概述 42 集成运放中的电流源电路

1、第四章集成运算放大电路,4.1 集成运算放大电路概述,4.2 集成运放中的电流源电路,4.3 集成运放电路简介,4.5 集成运放的种类及选择,4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路,4.6 集成运放的使用,1、理解通用型集成运放的四个组成部分及其作用。 2、掌握基本电流源电路的组成和工作原理。 3、了解集成运放的主要技术指标及其物理意义。 4、能根据需要合理选用集成运放电路。,本章重点和考点：,集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。

2、集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。,4.1 集成运算放大电路概述,4.1 集成运算放大电路概述,集成电路简称 IC (Integrated Circuit),集成电路按其功能分,数字集成电路,模拟集成电路,模拟集成电路类型,集成运算放大器、集成功率放大器、集成高频放大器、集成中频放大器、集成比较器、集成乘法器、集成稳压器、集成数/模或模/数转换器等。,集成电路的外形,(a)双列直插式,(b)圆壳式,(c)扁平式,4.1.1 集成运放的电路结构特点,一.相邻元件具有良好的对称性，故适用于构成差分放大电路和恒流源电路。

3、,二.集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。,三.在芯片上制作三极管比较方便，常常用晶体管（或场效应管）代替电阻（特别是大电阻）。,四.在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，电路通常采用直接耦合方式。,五.集成电路中的晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上差别较大。常采用复合管的形式以得到各方面性能俱佳的效果。,一、输入级,高性能差分放大电路，大大减少温漂。,二、中间级,采用有源负载的共射（或共源）放大电路，有较高的电压放大倍数。,三、输出级,互补输出电路，带负载能力强，非线性失真小。,四、偏置电路,电流源电路，为各级提供合适的静态工作点

4、。,4.1.2 集成运放电路的组成及其各部分的作用,实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。,4.1.3 集成运放的电压传输特性,图 4.1.2集成运放的符号和电压传输特性,uO=f ( uP uN ),集成运放的两个输入端分别为同相输入端uP和反相输入端uN。,电压传输特性,集成运放是一个双端输入、单端输出，具有高差模放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、能较好地抑制温度漂移的差分放大电路。,输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即,集成运放的工作区域,线性区域：,Aod为差模开环放大倍数,非线性区域：,输出电压只有两种可能的情况：,+UOM或UOM,UOM为输出电压的饱和

5、电压。,4.2 集成运放中的电流源电路,集成运放电路中的晶体管和场效应管除了作为放大管外，还构成电流源电路，为各级提供合适的静态电流； 或作为有源负载取代高阻值的电阻，从而增大放大电路的电压放大倍数。,一、镜像电流源 (电流镜 Current Mirror),基准电流,由于UBE0 = UBE1，且T0与T1参数基本相同，则,IB0 = IB1 = IB；IC0 = IC1 = IC,所以,当满足 2 时，则,4.2.1 基本电流源电路,根据晶体管发射结电压与 发射极电流的近似关系， 可得,由于T0与T1的特性完全相同， 所以,二、比例电流源,由图可得,UBE0 + IE0R0 = UBE1

6、+ IE1R1,整理可得：,在一定取值范围内，若对数项可忽略，则,可见，只要改变R0和R1的阻值，就可以改变IC1和IREF的比例关系。 式中基准电流,当2时，,所以,三、微电流源,在镜像电流源的基础上接入电阻 Re。,引入Re使 UBE1 UBE0，且 IC1 IC0 ，即在 Re 值不大的情况下，得到一个比较小的输出电流 IC1 。,利用比例电流源的基本关系,在已知Re的情况下，可以通过图解法或累试法解出IC1。,图 4.2.3微电流源,基准电流,得：,4.2.2 改进型电流源电路,问题：基本电流源电路在 很小时， IREF和 IC1相差很大。,为了减小基极电流的影响，提高输出电流与基准电

7、流的传输精度，稳定输出电流，可对基本电流源电路进行改进。,一、加射极输出器的电流源,图4.2.4 加射极输出器的电流源,由于增加了T2，使IC1更加接近IREF（如何证明）,IC1=IC0=IREFIB2 =IREFIE2/(+1),如10 IC1=0.982 IREF,增加电阻Re2目的是使IE2增大，从而提高T2的。,二、威尔逊电流源,T1管的ce串联在T2管的发射极，其作用与典型的静态工作点稳定电路中的Re相同。,A点的电流方程,当10时， IC2=0.984 IR,可见，在很小时，也可认为IC2= IR IC2受基极电流影响很小。,故,B点的电流方程,IC3IE3=IREFRe/Re3

8、,4.2.3 多路电流源,电路图,公式推导,IE ICIREFIB0,当较大时IC=IREF,由于各管的和UBE均相同，,IEReIREFRe=IE1Re1 =IE2Re2=IE3Re3,IC2IE2=IREFRe/Re2,IC1IE1=IREFRe/Re1,所以,图4.2.6 基于比例电流源的多路电流源,当基极电流一定时，集电极电流之比等于它们的集电区面积之比。,MOS管多路电流源,图4.2.8MOS管多路电流源,设沟道宽长比W/LS,漏极电流之比正比于沟道的宽长比。,图4.2.7多集电极管构成的多路电流源,多集电极管构成的多路电流源,例4.2.1 图4.2.9所示电路是型号为F007的通用

9、型集成运放的电流源部分。其中T10与T11为纵向NPN管； T12与T13是横向PNP管，它们的均为5；b-e间电压值均约为0.7V，试求出各管的集电极电流。,解：,0.73mA,IC1028A,0.52mA,图4.2.9 F007中的电流源电路,4.2.4 以电流源为有源负载的放大电路,在集成运放中，常用电流源电路取代Rc或Rd，这样在电源电压不变的情况下，既可获得合适的静态电流，对于交流信号，又可获得很大的等效Rc或Rd的。,晶体管和场效应管是有源元件，又可作为负载，故称为有源负载。,一、有源负载共射放大电路,2.静态分析,基准电流,空载时T1管的静态集电极电流,1.电路图,一、有源负载共射放大电路,3.动态分析,若RL(rce1/rce2)，则,二、有源负载差分放大电路,1.电路图,2.静态分析,二、有源负载差分放大电路,3.动态分析,iO = iC4iC2 = 2iC4,图4.2.11有源负载差分放大电路,当差模信号uI