恒压源及恒流源是使用广泛的两种电源。恒压源是一种允许负载电流大幅度变化，而端电压保持不变，或者说是电源内阻很小的电源。而恒流源是允许负载电阻大幅度变化，其端电压也随之变化，却保持流过负载的电流恒定不变，也可以说恒流源是一种内阻很大的电源。
图1（a）是恒流源符号，箭头表示电流方向。图1（b）是理想恒流源的伏安特性曲线，内阻R\(_{S}\)为无穷大。实际的恒流源内阻不可能为无穷大，因而特性曲线是倾斜的。图1（c）是大家熟悉的晶体管共射极输出特性曲线。假如参变量Ib固定，则U\(_{ce}\)作大幅度变化时，而与Ib对应的集电流I\(_{C}\)却变化很小，由于r=ce／c可见，共发射极晶体管的输出阻抗是一个很大数值。换句话说，工作在线性放大区的晶体管具有很大的动态电阻。这正是恒流源所应具有的特点，正因如此，晶体管是构成各种恒流源的核心器件之一。
恒流源也称电流源，实质上它是一种电压到电流的转换器。图2是一恒流源的实例，图中稳压管DW为晶体管提供稳定的偏置电压，使晶体管的注入基流I\(_{b}\)不变，这样可保持IL的恒定。由于I\(_{L}\)≈（UW－U\(_{be}\)）／Re，改变R\(_{e}\)的大小即可改变IL的恒定值。恒定输出电流I\(_{L}\)的大小与负载RL的大小无关，改变R\(_{L}\)的数值只会改变UC的大小，即改变U\(_{ce}\)的大小。而Uce变化时，在I\(_{b}\)不变的情况下，Ic是基本不变的，正是这种U\(_{C}\)的随动，从而保证了RL上电流I\(_{L}\)的恒定。完成电压到电流的转换。
图3是常见的用结型场效应管组成的恒流源。场效应管的漏极特性曲线与晶体管的输出特性曲线极为相似。其独到之处是，输入附抗高达10\(^{8}\)Ω，温度系数小，噪声小，属于压控器件。图3之所以称为恒流源，关键在于源极电阻R\(_{S}\)。因源漏电流流过RS，其压降可为栅极提供确定的自给偏压，故R\(_{S}\)又称自偏压电阻，只要RS不变，就可保持栅源负偏压数值不变，同时也保持了漏源电流的恒定。假如R\(_{L}\)改变，只会引起漏源间电位的改变，有如Uce改变一样，并不会引起I\(_{L}\)的改变。如IL因某种原因增大，将引起R\(_{S}\)上的压降增大，这时栅源负偏压会增大，根据漏极特性曲线，|UGS|增大，源漏电流I\(_{L}\)必然下降，从而维持了IL的稳定。显然这是一种电流负反馈的效果。图3是一种极为简单而稳流性能又较好的实用恒流源。在对晶体管恒流源的工作原理有所了解之后，下面谈谈集成运放中广泛使用的恒流源。
集成运放较之分立元、器件有它本身的特点。例如，恒流水准最低到20μA的水平，要求恒流源能在几伏到几十伏电源电压下正常工作，要求恒流源温度系数小，噪声小等等。图4是典型的镜象恒流源。图中T\(_{1}\)管的b、c短接，利用发射结正向压降取代图2中的稳压管DW。何为镜象恒流源，我们可结合图4分析一下。假设β1=β\(_{2}\)=β，Ube1=U\(_{be2}\)（这在集成电路制造工艺上是很容易实现的），则有IR=I\(_{c1}\)+2Ib＝I\(_{c1}\)＋2Ic1/β=I\(_{c1}\)（1+2/β）……（1）式，IR称参考电流，其大小可根据恒定数值预先确定。由于I\(_{b1}\)＝Ib2，β\(_{1}\)=β2，所以I\(_{L}\)=Ic1=I\(_{c2}\)（图中Ic2未标注）……（2）式，将（2）式代入（1）式，有I\(_{R}\)=IL（1＋2/β）……（3）式，它表明恒定输出电流I\(_{L}\)与IR有确定的关系。当β≥100时，有I\(_{R}\)≈IL，确是互为镜象，故称为镜象恒流源。图中I\(_{L}\)的稳定，取决于IR的稳定程度，而与负载R\(_{L}\)的大小无关。RL增大时，可使U\(_{C2}\)减小，反之RL减小，可使U\(_{C2}\)增大，维持了IL的恒定。
图4电路也有一定的问题，即要得到20μA水准的恒流源会遇到麻烦。由于I\(_{R}\)=（UCC－U\(_{be}\)）/R0≈U\(_{CC}\)/R0，则R\(_{0}\)=UCC/I\(_{R}\)=30V/20μA=1.5MΩ。如此大的电阻，在集成电路工艺中是不能制造的。采用图5电路可以圆满地解决这一问题。图中，在恒流源输出一侧增加了一只电阻Re，这时的恒流源参考电流I\(_{R}\)与恒定电流IL就不相等了，因此它已不再是镜象关系了。通过计算可知，当R\(_{e}\)为5.07kΩ时，R0为29.5kΩ（为集成工艺所接受），可得到20μA水准的恒流源。
图4恒流源存在一个明显的缺点，即它们互为镜象关系的精度对电流放大系数β值的依赖性很大，例如β值是5时，参考电流I\(_{R}\)与输出电流IL的误差高达40％。特别是当一个参考电流带几路恒流输出的情况下，多路基流引入的误差将会成倍地增加。因而对图4加以改进是必要的。
图6是改进型镜象恒流源电路。采用该电路可以减小I\(_{R}\)与IL的误差。图中，I\(_{R}\)=（UCC-2U\(_{be}\)）/R。IC1=I\(_{R}\)－Ib3=I\(_{R}\)－IC3／β……（1），I\(_{c3}\)=Ie3-I\(_{b3}\)= Ic1＋2I\(_{b}\)-Ib3=I\(_{c1}\)（1＋2／β）－Ib3……（2）将（1）式代入（2）式，有I\(_{c3}\)=（IR－I\(_{c3}\)/β）（1＋2/β）- Ic3/β……（3），将（3）式展开整理有I\(_{c3}\)＋2Ic3／β+ 2I\(_{c3}\)／β\(^{2}\)=IR（1＋2／β），进一步整理可得I\(_{c3}\)=IR（1＋2/β）／（1＋2/β+2/β2）=I\(_{R}\)（β＋2）/（β＋2＋2/β）。此时若令β=5代入公式，可得IC3=0.96I\(_{R}\)。这时输出电流IC3与参考电流仅有4％的误差。
图7是集成运放中常见的由PNP管组成的改进型恒流源。该电路的恒流原理与图6相同，所不同的是图7更多地用于放大级的有源集电极负载。由于它良好的恒流特性可以提供比单管更大的输出阻抗，使单管共射放大级的增益可达数千倍。
恒流源之所以能提供上百兆的输出阻抗，本质上还是由晶体管的电流传输特性所决定的。一个共基极单管放大器的输出阻抗r\(_{C}\)的表达式是其微变电压dUcb与微变电流dI\(_{C}\)之比，从电流传输特性讲，收集结电流IC受控于I\(_{b}\)，收集结电压Ucb的大幅度变动几乎与I\(_{c}\)无关，它仅引起漏电流ICS的变化，而I\(_{CS}\)比IC小5到6个数量级，影响甚微，所以r\(_{C}\)是很大的，通常在10～100MΩ数量级。
用运放组成恒流源
图8是用运放组成的恒流源，它也是大家所熟悉的反相比例放大器。图中，∑点通常称虚地点（有关应地点，以前已多次介绍过）。图中有I\(_{f}\)=IR1=U\(_{Z}\)／R1。如果R\(_{f}\)为负载，则负载电流If与R\(_{f}\)的大小无关。然If恒定，则可用图8中的R\(_{f}\)=U0/I\(_{f}\)关系测量电阻Rf的数值。例如，U\(_{Z}\)=1.5V，R1＝1.5kΩ，U\(_{0}\)=10V，则Rt=U\(_{0}\)／If=10V／1mA=10kΩ。再如，U\(_{0}\)=2V，则Rf=2V/1mA=2kΩ。由于电流I\(_{f}\)恒定不变，所以图8可用于线性刻度的欧姆表。
图9是一基本的恒流源。图中有I\(_{L}\)（RL＋R\(_{f}\)）=（UZ－I\(_{L}\)Rf\(_{od}\)，展开上式有IL（R\(_{f}\)＋RfA\(_{od}\)＋RL）= A\(_{od}\)UZ，I\(_{L}\)=AodU\(_{z}\)／Rf（1＋A\(_{od}\)）＋RL。由于运放的开环增益A\(_{od}\)很大，可以满足（1＋Aod）R\(_{f}\)》RL，上式可简化为I\(_{L}\)≈UZ/R\(_{f}\)，Rf是取样电阻。假如负载电阻R\(_{L}\)增大，使得IL减小，则R\(_{f}\)上的压降减小，运放的负端与同相端参考电压UZ的压差增大，U\(_{o}\)的增大使得IL恒定。
图10电路可以改善图9的频率特性和扩大恒流数值，二者恒流原理相同，可直接写出I\(_{L}\)=α·UZR\(_{f}\)，α是晶体管共基极电流放大系数。
图11是一种压控型恒流源，它不同于一般恒流源，其优点是运放不承受共模电压。它的同相端接地，两只稳压管为恒流源提供静态偏置，也同时决定了最大恒流输出数值。电路上下对称配置，配以调零电位器W，因此当U\(_{i}\)开路时，输出电压Uo＝0，I\(_{L}\)=0无恒流输出。两路负反馈信号的端电压即T1管射极电位与T\(_{2}\)管射极电位的电位差恒定不变。压控信号Ui的引入仅改变R\(_{3}\)及R＇3 上的电压，达到用电压控制恒流数值的目的。由于两路负反馈信号相位相反，可以设想在忽略T\(_{1}\)、T2管基流时，恒流输出I\(_{L}\)与IC1、I\(_{C2}\)的电流差相等，即IL＝I\(_{C1}\)-IC2。当I\(_{C1}\)或IC2中任一为零时，即可得到正向或负向最大恒流输出。(丁树凯)
