电流源电路和差动(又称差分)放大电路.doc

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1、第3章电流源电路和差动（又称差分）放大电路内容提要：本章首先讨论常用在集成运放中的几种电流源的形式及其主要应用，然后讨论差动放大电路的工作原理及计算。本章重点：1．镜像电流源、比例电流源、微电流源、Io和IR的计算。2．典型差动放大电路的工作原理及计算。学习要求：1．掌握电流源电路结构及基本特性，主要包括基本镜像电流源、比例电流源、微电流源，会分析其镜像关系及其输出电阻。2．掌握差模信号、共模信号的定义与特点。3．掌握长尾型和恒流源共模负反馈两种射极耦合，差动放大器的电路结构、特点，会熟练计算电路的静态工作点，熟悉电路的4种连接方式及输入输出电压信号之间的相位关系。4.要求会熟练分析差动放大

2、器对差模小信号输入时的放大特性，共模抑制比。会画出微变等效电路，会计算AVd、Rid、Rod、KCMR。5．会运用晶体管工作在有源区时的大信号特性方程ic=Isexp(Vbe/Vt)分析研究差动放大器的差模传输特性。了解基本的差动放大器线性放大的输入动态范围和扩大线性输入动态范围的办法。6．定性了解差动放大器的各种非理想特性，如输入失调特性、共模输入电压范围等。图3.1.1三极管电流源电路3.1电流源电路3.1.1三极管电流源电流源是模拟集成电路中广泛使用的一种单元电路，如图3.1.1所示。对电流源的主要要求是：（1）能输出符合要求的直流电流Io。（2）交流电阻尽可能大。三极管射极偏置电路由

3、VCC、Rb1、Rb2和Re组成，当VCC、Rb1、Rb2、Re确定之后，基极电位VB固定（Ib一定），可以推知Ic基本恒定。从三极管的输出特性曲线可以看出：三极管工作在放大区时，Ic具有近似恒流的性质。当Ib一定时，三极管的直流电阻，VCEQ一般为几伏，所以RCE不大。交流电阻为，为几十千欧至几百千欧。3.1.2MOS单管电流源耗尽型MOS管组成单管电流源，如图3.1.2所示。由交流等效电路图3.1.3得：≈在分立元件电路中和某些模拟集成电路中，常用JFET接成的电流源。图3.1.2耗尽型MOS管电流源图3.1.3交流等效电路3.1.3基本镜像电流源基本镜像电流源电路如图3.1.4所示。T

4、1、T2参数完全相同（即β1=β2，ICEO1=ICEO2）。原理：因为VBE1=VBE2，所以IC1=IC2图3.1.4基本镜像电流源电路IREF——基准电流：推出，当β>>2时，IC2=IC1≈IREF≈优点：（1）IC2≈IREF，即IC2不仅由IREF确定，且总与IREF相等。（2）T1对T2具有温度补偿作用，IC2温度稳定性能好（设温度增大，使IC2增大，则IC1增大，而IREF一定，因此IB减少，所以IC2减少）。缺点：（1）IREF（即IC2）受电源变化的影响大，故要求电源十分稳定。（2）适用于较大工作电流（mA数量级）的场合。若要IC2下降，则R就必须增大，这在集成电路中因制

5、作大阻值电阻需要占用较大的硅片面积。（3）交流等效电阻Ro不够大，恒流特性不理想。（4）IC2与IREF的镜像精度决定于β。当β较小时，IC2与IREF的差别不能忽略。1.带有缓冲级的基本镜像电流源（改进电路一）图3.1.5是带有缓冲级的基本镜像电流源，它是针对基本镜像电流源缺点（4）进行的改进，两者不同之处在于它增加了三极管T3，其目的是减少三极管T1、三极管T2的IB对IR的分流作用，提高镜像精度，减少β值不够大带来的影响。图3.1.5基本镜像电流源此时镜像成立的条件为β1(β3+1)>>2，这条件比较容易满足。或者说，要保持同样的镜像精度，允许T的β值相对低些。2.比例电流源（改进电路

6、二）图3.1.6是带有发射极电阻的镜像电流源，它是针对基本镜像电流源缺点（3）进行的改进，其中Re1=Re2，两管输入仍有对称性，所以：≈图3.1.6镜像电流源及其等效电路求T2的输出电阻Ro：≈≈输出阻值较大，所以这种电流源具有很好的恒流特性。温度稳定性比基本的电流源好得多。若此电路Re1不等于Re2，则：VBE1+IE1Re1=VBE2+IE2Re2（式中，IE1即IR，IE2即Io）Io≈参数对称的两管在IC相差10倍以内时，

7、VBE1-VBE1

8、<60mV。所以，如果Io与IR接近，或IR较大，则ΔVBE可忽略。≈即只要合理选择两T射极电阻的比例，可得合适的Io、Ro。因此，此电流源

9、又称为比例电流源。3.1.4微电流源图3.1.7微电流源电路有些情况下，要求得到极其微小的输出电流IC2，这时可令比例电流源中的Re1=0，如图3.1.7即可以在Re2不大的情况下得到微电流IC2。原理：当IR一定时，Io可确定为：≈可见，利用两管基-射电压差ΔVBE可以控制Io。由于ΔVBE的数值小，用阻值不大的Re2即可得微小的工作电流——微电流源。微电流源特点：（1）T1，T2是对管，基极相连，当VCC