模拟电子技术第4章集成运算放大器

第四章 集成运算放大器
4.2 集成电流源电路
4.2.3 微电流源
镜像电流源和比例电流源适用于较大工作电流（毫安量级）的场合，若需要
减少IC2的值（例如微安级），必然要求基准电阻R的值很大，而在集成电路中制 作大电阻很不方便。因此，需要研究改进型的电流源。若将图4-5所示中的RE1短 路，就成为一个微电流源电路，如图4-6。
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4.3 差动放大电路 思考题：电路如图所示。Re1=Re2=100Ω，BJT的β=100，VBE=0.6V。求(1) Q点(IB1、 IC1、VCE1)；(2) 当vi1=0.01V、v2= -0.01V时，求输出电压vo=vo1-vo2的值；(3) 当C1、 C2间接入负载电阻RL=5.6kΩ时，求vo的值；(4) 求电路的差模输入电阻Rid、共模输入 电阻Ric和输出电阻Ro。
vid1 = -vid2
vid2
图4-10 基本差动放大电路
虚地
图4-11 基本差动放大电路的差模交流通路
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4.3.2.2 差模放大特性
4.3 差动放大电路
1. 差模电压放大倍数Avd
在小信号差模输入的情况下，两个输出端的 差模输出信号vod1、vod2的极性也是相反的。若集 电极C1电位瞬时降低，则集电极C2的瞬时电位必 然升高。在图示的参考方向下，双端差模输出电 压vod为
思考题：多路电流源电路如图所示。已知各BJT的参数、VBE的数值相同，求各电 流源IC1、IC2及IC3与基准电流IR的关系。
IC=IR-ΣIB/(1+β)，当β较大时，有 IC≈IR 由于各管的β、VBE相同，则
∴
当IR确定后，改变各 电流源射极电阻，可获得 不同比例的输出电流。
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的特点可以提高电压增益；在放大电路的直流通路中，利用其静态电阻小的特
点，使直流压降较小，不需要提高电源电压。采用电流源作为集电极负载（或
射极负载）的放大电路称为BJT有源负载放大器。有源负载共射放大电路如图4-
8(b)所示。
VT2与VT3构成镜像电流源
VT3为VT1的有源负载
放大管VT1为基极输入——集电 极输出结构，构成共射放大电路， 输出电压与输入电压反向。
VCC (4-1)
I1
当β>>2时，
图4-3 镜像电流源电路
从上式可以看出，当R确定后，IR就 确定了，IC2也随之确定，把IC2看作IR的镜 像，所以称图4-3为镜像电流源。
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第四章 集成运算放大-3所示电路中，当β不够大时，IC2就与IR存在一定的差别，为了弥补这 一不足，在电路中接入VT3，如图所示。
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2020/11/7
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4.1 集成运算放大器的基本组成
通用型集成运放的内部由4个部分组成，即输入级、中间级、输出级 和电流源电路（偏置电路和有源负载），如图4-1所示。
输入级
中间级
输出级
电流源
图4-1 通用型集成运放内部电路的一般组成
VCC/RC Q
VCEQ=VCC-ICRC
因此，通过选用阻值很大的RC来提 高电压增益的方案是行不通的。
VCC
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4.2 集成电流源电路
集成电流源的伏安特性曲线如图4-8(a)所示。由图看出，电流源的动态电阻
很大，而静态电阻较小。因此，在放大电路的交流通路中，利用其动态电阻大
图4-5 比例电流源电路
(4-8)
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4.2.2 比例电流源
∴ VCC
4.2 集成电流源电路 (4-8)
由于参数对称性IS1=IS2，故若两管射极电流比 例在10倍以内，则在室温下，
图4-5 比例电流源电路
两管VBE相差60mV，不到VBE（约0.7V）的10%。 因此，可近似地认为VBE1=VBE2，由(4-5)式
(4-16)
由于两侧对称，所以
ICQ1
ICQ2
(4-17)
IEQ1 I
IEQ2
集电极电位
(4-18)
图4-10 基本差动放大电路
(4-19)
静态时由于电路的对称性，两个输出端的直流电位相等，即使温度发生变化，由 于温度变化对两侧电路的影响是相同的，故两个输出端的直流电位相等关系仍能保持。 可见，差放电路的对称性越好，对双端输出时温漂的抑制能力越强。
点，使直流压降较小，不需要提高电源电压。采用电流源作为集电极负载（或
射极负载）的放大电路称为BJT有源负载放大器。有源负载共射放大电路如图4-
8(b)所示。
VT2与VT3构成镜像电流源
VT3为VT1的有源负载
放大管VT1为基极输入——集电 极输出结构，构成共射放大电路， 输出电压与输入电压反向。
图4-8(b) 有源负载共射放大电路
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4.3 差动放大电路 4.3.2.2 差模放大特性
如果差动放大器的两个输入端的输入电压大小相等，极性相反，即vid1= -vid2， 则将vid1、vid2分别称为输入端1和输入端2的差模输入信号。
由图4-10可以看出，若一侧基极电位升高vid1，使iE1增大，则另一侧基极电位 降低vid1，使iE2减小。在小信号情况下，射极电流增大量与减小量相等。这就是说， 小信号差模输入时，RE中的电流将保持静态值不变，即流过RE的差模信号为零。因 此，图4-11中RE被开路。
图4-6 微电流源电路
∴
(*)
利用两管基—射极电压差△VBE可以 控制输出电流 IC2。由于△VBE的数值很 小，故用阻值不大的 Re2 即可获得微小 的工作电流，称为微电流源。
将(4-8)式代入(*)式，得到
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第四章 集成运算放大器 4.2.3 微电流源
4.2 集成电流源电路
b be
e
带缓冲级的镜像电流源电路（补充）
可见，利用缓冲级VT3的电流放大作 用，减小了IB对IR的分流作用，从而提高 了IC2与IR互成镜像的精度。
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4.2 集成电流源电路
我们也可以用一个基准电流产生多个电流源。如图4-4所示的电路就是一个3 路镜像电流源。
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4.2 集成电流源电路
图4-2(a)是一个由BJT构成的电流源电路。即使A端电位在较大范围内变化，电 流IC也基本不变。这种电路可以等效为一个高内阻的电流源元件，如图4-2(c)所示。
(a)
(c)
图4-2 分立元件电流源电路
采用适当的辅助电路可以使其恒流特性更接近于理想情况。下面讨论几种常见 的电流源。
vod=vod1-vod2=2vod1=-2vod2
双端差模输入电压vid分别
图4-11 基本差动放大电路的差模交流通路
vid=vid1-vid2=2vid1=-2vid2
所以双端输入—双端输出差模电压放大倍数为
(4-20)
即双端输入—双端输出差模电压放大倍数等于单侧共射放大电路的电压放大倍数。
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4.3 差动放大电路
4.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移问题
当直接耦合放大电路输入电压信号为零时，放大器的输出端静态直流电位Vo漂 移不定，即在预期的输出直流电位的基础上，产生无规则、缓慢的变化。这种现象 称为放大电路的零点漂移现象。
图4-9 直接耦合放大器的零点漂移
图4-4 3路镜像电流源
由于参数的一致性，IB1=IB2=IB3=IB4=IB，即IE5=4IB，故 ∴
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第四章 集成运算放大器 4.2.2 比例电流源
VCC
4.2 集成电流源电路
∵ VT1、VT2的基极对地电位相等。
∴
(4-5)
根据发射结电流方程,
有
(4-6)
(4-7) ∴
(4-9)
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第四章 集成运算放大器 4.2.2 比例电流源
VCC
4.2 集成电流源电路
(4-9) (4-10)
因为 ≈ IE1 IR，IE2≈IC2，所以
(4-11)
图4-5 比例电流源电路
其中
(4-12)
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4.2 集成电流源电路
(1) 求静态工作点 静态时，vi1=vi2=0V，即两管的基极为地电位。
由于电路两边对称，因此有：
IC1=IC2≈Io / 2=1(mA) IB1=IC1/β=1/100=0.01(mA)
VBE=VB-VE，∴ VE=VB-VBE= -0.6V
VCE1=VCC-IC1RC1-VE =10-1×5.6-(-0.6)= 5 (V)
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4.3 差动放大电路
电源电压波动、器件参数改变、温度的变化都可以产生零点漂移，其中温度的 变化是产生零点漂移的主要原因。因此，将零点漂移又称为温度漂移，简称温漂。
温漂带来的危害主要有两方面：其一，导致工作点偏离，使放大器输出产生 非线性失真；其二，使放大电路丧失放大微小信号的能力。因为输出温漂信号混杂 在被放大的有用信号之中，当有用的输出信号与输出端的温漂大小相当时，有用的 输出信号将会被输出温漂所“淹没”。