第06章 集成电路运算放大器 36页

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差分式放大器
集成电路运算放大器中的电流源 集成电路运算放大器中的电流源
电 流 源 概 述
一、电流源电路的特点：这是输出电流恒定的电路。 它具有很高的输出电阻。 1、BJT、FET工作在放大状态时，其输出电流都是具有 恒流特性的受控电流源；由它们都可构成电流源电路。 2、在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 等 镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源
3、电流源电路一般都加有电流负反馈， 4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性，对电流 源电路进行温度补偿，以减小温度对电流的影响。
电 流 源 概 述
二、电流源电路的用途： 1、给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏 置电流，以获得极其稳定的Q点。 2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、 增大动态范围。 3、由电流源给电容充电，可获得随时间线性 增长的电压输出。 4、电流源还可单独制成稳流电源使用。
集成电路电流源
一、镜象电流源
匹配， 三极管T1 、T2 匹配， β1 = β 2 = β VBE1 = VBE 2 = VBE , 则
IR = IC1 + 2 IB = IC2 + 2 IB 2 = I C 2 (1 + )
β
V CC ? V BE 且 IR = ， 当 β >> 2 时 , R I C 2 = I R ， I C2 和 I R 是 镜 象 关 系 。 其中：基准电流
镜象电流源
IR
是稳定的，故输出电流 I C 2 也是稳定的。
二、精密镜象电流源
精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其 镜象精度提高了β 倍。
电路中增加了T3 管，
∵ I C 2 = I C 1 = I REF ? I B 3 = I REF ? 2 I B (1 + β3 )
IB3 比镜象电流源的2IB小 β3倍。因此IC2和IREF之间的 镜象精度提高了 (1 + β3 ) 倍。
精密电流源
三、微电流源 微电流源
微电流源电路,接入Re2电阻得到一个比基准电流 小许多倍的微电流源，适用微功耗的集成电路和集成 放大器的前置级中。 ∵VBE1 ? VBE 2 = ?VBE = I E 2 Re 2 ?VBE ∴ IC 2 ≈ I E 2 = Re 2
IC2 远小于IREF , I
REF
≈ V CC
R。
当R取 几k? 时， IREF 为mA量级， 而IC2可降至μA量级的微电流源。且
IC2 的稳定性也比IREF 的稳定性好。
微电流源
四、比例式电流源
在镜象电流源电路的基础上，增加两个发射极电 阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系， 即可构成比例电流源。 因两三极管基极对地电位 相等，于是有
V BE1 +
I E1 R e1 = V BE2 + I E2 R e2 因 V ≈ V BE2 BE1 I E1 R e1 ≈ I E2 Re2 I E2 R e1 ≈ I E1 R e2
比例式电流源
五、多路电流源
通过一个基准电流源 稳定多个三极管的工作点 电流，即可构成多路电流 源。图

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中一个基准电流 IREF可获得多个恒定电流 IC2、IC3…。
多路电流源
差分放大电路
电路完全对称的理想情况：
vo = AVD (vi1 ? vi 2 )
差模电压增益
vi1 vi2
线性放 大电路
vo
差模信号 vid
放大两个输入信号之差
1 共模信号 vic = (vi1 + vi 2 ) 2
差模信号：是指在两个输入端加 幅度相等，极性相反的信号。 共模信号 ：是指在两个输入端加 幅度相等，极性相同的信号。 差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。 差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。
差分放大电路的组成
差分放大电路是由两个特性基本相同的三极管组成，电路 参数对称相等。 差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。 静态分析 当输入信号为零时，即 vi1 = vi 2 = 0时，
由于电路完全对称。 这时，iC1 = iC 2 = I C = I 0 / 2 VCE = VCC ? I C RC + VBE vo = vC1 ? vC 2 = 0
动态分析 当在电路两个输入端各加一个大小相等，极性相反的信号电压， 即vi1 = ?vi 2 = vid / 2时， 一管电流增加，另一管电流减小，所以 vo = vC1 ? vC 2 ≠ 0 即在两个输出端有信号电压输出。
抑制零点漂移的原理
零点漂移 ——当放大电路的输入端短路时，输出端还有电 压输出。 在差分电路中，温度的变化，电 源电压的波动都会引起两管集电极 电流、集电极电压的变化，其效果 相当与在两个输入端加入了共模信 号，由于电路对称，在理想的情况 下，输出电压不变，从而抑制了零 点漂移。
零点漂移——动画 动画6-1 零点漂移 动画
零点漂移——动画 动画6-2 零点漂移 动画
差模电压增益
双端输入、双端输出
差分放大电路有两个输出端—集电极 C1和集电极C2。 若信号从C1 和C2输出，则称为双端 输出，反之，若信号仅从集电极 C1或 C2 对地输出，则称为单端输出。
加负载电阻R 加负载电阻 L
vo vo1 ? vo 2 2vo1 β RC AVD = = = =? vid vi1 ? vi 2 vid rbe 双端输入、单端输出 β RC 1 AVD1 = AVD = ? 2 2rbe AVD = ? ′ β RL rbe
RL ′ 式中：RL = RC // 2
共模电压增益 共模电压增益 Avc
（1）双端输出时：
Avc = (voc1 ? voc 2 )
v
ic
≈0
共模电压增益越小， 放大电路的性能越好。 （2）单端输出时：
=v A v
vc1 oc1 ic
β RC =? ≈ ? RC r be + (1 +
β )2ro 2ro
Avc1越小，抑制共模信号的能力越强。
(2)差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入， 不论是单端输入还是双端输入，差模输 入电阻R 是基本放大电路的两倍。 入电阻 id是基本放大电路的两倍。
Rid = 2(Rs + rbe )
(3)输出电阻
输

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出电阻在 R 单端输出时， 单端输出时， o = Rc Ro 双端输出时， 双端输出时， = 2Rc
共模抑制比
共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。
K CMR
K CMR
Avd = Avc
Avd (dB) = 20 lg Avc
（1）双端输出时KCMR为无穷大
K
K
CMR
=
A A
vd
vc
→∞
（2）单端输出时共模抑制比 β ro
CMR
=
A A
vd 1
vc1
≈
rbe
恒流源差分放大电路
加大后， 为了提高共模抑制比应加大Re 。但Re加大后， 为保证工作点不变，必须提高负电源， 为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济 可用恒流源T 来代替R 的。可用恒流源 3来代替 e 。 恒流源动态电阻大， 恒流源动态电阻大，可提高 共模抑制比。同时恒流源的 共模抑制比。 管压降只有几伏， 管压降只有几伏，可不必提 高负电源之值。 高负电源之值。 恒流源电流数值为 IE =(VZ - VBE3 )/ Re
差分放大电路的静态计算
将电路中信号源短路即可获得计算静态的直流 通路。已知：β=100，VBE=0.6V 12 VEE ? VBE V EE ≈ ≈ = 6μA IB = (1 + β )2 R e 100 ? 20 Rs + (1 + β ) 2 Re I C ≈ β I B = 100 ? 0.006 = 0.6mA 另一种工程估算法：
I E ≈ VEE 2 Re = 12 20 = 0.6mA
B E
I = I (1 + β ) ≈ 0.6 100 = 6μA V = V ? I R ≈ 6V
CE CC C C
交流参数rbe: r be = 300 + (1 + 100 ) 26 0 .6 ≈ 4 .67 k?
双电源差分放大电路
例1：
差动电路中，晶体管参数：β1=β2=60，rbb’=300?， ?U I 1 = 1V ， …… 此处隐藏：5539字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……