电流镜

article/2025/8/4 17:56:40

电流镜是模拟集成电路中普遍存在的一种标准部件，它也出现在一些数字电路中。在传统的电压模式运算放大器设计中，电流镜用来产生偏置电流和作为有源负载。在新型电流模式模拟集成电路设计中，电流镜除了用来产生偏置电流外，还被广泛用来实现电流信号的复制或倍乘，极性互补的电流镜还可以实现差动一单端电流信号的变换。电流镜不仅是设计集成电路的基本单元电路，而且它本身就是一种典型的电流模式电路，在一些电流模式系统（例如高频连续时间滤波器、人工神经网络）中得到直接应用。

电流镜是电流控制电流源，下图是其示意图。其中IR是由外部给定的基准电流，而Io是它的镜输出电流，n可以大于1、小于1或等于1。电流镜可以有多路输出电流。人们对电流镜所关心的问题是其输出电阻、Io对IR的跟随精度以及它对电源电压和温度的灵敏性等。

电流镜是电流控制电流源，下图是其示意图。其中IR是由外部给定的基准电流，而Io是它的镜输出电流，n可以大于1、小于1或等于1。电流镜可以有多路输出电流。人们对电流镜所关心的问题是其输出电阻、Io对IR的跟随精度以及它对电源电压和温度的灵敏性等。

静态电流镜

简单电流镜是一种三端器件，下图所示是它的示意图。图中的N1是输入节点，它是能接受一种极性电流I1的输入端；N2是输出节点，它是能提供输出电流I2的输出端，I2是I1的复制（拷贝），即I2与I1流向相同，数值相等，也可以说I2跟随I1；N0是公共节点，这个节点中的电流是I1与I2之和。

实用电流镜应该具有下列三点基本性能。

①输出支路的电流I 2应基本与节点N 2的电压V 2无关，V 2允许被偏置到与公共节点N 0相差几百毫伏到几伏的任何电位，即N 2节点的增量输出电阻或称交流小信号输出电阻r 0（更通用应为交流输出阻抗Z o）应该很高，理想时为无穷大。

②输入节点N 1的直流电压V 1应当很小，通常比公共节点N 0相差几百毫伏，而且电压V 1基本上与输入电流I 1的增量变化无关，即小信号交流输人电阻r i（更通用为交流输人阻抗Z i）应相当低，理想时为零。

③电流传输比M=I 2/I 1应该尽可能接近于1，而且在很多十倍程变化范围内与电流的幅值无关，即理想电流镜是线性元件。在信号传输通路的应用中，理想电流镜电流传输比M的幅频响应和相频响应应该与信号的频率无关。

MOS管基本电流镜

由两个N沟增强型MOS管组成的基本电流镜如下图所示。M1与M2两管的衬底与源短接，所以不存在体效应（对于NMOS器件，当其源端电位高于NMOS管的体（P衬底或地）电位时，阈值电压会增加。这一变化称为体效应。）。M1作输入管，其栅、漏极短接，VDS1=VGS1>VGSt-VT1，所以T1总是工作在饱和区，而且由于栅、漏短接，其交流输人电阻也较低。T2作输出管，只要VDS2>VDS1-VT2，T2也工作在饱和区，漏极的交流输出电阻很高，这是下图所示电路作为电流镜的必要条件。