电路结构与工作原理
威尔逊电流镜由两个晶体管组成，通常是两个相同的晶体管，例如两个 NPN 型晶体管。其中一个晶体管用作电流源，另一个晶体管则用于复制输入电流。其基本工作原理如下：
- 输入电流进入电路的输入端，该电流流过一个晶体管的发射极。
- 第一个晶体管的基极和集电极短接，这种配置迫使晶体管工作在二极管连接模式，即它类似于一个二极管。
- 第一个晶体管的基极同时连接到第二个晶体管的基极。
- 第二个晶体管的发射极接地，它的集电极是电路的输出端，输出电流与输入电流成比例。
这种连接方式利用了晶体管的特性，即当两个晶体管具有相同的偏置条件时，它们的电流增益（β）和基极-发射极电压（Vbe）非常接近，从而使输出电流与输入电流非常接近。
优点
威尔逊电流镜相比于基本的电流镜，具有以下几个显著的优点：
- 更高的输出阻抗： 威尔逊电流镜的输出阻抗比简单的电流镜高得多，这有助于提高电路的电流稳定性。高输出阻抗意味着输出电流受负载变化的影响更小。
- 更好的电流精度： 由于反馈机制，威尔逊电流镜对晶体管参数的匹配度更敏感，从而可以提供更精确的电流复制。
- 更低的Early效应： 在某些设计中，威尔逊电流镜可以减小Early效应的影响，从而进一步提高电流精度。
应用
威尔逊电流镜在各种模拟集成电路设计中都有广泛的应用，包括：
- 运算放大器： 作为偏置电流源。
- 电流源和电流吸收器： 为其他电路提供稳定的电流。
- 数据转换器： 在数模转换器 (DAC) 和模数转换器 (ADC) 中。
- 有源负载： 用于放大器电路中以提高增益。
设计注意事项
在设计威尔逊电流镜时，需要考虑以下因素：
- 晶体管的选择： 晶体管的匹配度非常重要，应选择特性相近的晶体管，尤其是在温度和工艺变化下。
- 偏置电流： 偏置电流的合理选择，以确保晶体管工作在合适的区域，同时平衡功耗和性能。
- 电阻的选择： 适当的电阻值可以优化电路的性能，比如稳定性和精度。
- 工艺和温度变化： 电路性能会受到工艺和温度的影响，设计时应考虑这些因素，采取相应的补偿措施。
结论
威尔逊电流镜是一种重要的电流镜结构，它通过独特的电路连接方式，实现了高输出阻抗和高电流精度。它在模拟集成电路设计中扮演着关键角色，是构建各种功能电路的基石。理解其工作原理、优点和设计注意事项，有助于工程师更好地应用该电路，从而设计出更稳定、更精确的模拟电路。