LM331中的电流镜

一、前言

  手边有很多之前留下的LM331多功能芯片，它内部带有很多部件，可以搭建多种功能性的电路，比如 V/F转换电路。其中带有电流镜下电源以及带隙基准电压源。下面对于其中这两款我不太熟悉的电路进行初步测试，比如他中间的镜像电流源，两路之间是否输出电流一致，在多大范围内这两路的电流会保持固定的比例。此外，对于输出的恒压源的稳定性又是如何呢？ 下面通过手边的万用表和电阻箱进行测量一下。

二、测试电流镜

  我很好奇，这里面的镜像电流源的比例关系，也就是这两路之间电流比值是维持在多少？ 改变 Rs电阻，可以改变参考电流的大小，使用QR10可编程电阻箱来设置参考电流。利用万用表的电流档测量 1管脚输出电流。设置管脚7 为高电平，管脚6 为低电平，确保电流镜电流从 1 管脚输出。

  在面包板上搭建测试电路。LM331的工作电压为5V，第七、第六管脚分别连接到电源和地线。使用电阻箱连接管脚2 到地线，通过万用表测量到输出电压为1.9V，这就是带隙参考电压。使用 DM3068电流档测量 1 管脚到 地线之间的电路。

  DM3068测量一管脚输出电流 为 191 微安，这是对应 1.9V作用在 10k 欧姆上的电流。

  通过Python编程，改变电阻箱QR10阻值，从 1k欧姆逐步增加到 100k欧姆，对应的电流从1.9mA 逐步减少到 19微安。测量管脚1的输出电流以及管脚2 的输出电压。首先，看到的是管脚2 的输出电压。

  可以看到，在Rs 为 1k欧姆的时候，管脚二的电压不再维持在 1.9V，变的比较低了。当Rs 超过 2k欧姆之后，输出电压变稳定在 1.9V。这是不同电阻下，管脚1，2 的电流。管脚1 的电流是数字万用表直接测量的结果，管脚二的电流是由电压除以负载电阻搜得到的。它们的测量曲线实际上是叠加在一起了。计算不同电流下，两者之间的比值，可以看到两者之间的比值在0.99 到 1 之间。说明它们之间是非常精密的匹配的。

  重新测量Rs从 1k欧姆变化到 10k欧姆 对应 管脚2 输出电压，当电阻超过 1.8k欧姆之后，输出变稳压在1.9V，通过输出电压的斜率，大体可以推算 1.9V稳压源的内阻 大约为 1欧姆。在中间部分，输出的 1.9V出现过微小的波动。具体原因不清楚。

  管脚1,2 之间的比值非常平稳，当输出电流小于 1mA之内，两者相差小于 0.05%，输出电流超过1mA之后，两者之间的比值出现了微小的波动。

三、电流镜恒流特性

  下面测量一下 管脚1 的恒流输出特性，利用电阻箱QR10作为 管脚1 的负载电阻，从 100欧姆，变化到 20k欧姆，管脚2 连接一个固定10k电阻到地线，这样，管脚1 的电压会随着电阻箱的变化而改变，这里测量了管脚1 输出电压与电流之间的关系，可以看到，在输出电压小于 3.5V之内，输出电流变化很小，如果使用一个线性曲线拟合这段变化，通过线性下降斜率可以知道对应的 电流源输出内阻大约为 5.34M 欧姆。

※ 总  结 ※

  本文对于手边的 LM331芯片中电流镜的特性进行了测量。在输出1mA 之内，管脚1,2 之间的电流比值非常接近于 1。管脚 1 输出电流基本上是恒流，在输出电压小于3V之内，输出电阻在 5.3M欧姆。这些特性使得该芯片在V/F电路中可以达到很高的性能。