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,。簡單的兩晶體管電流鏡主要是依靠兩個(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)1 kΩ電阻（阻值盡可能接近，或者測(cè)量到三位數(shù)字或更精確）
? 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1 kΩ,。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Scope Channel 2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1 kΩ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所示的簡化配置。
圖2.備選的簡單電流鏡測(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3 V峰峰值,，偏置設(shè)置為1.5 V。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1 kΩ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AWG 1（輸出W1）、頻率為40 Hz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 (5 V)和Vn (–5 V)。
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10 kHz頻率時(shí)的電流鏡波形,。
現(xiàn)在,，將W1的頻率更改為200 Hz，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200 Hz,、W2為40 Hz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。
圖7.帶基極電流補(bǔ)償?shù)碾娏麋R,。
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3 V峰峰值,，偏置設(shè)置為1.5 V,。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1 kΩ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40 Hz的三角波形進(jìn)行掃描。將正電源Vp (+5 V)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
圖9.如Scopy繪圖所示,，W2為10 kHz頻率時(shí)的電流鏡波形。
圖8.帶基極電流補(bǔ)償?shù)碾娏麋R的面包板連接,。
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3 V峰峰值,，偏置設(shè)置為1.5 V,。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1 kΩ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40 Hz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。
圖12.如Scopy繪圖所示,，W2為10 kHz頻率時(shí)的威爾遜電流鏡波形,。
圖11.威爾遜電流鏡的面包板連接。
維德拉電流鏡
如圖13所示,，將簡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,。
圖13.維德拉電流鏡。
圖14.維德拉電流鏡的面包板連接,。
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3 V峰峰值，偏置設(shè)置為1.5 V,。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1 kΩ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40 Hz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,。
圖15.如Scopy繪圖所示，W2為10 kHz頻率時(shí)的維德拉電流鏡波形,。
問題：
? 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？