本實(shí)驗(yàn)的目的是研究雙極性結(jié)型晶體管（BJT）電流源或電流鏡。電流源的重要特性包括：在寬順從電壓范圍保持高輸出阻抗、能抑制外部變化（如電源或溫度）的影響。

　　背景知識(shí)

　　電流鏡是一種電路模塊，通過復(fù)制輸出端子的電流來產(chǎn)生完全一樣的流入/流出輸入端子電流。簡(jiǎn)單的兩晶體管電流鏡主要是依靠?jī)蓚€(gè)大小相同，在相同溫度下具有相同的VBE的晶體管具有相同的漏極或集電極電流來實(shí)現(xiàn)的。電流鏡的一個(gè)重要特性是輸出阻抗相對(duì)較高，因此無論在何種負(fù)載條件下，輸出電流都可以保持恒定不變。電流鏡的另一個(gè)特性是輸入電阻相對(duì)較低，因此無論在何種驅(qū)動(dòng)條件下，輸入電流都可以保持恒定不變。復(fù)制的電流可以而且通常都是一個(gè)不斷變化的信號(hào)電流。電流鏡常用于在放大級(jí)中提供偏置電流和有源負(fù)載。

　　材料：

　　ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊

　　無焊面包板

　　跳線

　　兩個(gè)1kΩ電阻（阻值盡可能接近，或者測(cè)量到三位數(shù)字或更   ）

　　兩個(gè)小信號(hào)NPN晶體管（2N3904或SSM2212）

　　一個(gè)雙通道運(yùn)算放大器（例如ADTL082）

　　兩個(gè)4.7μF解耦電容

　　說明

　　可以重復(fù)使用共發(fā)射極BJT曲線量測(cè)儀實(shí)驗(yàn)中使用的基本配置來測(cè)量電流鏡特性。輸入電阻R1和輸出電阻R2現(xiàn)在都是1kΩ。一定要準(zhǔn)確測(cè)量（盡可能使用更多的有效位數(shù)）R1和R2的實(shí)際值，以確保準(zhǔn)確測(cè)量電流鏡的輸入和輸出電流。IIN等于W1處的AWG2輸出電壓除以R1的值。IOUT等于ScopeChannel2測(cè)量的電壓除以R2的值。二極管連接的晶體管Q1跨接在Q2的基極和發(fā)射極端子。

　　在電流鏡配置中，運(yùn)算放大器作為電流鏡輸入（基極）節(jié)點(diǎn)的虛擬地，將來自AWG2（W2）的電壓階躍轉(zhuǎn)化為通過1kΩ電阻的電流階躍。

　　圖1.電流鏡測(cè)試電路。

　　如果您不想使用運(yùn)算放大器配置，也可以使用圖2所示的簡(jiǎn)化配置。

　　圖2.備選的簡(jiǎn)單電流鏡測(cè)試電路。

　　圖3.電流鏡測(cè)試電路的面包板連接（帶運(yùn)算放大器）。

　　圖4.簡(jiǎn)單的電流鏡測(cè)試電路的面包板連接。

　　硬件設(shè)置

　　加載適用于信號(hào)發(fā)生器的W2通道的stairstep.csv文件，將幅度設(shè)置為3V峰峰值，偏置設(shè)置為1.5V。輸出器件Q2的VCE由示波器輸入1+和1-進(jìn)行差分測(cè)量。電流鏡輸出電流通過1kΩ電阻R2兩端的示波器輸入2+和2–測(cè)量。集電極電壓使用來自AWG1（輸出W1）、頻率為40Hz的三角波形進(jìn)行掃描。如果您要使用運(yùn)算放大器設(shè)置，請(qǐng)確保該器件已正確連接至電源Vp（5V）和Vn（–5V）。

　　程序步驟

　　配置示波器以捕獲多個(gè)周期的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。如果您要使用運(yùn)算放大器配置，確保已開啟電源。

　　使用Scopy工具提供的示波器或通過LTspice?仿真繪制這兩個(gè)波形。下圖提供了示例。

　　圖5.如Scopy繪圖所示，W2為10kHz頻率時(shí)的電流鏡波形。

　　現(xiàn)在，將W1的頻率更改為200Hz，然后繪制兩個(gè)波形。對(duì)相同電路使用LTspice仿真的示例如圖6所示。

　　圖6.如LTspice繪圖所示，W1為200Hz、W2為40Hz時(shí)的電流鏡波形。

　　帶基極電流補(bǔ)償?shù)碾娏麋R

　　如圖7所示，通過添加基極電流補(bǔ)償晶體管Q3來修改簡(jiǎn)單的電流鏡電路。使用發(fā)射極跟隨器緩沖器替代將Q1的集電極連接至基極。對(duì)簡(jiǎn)單電流鏡的這種改進(jìn)被稱為發(fā)射極跟隨器增強(qiáng)鏡。發(fā)射極跟隨器緩沖級(jí)（Q2）的電流增益可以大幅降低由Q1和Q2的有限基極電流引起的增益誤差。

　　硬件設(shè)置

　　加載適用于信號(hào)發(fā)生器的W2通道的stairstep.csv文件，將幅度設(shè)置為3V峰峰值，偏置設(shè)置為1.5V。輸出器件Q2的VCE由示波器輸入1+和1-進(jìn)行差分測(cè)量。電流鏡輸出電流通過1kΩ電阻R2兩端的示波器輸入2+和2–測(cè)量。集電極電壓使用來自AWG1（輸出W1）、頻率為40Hz的三角波形進(jìn)行掃描。將正電源Vp（+5V）連接至Q3晶體管的集電極。

　　程序步驟

　　配置示波器以捕獲多個(gè)周期的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。打開正電源。

　　使用Scopy工具提供的示波器或通過LTspice仿真繪制這兩個(gè)波形。示例如圖9所示

　　威爾遜電流鏡

　　威爾遜電流鏡或威爾遜電流源以喬治·威爾遜的名字命名，是一種改進(jìn)的電流鏡電路配置，旨在提供更恒定的電流源或電流吸收器。它提供更準(zhǔn)確的輸入-輸出電流增益。如圖10所示，將簡(jiǎn)單的電流鏡更改為威爾遜電流鏡。

　　圖10.威爾遜電流鏡。

　　硬件設(shè)置

　　加載適用于信號(hào)發(fā)生器的W2通道的stairstep.csv文件，將幅度設(shè)置為3V峰峰值，偏置設(shè)置為1.5V。輸出器件Q2的VCE由示波器輸入1+和1-進(jìn)行差分測(cè)量。電流鏡輸出電流通過1kΩ電阻R2兩端的示波器輸入2+和2–測(cè)量。集電極電壓使用來自AWG1（輸出W1）、頻率為40Hz的三角波形進(jìn)行掃描。

　　程序步驟

　　配置示波器以捕獲多個(gè)周期的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。

　　使用Scopy工具提供的示波器或通過LTspice仿真繪制這兩個(gè)波形。Scopy波形圖示例如圖12所示。

　　維德拉電流鏡

　　如圖13所示，將簡(jiǎn)單的電流鏡更改為維德拉電流鏡。維德拉電流源在基本的雙晶體管電流鏡的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，包含僅用于輸出晶體管的發(fā)射極負(fù)反饋電阻，使電流源僅使用中等電阻值就能產(chǎn)生低電流。維德拉電路可與雙極性晶體管或MOS晶體管一起使用。

　　硬件設(shè)置

　　加載適用于信號(hào)發(fā)生器的W2通道的stairstep.csv文件，將幅度設(shè)置為3V峰峰值，偏置設(shè)置為1.5V。輸出器件Q2的VCE由示波器輸入1+和1-進(jìn)行差分測(cè)量。電流鏡輸出電流通過1kΩ電阻R2兩端的示波器輸入2+和2–測(cè)量。集電極電壓使用來自AWG1（輸出W1）、頻率為40Hz的三角波形進(jìn)行掃描。

　　程序步驟

　　配置示波器以捕獲多個(gè)周期的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。

　　使用Scopy工具提供的示波器或通過LTspice仿真繪制這兩個(gè)波形。Scopy波形圖示例如圖15所示。

　　您能說出帶基極電流補(bǔ)償?shù)碾娏麋R電路的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)和一個(gè)缺點(diǎn)嗎？

　　您能說出威爾遜電流鏡的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)和一個(gè)缺點(diǎn)嗎？