恒流源及差放

1、输入级输入级 集成放大电路的基本组成集成放大电路的基本组成中间级中间级 输出级输出级 偏置电路偏置电路差动放大电路差动放大电路基本放基本放大电路大电路功率放功率放大电路大电路恒流源恒流源模拟集成基本单元电路模拟集成基本单元电路 3.2.2 模拟模拟IC中的恒流源中的恒流源 （1）BJT的基本恒流原理的基本恒流原理 i不变不变,ro=Iro+u-iuiiCuCEI BQUCEQICEQiC基本不变基本不变i=iCro rce固定固定UBE恒流源的电路恒流源的电路 ECRb+uo-Rb2Rc+UBEQ -ECRI IR RT1T2E EC C 、R R和和T T11构成镜像恒流源的参考回路构成镜像

2、恒流源的参考回路 I IR R称为参考电流称为参考电流 (2) 镜像恒流源的电路结构镜像恒流源的电路结构 基本镜像恒流源基本镜像恒流源ro rce2 RERUEICBECR 1U UBE1BE1= = U UBE2BE2= = U UBEBE 若若1 1= =2 2= = I IB1B1= = I IB2B2= = I IB B 、I IC1C1= =I IC2C2= =I IC C BCRIII21 )221(/212 RRCIII当当11时，可得时，可得 REIICRC 2输出电流输出电流I IC2C2与参考电与参考电流流I IR R是镜像关系是镜像关系 相对误差相对误差 222 CCRI

3、II+UBEQ -接放大器接放大器 r oI IR RI IC2C2IB2IB12IBI IC1C1BCII22 )21(2 CIECRI IR RT1T2I IC2C2T3I IC3C3T4I IC4C4TnI IC(n+1)C(n+1)(n+1)IBIB2IB1IB3IB4IBn相对误差相对误差 )1( n2精密镜像恒流源精密镜像恒流源设设T1T3的参数相同的参数相同 1=2=3=1 UBE1=UBE2=UBE 31BCRIII 132ECII)221()1(2122 RRCIIIECRI IR RT1T2+UBEQ -T3I IC1C1IB3IE3 1222BCIIIC2IC1= IC2

4、 133EBIIIB2IB1232BEII 1222CCII 22BCII 相对误差相对误差 1222222CCRIII由于电路中接了共集电极管由于电路中接了共集电极管T T3 3，对分流电流对分流电流I IB3B3的放大作用，的放大作用，从而使误差减小了（从而使误差减小了（1+1+）倍倍，精度提高了精度提高了（1+1+）倍。倍。 ro rce2 r o)21(2 CIBCII22 BCRIII21 RUUEIBEBECR )221(/212 RRCIIIREIICRC 2相对误差相对误差 222 CCRIIIECRI IR RT1T23 高输出阻抗串接镜像恒流源高输出阻抗串接镜像恒流源 1=

5、2=3=41UBE1=UBE2=UBE3=UBE4=UBET3T4+UBEQ -+UBEQ -I IC1C1I IC2C2IB2IB1IB2IB12IBI IR R 22CBII b2e2c2rbe1rbe3rce4ioR ibrce2r be2b2c2e2e2ibrbe1rbe3rce4+uo-rooooiur )(2boii )/(24Rrrbece obececebooiRrrriiu)/()(2422 2ceroiR)/(31beberrRR )()/(2242RriRrribeobeceb oobececebeobeceooobececebooooiiRrrrRriRrriiiRrr

6、riiiur )/()()/()/()(2422242422 )()/(224RrRrrbebece 222)()1 (cebeceooorRrriur 4威尔逊（威尔逊（Wilson）恒流源（高输出阻抗精密恒流源）恒流源（高输出阻抗精密恒流源） RERUUEICBEBECR 12232ECII 设设TlT3完全匹配完全匹配 IR=IC1+IB2 = IC1+IC2 / ( UBE1= UBE3= UBE )IC3=IE2 -2IB2221CCEIII 22121CCRIII 222222221222CCCIII 22222 CCRIII相相对对误误差差221ceorr ECRI IR RI

7、IC2C2I IC1C1T1T2I IC2C2I IR RIB3I IC2C2T2T3+UBEQ -+UBEQ - IC1=IC3I IC3C3IB3IB12IB3I IE2E2=IE2 -2IC3 / 22 模拟集成电路中的模拟集成电路中的偏置电路，也可作偏置电路，也可作为放大电路的有源为放大电路的有源负载，又可组成基负载，又可组成基本的电流传输器本的电流传输器 ECRb+uo-Rc+UBEQ -ECRI IR RT1T2T3IC2r oECRI IR RT1T2ECRI IR RT1T2T3T4ECRI IR RI IC2C2I IC1C1T1T2I IC2C2I IC2C2T2T35比例

8、恒流源比例恒流源 UB1=UB2= UB 111RIUEBE 221212RUUIRRIBEBERC TBESEUUII11exp TBESEUUII22exp SCTBEIIUU11ln SCTBEIIUU22ln 22212lnCRTRCIIRUIRRI 22212201ceberRrRRr 其中，其中，R1=R /（R1+ rbe1） ECRI IR RT1T2接放大器接放大器 R1R2UB I IE1E1RI222RIUEBE I IE2E2I IC2C2I IR RI IE1E12CII IE2E2I IC2C2RCIRRI212 R1ECRI IR RT1T2接放大器接放大器 R2

9、UB I IE1E1I IE2E2I IC2C26微恒流源微恒流源 （Widlar恒流源）恒流源） 22212lnCRTRCIIRUIRRI R10 22ln2CRTCIIRUI 22212201cebeberRrrRr P100 恒流源主要特性对照表恒流源主要特性对照表 RCIRRI212 T1+ui-+uo-ECRI IR RT1T2接放大器接放大器 I IC2C2ECRI IR RT3T2I IC2C2IRrce2ECbeLcurRRA/ 2cecrR 电压增益大大提高电压增益大大提高T1+ui-+uo-ECRI IR RT3T2有有源源负负载载共共射射放放大大器器有 源 负有 源 负载

10、 放 大载 放 大器 从 电器 从 电流 源 分流 源 分析析提供大的集电极交流负载提供大的集电极交流负载提供稳定的直流电流，稳提供稳定的直流电流，稳定静态工作点定静态工作点+ui-EERI IR RT3T2R1R2T1ECRL+uo-ior oIRrce2-EE LebeLeuRRrRRA/)1(/)1( beLcerRr /)1( 有有源源负负载载射射极极跟跟随随器器2ceerR 1uAoiuu 作业：作业：P128P128 3.1 3.1P129P129 3.4 3.4 （1）它由两个完全对称的共射电路组合而成）它由两个完全对称的共射电路组合而成 （2）电路采用正负双电源供电）电路采用正

11、负双电源供电 长尾长尾 差动放大器差动放大器 1差动放大电路的特点差动放大电路的特点 在零输入的情况下在零输入的情况下uo1=uo2 ，uo =uo1- -uo2=0，实现了零输入、零输出实现了零输入、零输出 单端输入单端输入当温度当温度T时时RcRbRcRbRLECRem-EEui1ui2uouo1uo2uoIE1和和IE2IEE =（IE1+IE2）UEUBE=（UB- -UE）IE1、IE2Rem能稳定静态能稳定静态工作电流工作电流I IE E 双端输出双端输出Rbui1Rbui2RbRb双端输入双端输入RL+uo-RL+uo-单端输出单端输出差动放大器具有四种不同的工作状态差动放大器具

12、有四种不同的工作状态UERem 稳定越好稳定越好双端输入，双端输出双端输入，双端输出双端输入，单端输出双端输入，单端输出单端输入，双端输出单端输入，双端输出单端输入，单端输出单端输入，单端输出IE1IE2IEE当当ui1与与ui2大小相同但极性相反时，即大小相同但极性相反时，即ui1= - -ui2时，称为差模信时，称为差模信号。记做号。记做uid 当双端输入时当双端输入时 当当ui1与与ui2大小和极性都相同时，称为共模信号，记做大小和极性都相同时，称为共模信号，记做uic ，即即ui1=ui2=uic 。2差模信号与共模信号差模信号与共模信号 RcRcRLECRem-EEui1RbRbui

13、2uouo1uo2UEuicRcRcRLECRem-EEui1RbRbui2uouo1uo2UEui1RbRbui2uididu21idu21 Cduuu000121 Cduuu000221 对输出端来说，如果单端输出的信号分别为对输出端来说，如果单端输出的信号分别为uo1和和 uo2 共模信号：共模信号： 2121iiiCuuu 差模信号：差模信号：uid=ui1 ui2 iCidiiCidiuuuuuu212121 ddddduuuuuuu020010020102121 0201021uuuC IC1= IC2= IC ，IE1= IE2= IE ，IB1= IB2= IB emEemEE

14、EERIRIU 12emERI21 EEEEEIIII2121 RcRcRLECRem-EEui1RbRbui2uouo1uo2UE3静态工作点的估算静态工作点的估算 ui1 = ui2 =0 电路和元件值的对称性电路和元件值的对称性 IBRb+UBE +2Re m （1） IB=EE 在工程中，一般由于在工程中，一般由于Rb较小，较小，IB更小，在忽略更小，在忽略Rb上的静态电上的静态电压时压时 UCE1=UCE2=UC- -UEIB1IB2IE1IE2IC1IC2IEEIB1RcECIC1Rb-EE2RememR2IE1发射结回路的方程发射结回路的方程 IBRb+UBE +2Re m IE

15、 =EE bemBEEBRRUEI )1(2 emEBREI2 BCII UCE1emEemERERE22 =EC- -ICRc- -(- -07V) =EC- - ICRc+07V UE- -07VUC =EC - -ICRc- -IC1(Rc+2Rem) ) 非电压偏置电非电压偏置电路分析步骤路分析步骤 ？UCE1=UCE2EC(-(-EEE) ) IC1 IC2RcRcRLECRem-EEui1RbRbui2uouo1uo2T2T1URem URem 当温度当温度T时时IE1和和IE2恒流源偏置的差动放大器恒流源偏置的差动放大器 IEE =（IE1+IE2）UEUBE=（UB- -UE）

16、IB1、IB2IE1、IE2能稳定静态工作电流能稳定静态工作电流I IE E IB1IB2IE1IE2IE1IE2IEE但但Rem Rem ，零点漂移，零点漂移电路电路性能越好性能越好 Au IC1IC2Q饱和区饱和区截止区截止区iCuBEQ在集成电路中在集成电路中Rem的增加还受限的增加还受限于集成工艺和于集成工艺和EE的取值。的取值。r o代替代替R em Iro-EE-EERI IR RT4T3R4R3采用比例电流镜作为射极采用比例电流镜作为射极偏置的恒流源差动放大器偏置的恒流源差动放大器 恒流源偏置的差动放恒流源偏置的差动放大器的静态工作电流大器的静态工作电流应该以偏置恒流源入应该以偏

17、置恒流源入手去求解手去求解 I IR RI IE4E44ERII UCEUBE4RRUEIBEER IC3RCIRRI343 IC1IC2RCCQIRRII3432121 r o3334433)/(1 (cebebeemrRrrRRRR 希望：能稳定静希望：能稳定静态工作点，态工作点，交流交流等效电阻很大，等效电阻很大，直流压降不太大直流压降不太大的器件代替的器件代替Rem idu21 idu21ECRcRcRLRem-EEuouo1uo2UERbRbuid5差放的性能指标差放的性能指标 （1）差模电压增益）差模电压增益Aud 当输入差模信号当输入差模信号uid时，输出电压称为差模输出电压时，

18、输出电压称为差模输出电压uod idoduduuA Aud又可分为双端输出又可分为双端输出Aud (双双)或单端输出或单端输出Aud (单单) icocucuuA RLuodRLR id（2）差模输入电阻）差模输入电阻Rid idididiuR （3）共模电压增益）共模电压增益Auc 信号差模输入时，由两输入信号差模输入时，由两输入端之间视入的输入电阻即端之间视入的输入电阻即Rid 当输入共模信号当输入共模信号uic时，时，输出电压称为共模输出输出电压称为共模输出电压电压uoc，则共模电压增则共模电压增益为益为 icocucuuA （4）共模输入电阻）共模输入电阻Ric iciciciuR R

19、ic其实就是将差放两输入端口并联后视入的输入电阻其实就是将差放两输入端口并联后视入的输入电阻 （5）共模抑制比）共模抑制比KCMR ucudCMRAAK KCMR越大，差放放大差越大，差放放大差模信号和抑制共模信号模信号和抑制共模信号的能力就越强的能力就越强 R icRcRcRLRem-EEuicRbRbuouo1uo2UE 差动放大器的大信号传输特性差动放大器的大信号传输特性 IEEuid1/2IEEiC24UT2UTiCiC1RcRcRLECui1RbRbui2uouo1uo2T2T1I-EE1/2IEEro=Rem大信号差模传输特性曲线大信号差模传输特性曲线（1）当静态时，）当静态时，u

20、i1=ui2=0，即即uid=0 EECCCCIIIii212121 IC1IC2IEERbui2ui1RbEECCIii 21iC1iC2iE1iE2uo1= -uo2RcRcRLECui1RbRbui2uouo1uo2T2T1IEE-EEro=Rem333 差动放大器的微变等效分析差动放大器的微变等效分析 ie11 低频单纯差模特性低频单纯差模特性 idu21idu21 （1）差模电压增益）差模电压增益 双端输入、双端输出差模电压增益双端输入、双端输出差模电压增益 2121iiooidoduduuuuuuA 1111122uioioAuuuu uo1uo2ie2差模输入发差模输入发射极对称

21、中射极对称中心交流接地心交流接地 LR21LR21负载中心交流负载中心交流接地接地bceRc+ui1-RbLR21uo1R b+ui1- ibr bebceeibioRcic+uo-LR21LcoRiu 111iouduuA LcLRRR21/ bebbirRiu 1LbRi bebbrRi bebLudrRRA LcLRRR21/ RcRcRLECui1RbRbui2uouo1uo2T2T1IEE-EEro=RemLR21LR21ReReebebLioudRrRRuuA)1(11 bebLioudrRRuuA 11eR)1 ( 单端输出的差模电压增益单端输出的差模电压增益 21111iioi

22、douduuuuuA udioioAuuuu212121111 bebLioudrRRuuA 11LcLRRR/ bebLudrRRA 211RcRcRLECui1RbRbui2uouo1uo2T2T1IEE-EEro=RemRLuo1bebLudrRRA 211RLuo2（2）差模输入电阻）差模输入电阻Rid （3）差模输出电阻）差模输出电阻Rod )( 2bebidididrRiuR ebebidRrRR)1(2 双端输出时双端输出时 CodRR2 bceRc+ui1-LR21uo1T1bceT2Rb+ui2-RbRcLR21uo2RcRcui1RbRbui2uo1uo2T2T1LR21L

23、R21R idR odR eR eR eR e LiRuoododiuR0CodRR R od单端输出时单端输出时 RcRcRLECRem-EEui1RbRbui2uouo1uo2UE2 低频单纯共模特性低频单纯共模特性 uo1 =uo2（1）共模增益）共模增益 双端输出共模电压增益双端输出共模电压增益 icocucuuA uoc=uo1- -uo2 =00 icocucuuA单端输出共模电压增益单端输出共模电压增益 uo1= uo2 ）（或或icoicoucuuuuA211 embebcRrRR21）（ Rem共模电压增益共模电压增益uicuo1uo2ie2ie1iee= =2ie12Rem

24、2Remuicuicuo1uo2差动放大器的性能差动放大器的性能越好越好 A u c 1 Rc 021 emcucRRA当共模抑制比较高时，单当共模抑制比较高时，单端输入与差模输入端输入与差模输入(浮地浮地双 端 输 入双 端 输 入 ) 产 生 的 输 出产 生 的 输 出（不论是双端还是单端输（不论是双端还是单端输出）几乎相同出）几乎相同 RLuo1RLuo20 emcbebLucuducudCMRRRrRRAAAAK22121111(单单） uioidoudAuuuuA 11bebLudrRRA 211bebLudrRRA 211LcLRRR/ uid= ui1- ui2= ui1- 0

25、 = ui1单单端端输输入入双端输出时双端输出时双双端端输输入入差差模模输输入入共共模模输输入入单端输出时单端输出时bebLioudrRRuuA 11ebebLioudRrRRuuA)1(11 bebLudrRRA 211bebLudrRRA 211LcLRRR21/ LcLRRR/ 0 icocucuuAemcucRRA21 电压增益电压增益 embebicRrRR2)1(21 )( 2bebidididrRiuR CodRR2 单端输出单端输出CodRR 单单端端输输入入输出电阻输出电阻Rod 双端输出双端输出输入电阻输入电阻Rid 双双端端输输入入差差模模输输入入共共模模输输入入IC1=

26、 IC2= IC ，IE1= IE2= IE ，IB1= IB2= IB emEemEEEERIRIU 12emERI21 EEEEEIIII2121 RcRcRLECRem-EEui1RbRbui2uouo1uo2UE3静态工作点的估算静态工作点的估算 ui1 = ui2 =0 电路和元件值的对称性电路和元件值的对称性 IBRb+UBE +2Re m （1） IB=EE 在工程中，一般由于在工程中，一般由于Rb较小，较小，IB更小，在忽略更小，在忽略Rb上的静态电上的静态电压时压时 UCE1=UCE2=UC- -UEIB1IB2IE1IE2IC1IC2IEEIB1RcECIC1Rb-EE2RememR2IE1发射结回路的方程发射结回路的方程 IBRb+UBE +2Re m IE =EE bemBEEBRRUEI )1(2 emEBREI2 BCII UCE1emEemERERE22 =EC- -ICRc- -(- -07V) =EC- - ICRc+07V UE- -07VUC =EC - -ICRc- -IC1(Rc+2Rem) ) 非电压偏置电非电压偏置电路分析步骤路分析步骤 ？UCE1=UCE2EC(-(-EEE) )RcRcECRem-EEuoUEIEE例例33 差动放大器如图差动放大器如图32