容值为1000皮法(pF)，在PNP三极管102的集电极通过电感器118(感抗为56nH)经由电流计120连接至负载126的一端，负载126的另一端接地，在PNP三极管102的集电极和地之间也接有第二电容120，其电容值为100皮法。
在图8b示出的坐标系中，横轴表示负载126的大小，纵轴表示通过电流计120测得的输出电流Iout的大小。
从图8b可以看出，由于PNP三极管102的基极和发射极之间的电压VBE(ON)是随温度的变化而变化的，温度升高，VBE(ON)减小，所以Iout就增加，当VBE(ON)分别为0.78伏、0.79伏、以及0.8伏时，Iout的变化较大，恒流效果较差。
第二试验图9a示出了采用如图2所示的温补PNP三极管恒流源电路的第二应用电路的电路图，图9b示出了图9a所示的第二应用电路的输出电流受VBE(ON)1和VBE(ON)2的离散性的影响的曲线图。
在图9a示出的电路中，和图8a示出的第一应用电路相比，只是增加了一个温补元件216。元器件的参数如图所示，不再赘述。
在图9b示出的坐标系中，横轴表示负载的大小，纵轴表示通过电流计测得的输出电流Iout的大小。
由于元器件之间存在离散性，PNP三极管202和温补元件206的VBE1和VBE2都有一个初始误差，这个误差是随机正态分布的。当PNP三极管202和温补元件206的VBE1和VBE2向相反的方向偏差时，就会使Vref产生一定的误差，所以Iout就会有误差，从图9b中可以看出，当VBE1为0.78V、0.79V、或0.8V，VBE2为0.8V、0.79V、或0.78V时，输出电流Iout的变化很大，恒流效果较差。
第三试验图10a示出了采用如图3所示的运算放大器恒流源电路的第三应用电路的电路图；图10b示出了图10a所示的第三应用电路的输出电流受电阻精度影响的曲线图。
在图10a中示出了各个元器件的参数，以及各个元件之间的连接关系。从图10b可以看出，随着电阻R1的变化，输出电流Iout的变化很大，恒流效果较差。
第四试验为了说明根据本发明的恒流源的有益效果，下面将介绍对根据本发明的第一实施例的PNP三极管恒流源电路进行试验的情形，简便起见，不再说明对根据本发明的第二实施例、第三实施例、和第四实施例的恒流源电路的试验。
图11a示出了采用如图4所示的根据本发明的第一实施例的PNP三极管恒流源电路的第四应用电路的电路图；图11b示出了图11a所示的第四应用电路输出电流受VBE(ON)的离散性的影响的曲线图。
在图11a中示出了各个元器件的参数，本说明书的以上部分已经详细说明了该恒流电路的工作原理，因此不再赘述。
从图11b中可以看到，由于采用了与恒流晶体管的批次相同、属性相同的晶体管对恒流晶体管的VBE(ON)进行补偿，所以，当VBE分别为0.78V、0.79V、和0.8V时，输出电流Iout几乎没有受到影响，恒流效果很好。
通过将第一试验、第二试验、以及第三试验同第四试验比较，我们可以发现，在相同的情形下，根据本发明的恒流源电路取得了更好的恒流效果，对恒流晶体管的参数离散性不敏感，输出一致性好，温补效果好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种恒流源电路，其特征在于，包括电源，具有电源第一端和电源第二端，用于提供直流电压；第一晶体管，其具有第一晶体管第一端；第一晶体管第二端；第一晶体管第三端；第二晶体管，所述第二晶体管的型号与所述第一晶体管的型号相同，其具有第二晶体管第一端，连接至所述电源第一端，用于接收来自所述电源的电流；第二晶体管第二端，连接至所述电源第二端；第二晶体管第三端，与所述第一晶体管第三端连接，并且与所述第二晶体管第一端和所述第二晶体管第二端中的任意一个连接；其中，当所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第二端连接时，所述第一晶体管第一端与所述第二晶体管第一端连接，所述第一晶体管第二端用于输出第一方向的电流；以及当所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第一端连接时，所述第一晶体管第二端与所述第二晶体管第二端连接，所述第一晶体管第一端用于输出第二方向的电流。
2.根据权利要求1所述的恒流源电路，其特征在于所述电源第一端为正极，所述电源第二端为负极；以及所述第一方向的电流为正向电流，所述第二方向的电流为反向电流。
3.根据权利要求2所述的恒流源电路，其特征在于所述第一晶体管和所述第二晶体管是同一型号、同一批次的PNP三极管；所述第一晶体管第一端和所述第二晶体管第一端为发射极，所述第一晶体管第二端和所述第二晶体管第二端为集电极，所述第一晶体管第三端和所述第二晶体管第三端为基极；以及所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第二端连接。
4.根据权利要求2所述的恒流源电路，其特征在于所述第一晶体管和所述第二晶体管是同一型号、同一批次的NMOS场效应管；所述第一晶体管第一端和所述第二晶体管第一端为源极，所述第一晶体管第二端和所述第二晶体管第二端为漏极，所述第一晶体管第三端和所述第二晶体管第三端为栅极；以及所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第二端连接。
5.根据权利要求3或4所述的恒流源电路，其特征在于，在所述第二晶体管与所述电源之间接有第一电阻。
6.根据权利要求5所述的恒流源电路，其特征在于，所述第一电阻连接在所述第二晶体管第一端和所述电源第一端之间。
7.根据权利要求5所述的恒流源电路，其特征在于，所述第一电阻连接在所述第二晶体管第二端和所述电源第二端之间。
8.根据权利要求3或4所述的恒流源电路，其特征在于，在所述第二晶体管第一端和所述电源第一端之间连接有第一电阻，在所述第二晶体管第二端和所述电源第二端之间连接有第二电阻。
9.根据权利要求8所述的恒流源电路，其特征在于，在所述第一晶体管和所述电源之间连接有第三电阻。
10.根据权利要求2所述的恒流源电路，其特征在于所述第一晶体管和所述第二晶体管是同一型号、同一批次的NPN三极管；所述第一晶体管第一端和所述第二晶体管第一端为集电极，所述第一晶体管第二端和所述第二晶体管第二端为发射极，所述第一晶体管第三端和所述第二晶体管第三端为基极；以及所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第一端连接。
11.根据权利要求2所述的恒流源电路，其特征在于所述第一晶体管和所述第二晶体管是同一型号、同一批次的PMOS场效应管；所述第一晶体管第一端和所述第二晶体管第一端为漏极，所述第一晶体管第二端和所述第二晶体管第二端为源极，所述第一晶体管第三端和所述第二晶体管第三端为栅极；以及所述第二晶体管第三端与所述第二晶体管第一端连接。
12.根据权利要求10或11所述的恒流源电路，其特征在于，在所述第二晶体管与所述电源之间接有第一电阻。
13.根据权利要求12所述的恒流源电路，其特征在于，所述第一电阻连接在所述第二晶体管第一端和所述电源第一端之间。
14.根据权利要求12所述的恒流源电路，其特征在于，所述第一电阻连接在所述第二晶体管第二端和所述电源第二端之间。
全文摘要
本发明提供了一种恒流源，具有电源，用于提供直流电压；第一晶体管，其具有第一端、第二端和第三端，第一晶体管的第三端连接至第二晶体管的第三端；以及第二晶体管，第二晶体管的型号与第一晶体管的型号相同，其第一端连接至电源的第一端，其第二端连接至电源的第二端，其第三端与其第一端或第二端连接；当第二晶体管的第三端与其第二端连接时，第一晶体管的第一端与第二晶体管的第一端连接，第一晶体管的第二端用于输出第一方向的电流；当第二晶体管的第三端与其第一端连接时，第一晶体管的第一端用于输出第二方向的电流，第一晶体管的第二端与第二晶体管的第二端连接。对恒流晶体管的参数离散性不敏感、输出一致性好、且温补效果好。
文档编号G05F1/567GK1797260SQ200410010508
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月28日 优先权日2004年12月28日
发明者代郁峰 申请人:华为技术有限公司