电流镜
电流镜设计:基本两管 BJT 镜(β 误差)、Widlar 小电流源(解超越方程求 RE 与输出电流)、Wilson 镜,以及 MOSFET 镜(λ 沟道长度调制)。给出参考电阻、输出电阻(Early 效应)与输出电压范围。
电路原理图
输入参数
计算结果
点按结果可复制数值;支持输入 4.7k、100n、2u2 等工程写法
计算公式
基本镜:IOUT = IREF / (1 + 2/β),IREF = (VCC − VBE)/Rref
Early 效应:IOUT ≈ IOUT0·(1 + (VCE2 − VBE)/VA),ro = VA/IC
Widlar:VT·ln(IC1/IOUT) = IOUT·(1+1/β)·RE,Rout ≈ ro[1 + gm(RE∥rπ)]
Wilson:IOUT = IREF·(1 − 2/(β² + 2β + 2)),Rout ≈ β·ro/2,IREF = (VCC − 2VBE)/Rref
MOSFET:ID = ½k′(W/L)Vov²,IOUT/IREF = n·(1 + λVDS2)/(1 + λVGS),ro = 1/(λID)
原理与说明
电流镜利用两只匹配晶体管 VBE(或 VGS)相同则电流相同的原理,把参考支路的电流"复制"到输出支路,是模拟 IC 中偏置、有源负载和差分对尾电流的基本单元。
四种结构
- 基本镜:两管基极电流使输出偏小 2/β;输出电阻只有 ro,输出端电压变化会通过 Early 效应改变电流。
- Widlar:输出管发射极串 RE,两管 VBE 差 = IOUTRE,可用几 kΩ 电阻得到 µA 级电流(基本镜需要数百 kΩ),输出电阻也大大提高。RE 已知求 IOUT 是超越方程,本工具用牛顿迭代求解。
- Wilson:三管负反馈结构,β 误差降为 2/β² 量级,输出电阻约 βro/2。
- MOSFET 镜:无栅极电流,误差主要来自沟道长度调制 λ;镜像比由宽长比设定。
分立元件搭建时务必使用对管(同一封装内的双管)并保持热耦合。实时仿真中 BJT 模型没有 Early 效应、MOSFET 模型 λ = 0,因此仿真电流对应"不计 Early/λ"的计算值。