核心内容摘要
PWN手的成长之路--int_overflow
电流镜电路基础与LTSpice仿真准备电流镜是模拟电路设计中最重要的基础模块之一它的核心功能是复制电流——通过一个参考支路控制另一个或多个输出支路的电流。
在实际项目中我经常用电流镜为运放提供偏置电流或者作为有源负载使用。
用LTSpice仿真电流镜时建议先从最简单的双晶体管结构入手。
搭建仿真环境时我习惯先创建新原理图CtrlN然后按快捷键P调出元件库。
对于BJT电流镜搜索npn调出通用NPN管比如2N3904再按R放置电阻。
这里有个实用技巧按住Ctrl键拖动元件可以快速复制这对需要对称布局的电流镜特别有用。
提示LTSpice默认不显示网格建议在原理图界面右键选择View-Grid Visible开启方便元件对齐。
三极管集电极电压差异导致的电流误差分析上周调试一个传感器电路时就遇到了电流镜输出不准的问题。
仿真中明明两个BC547三极管的β值设置相同但输出电流总是比参考电流大
%。
通过LTSpice的DC扫描功能.dc命令我发现了问题根源——集电极电压差异。
具体操作步骤搭建基本电流镜电路左侧V15V右侧V2设为变量在SPICE指令框输入.dc V2
5 10
1添加电流探针测量I(RL
和I(RL
仿真结果显示当右侧集电极电压从1V升到5V时输出电流增大了
3%。
这是因为Early效应导致——集电结反向偏压增大时有效基区宽度减小电流增益略微增加。
在LTSpice中查看模型参数右键晶体管-Pick New Transistor可以看到VAF正向Early电压默认值是100V这个值越大Early效应越弱。
电流镜性能优化五大策略
1 增加发射极电阻在三级管的发射极串联小电阻通常
Ω能显著改善匹配度。
我做过对比测试无电阻时电流偏差
2%加100Ω电阻后
8%加200Ω电阻后
9%电阻引入的负反馈作用补偿了Vbe差异。
在LTSpice中可以用.step param Rval list 0 100 200快速对比不同阻值效果。
2 采用Cascode结构Cascode电流镜通过增加共基极晶体管将输出管Vce固定实测可将误差降至
5%以内。
关键点上方晶体管Q3的基极需要偏置在Vbe2Vce(sat)≈
1V建议用.op命令检查各管工作点是否正常注意输出电压范围会减小Vce(sat)
3 威尔逊电流镜改进威尔逊结构通过正反馈提升输出阻抗特别适合高精度场合。
但要注意频响会降低用.ac分析可见-3dB带宽减小最小工作电压增加建议在输出端加10pF补偿电容防振荡
进阶技巧与实战案例最近用LTSpice优化了一个温度传感器电路中的100μA电流源分享具体步骤基准部分用BAT54二极管接法产生PTAT电压V1 1 0 5 D1 1 2 BAT54 R1 2 0 10k电流镜部分采用带发射极电阻的改进结构Q1 3 2 0 BC847B Q2 4 2 0 BC847B Re1 3 5 100 Re2 4 6 100 Rout 6 0 1k用.temp 0 25 50进行温度扫描结果显示在-40℃~85℃范围内电流变化
2%特别要注意的是LTSpice中的模型参数会显著影响结果。
建议从厂商官网下载最新模型比如NXP提供的BC847B模型就比默认模型更准确。