单管电流源电路课件.ppt

1、零点漂移的抑制 对于零漂的抑制，此处以抑制温度漂移为例进行说明。如果由于温度升高使IC1增加，VC1下降，则IC2也同样增加，VC2同样下降，于是VC1还是等于VC2，Vo仍等于零，即温度漂移被抵消了。温度影响相当于输入端的共模信号，差放能有效抑制它。在直接耦合多级放大器中，第一级总是采用差分放大器。 场效应管差分放大器场效应管差分放大器 为了提高差分放大器的输入电阻，常用场效应晶体管来构成差分放大器。用结型场效应管作输入级时，其输入电阻可高达1010；用MOS场效应管作输入级时，其输入电阻可高达1015。下图为双端输入、双端输出结型场效应管差分放大器电路。它与双极型晶体管差分放大器的工作原理

2、是一样的。DdsmvdRrgA/用半电路分析法半电路为：共源放大器0vcACMRKidvdovAv 结型场效应管差分放大器 六、差模传输特性 差分放大器的传输特性曲线(a)电流传输特性曲线；(b)电压传输特性曲线结论结论1、两管集电极电流之和恒等于、两管集电极电流之和恒等于IEE 当vid=0时，差分电路处于静态，这时iC1=iC2=ICQ=IEE/2。当差模电压输入时，一管电流增大，另一管电流减小，且增大量等于减小量，两管电流之和恒等于IEE。 2、传输特性具有非线性特性（限幅）、传输特性具有非线性特性（限幅） 由图不难看出，在静态工作点附近，当|vid|VT，即室温下， vid在26mV以

3、内时，传输特性近似为一段直线。这表明iC1,iC2和vo与vid成线性关系。 当|vid |4 VT,即vid超过100mV时，传输特性明显弯曲，而后趋于水平，说明|vid |继续增大时，iC1,iC2和vo将保持不变。这表明差分电路在大信号输入时，具有良好的限幅特性或电流开关特性。此时，一管截止，恒流源电流全部流入另一管（不是饱和）。 4.5 电流源电路及其应用电流源电路及其应用 电流源电路是提供恒定电流的电路。电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作用。一方面它为各级电路提供稳定的直流偏置电流，另一方面可作为有源负载，提高单级放大器的增益。 对电流源电路的要求：1、提供电流I0，且不受外

4、界因素影响。2、当其两端电压变化时，保持电流I0恒定。即电流源电路的交流内阻RO趋于无穷。下面我们从晶体管实现恒流的原理入手，介绍集成运放中常用的电流源电路。 单管电流源电路单管电流源电路 由图可见，当IB一定时，只要晶体管不饱和也不击穿，IC就基本恒定。因此，固定偏流的晶体管，从集电极看进去相当于一个恒流源。由交流等效电路知，它的动态内阻为rce，是一个很大的电阻。为了使IC更加稳定，可以采用分压式偏置电路。晶体管实现恒流特性的条件是要保证恒流管始终工作在放大状态，否则将失去恒流作用。这一点对所有晶体管电流源都适用。 一、基本镜像电流源一、基本镜像电流源 在单管电流源中，要用三个电阻，所以不

5、便集成。为此，用一个完全相同的晶体管T1,将集电极和基极短接在一起,接成二极管,便得到下图所示的镜像电流源电路。由图可知，参考电流IR为RVRVVICConBECCR)(TBETBEVvSCVvSCeIieIIi121120221BEBEvv11211202)()(CEECSSCiSSiIIIi211BBCRiiiI12021CCEEiiISS时，当镜像电流源021IiiBBRRIII210精度热稳定性恒流特性2ceorR 二、减小 影响的镜像电流源RVVIonBECCR)(23311ECRiiI多路镜像电流源图中为三路电流源，T5管是为了提高各路电流的精度而设置的。在集成电路中，多路镜像电流

6、源是由多集电极晶体管实现的，例如下图(a)利用一个三集电极PNP管组成双路电流源,其等价电路如图(b)所示。三、比例式镜像电流源电流源的电流与参考电流成某一比例关系。实现射极接电阻21EESS222111RivRivEBEEBE2211RiRiCCRCIRRiRRI2112101)(RRVVIonBECCR)1 (222SbeceoRRrRrRRRrReS/)(11恒流特性提高具有多路输出的电流源四、微电流源 在集成电路中，有时需要微安级的小电流。如果采用镜像电流源，R势必过大。这时可令上图电路中的R1=0,便得到下图所示的微电流电流源电路。 2210RvvIBEBESCTBESCTBEIiV

7、vIiVv2211lnln0201220lnlnIIRVIiRViIRTCTC当IR和所需要的I0一定时，可计算出所需的电阻R2。优点:具有对电源电压变化不敏感的特性。五、MOS管镜像电流源 与双极型晶体管放大器一样,场效应管放大器也可采用电流源偏置。利用场效应管饱和区的恒流特性,可以构成恒流源电路。(a)基本电流源；(b)多路输出电流源RDRDDDGSGSIlWlWiIIiilWlWivv12201112221)/()/()/()/( 4.6 集成运算放大器 集成运放是一种多级放大电路， 性能理想的运放应该具有电压增益高、 输入电阻大、 输出电阻小、 工作点漂移小等特点。 与此同时， 在电路

8、的选择及构成形式上又要受到集成工艺条件的严格制约。 因此， 集成运放在电路设计上具有许多特点， 主要有： (1) 级间采用直接耦合方式。 (2) 尽可能用有源器件代替无源元件。 (3) 利用对称结构改善电路性能。 集成运放电路形式多样，各具特色。但从电路的组成结构看，一般是由输入级、中间放大级、输出级和电流源四部分组成。 集成运放的组成集成运放的组成 (1) 电流源偏置电路。它为多级放大器的各级设置合适的工作点， 有时还作为放大器的有源负载。 (2) 输入级。它由差分放大器组成，以便获得尽可能低的零点漂移和尽可能高的共模抑制比。 (3) 中间级。它是主要的电压增益级。 (4) 输出级。它通常为

9、互补推挽电路， 用以提高放大器输出端的功率和负载能力，它常加有保护电路。 双极型集成运放F007是一种通用型运算放大器。由于它性能好，价格便宜，所以是目前使用最为普遍的集成运放之一。F007的电路原理图如图所示。图中各引出端所标数字为组件的管脚编号。上图中，T8T13,R4和R5构成电流源组。其中，T11、R5和T12产生整个电路的基准电流。T10和T11组成微电流电流源，作镜像电流源T8,T9的参考电流，并为T3,T4提供基极偏流。 T8的输出电流为输入级提供偏置。T12,T13组成镜像电流源，作中间放大级的有源负载。“-” 反相输入端, vo与v-反相。“+”同相输入端，vo与v-同相。理

10、想的电压放大器件输入电阻：几k到105M（很大）输出电阻：几十（很小）电压增益：104107（很高）实现零输入时，零输出。4.7 放大器的频率响应频率响应频率响应)()()(AjeAjA电容耦合放大器的振幅频率特性如图所示。在低频和高频区放大倍数有所下降，而中间一段比较平坦。频率响划分为三个区域，即中频区、低频区和高频区。上限频率fH、下限频率fL以及通频带BW。 一、频率失真一、频率失真 我们知道，待放大的信号，如语音信号、电视信号、生物电信号等等，都不是简单的单频信号，它们都是由许多不同相位、不同频率分量组成的复杂信号，即占有一定的频谱。如图(a)所示，若某待放大的信号是由基波(1)和三次

11、谐波(31)所组成，由于电抗元件存在使放大器对三次谐波的放大倍数小于对基波的放大倍数，那么放大后的信号各频率分量的大小比例将不同于输入信号。 中频区:所有电抗影响均不计,增益为常数,与频率无关。高频区：极间电容是影响高频区响应的主要因素。低频区：耦合电容和旁路电容是影响低频响应的主要因素。线性失真和非线性失真线性失真和非线性失真 线性失真和非线性失真同样会使输出信号产生畸变，但两者有不同点： 1.起因不同起因不同 线性失真由电路中的线性电抗元件引起，非线性失真由电路中的非线性元件引起(如晶体管或场效应管的特性曲线的非线性等)。 2.结果不同结果不同 线性失真只会使各频率分量信号的比例关系和时间

12、关系发生变化，或滤掉某些频率分量的信号，但决不产生输入信号中所没有的新的频率分量信号。 非线性失真会产生输入信号中所没有的新的频率分量信号。不失真条件不失真条件理想频率响应理想频率响应 综上所述，若放大器对所有不同频率分量信号的放大倍数相同，延迟时间也相同，那么就不可能产生频率失真。下图给出了不产生线性失真的振幅频率响应和相位频率响应，称之为理想频率响应。 二、RC电路频率响应1、RC低通电路的波特图sRCsCRsCsVsVsAiov1111)()()(pvjRCjjA1111)(RCp1)arctan()()(11)(2pApA用半对数坐标描绘的频率特性称为波特图2)(1lg20)(pdBv

13、A画波特图：对数幅频特性、对数相频特性oAPPPoAPoApdBAdBAdBA90)();lg20( ,)(45)();3( ,21)(0)();0( , 1)(时，时，时，上限角频率pH工程上，将波特图用折线逼近渐近波特图(a)幅频特性；(b)相频特性;(c)渐近幅频特性；(d)渐近相频特性2、RC高通电路波特图ppviovjjRCjRCjsAsRCsRCRsCRsVsVsA11)(11)()()(RCp1pAppAarctan2)()(1)(22)(1lg20lg20)(ppdBARC高通电路幅频特性和相频特性的渐近线波特图 (a)幅频特性；(b)相频特性 三、共射放大器的高频响应1、晶体

14、三极管的频率参数因为发射结正向偏置，扩散电容成分较大，记为Cbe；而集电结为反向偏置，势垒电容起主要作用，记为Cbc。在高频区，这些电容呈现的阻抗减小，其对电流的分流作用不可忽略。考虑这些极间电容影响的高频混合小信号等效电路如图所示。（1）共射短路电流放大系数(j)及其上限频率f 由于极间电容的影响，值将是频率的函数。根据的定义 ffjjCCrjjCCrjrICCjrIVrrgIVgIIjcbebebcbebebebbcbebebbebebembebmecbc11)(1)()(1)(1()1 ()(短路、的上限频率)()(21jCCrfcbebeb2)(1)(的上限角频率是)(特征角频率TT1

15、)(的原理测TTT)(cbebmcbebebTCCgCCr)(fffCCgCCrCCrjjjjTcbebmcbebecbebeb的上限角频率是)()(1)(1)1 (1)(1)()(2)共基短路电流放大系数共基短路电流放大系数(j)及及f因为共射放大器及其高频小信号等效电路该等效电路中Cbc跨接在输入回路和输出回路之间，使高频响应的估算变得复杂化，所以首先应用密勒定理将其作单向化近似。设RB1RB2Rs2、密勒定理及其单向化近似（1）密勒定理)()(11121szVIszVVI等效条件：1II )(1)()(1)()(1121sAsZsZVVsZsZ同理2II )(11)()(2sAsZsZ（

16、2）单向化近似cbsCsZ1)(cbsCsZsZsA1)()(1)(2由于 则LmebLebmebocbLRgsVRsVgsVsVsAsCR)()()()()(1LmcbRgsCsZ111)(1密勒电容cbMcbLmcbLmMCCCRgCRgC21)1 (不计密勒等效后的单向化等效电路(a)单向化模型； (b)进一步的简化等效电路 LcbTLmebcbebLmebcbebLmcbebtRCRgCCDDCRgCCCRgCCC11)1 (密勒倍增因子3、增益与上限频率pvsIsovssAsVsVsA1)()()()/(1sbbebtttpRrrRCRebbbsLvsIrrRRA完整的幅频特性和相频

17、特性渐近线波特图 (a)幅频特性；(b)相频特性 增益带宽积：评价放大器高频性能的指标)(1 (2SbbcbLTLTHvsIRrCRRfAGBW有效增大GBW（1）选管：（2）信号源内阻：（3）负载：小的信号源高的管子小、小、STcbbbRCr的要求和选择兼顾vsIHLvsIHtLAfRAfCR输入和输出节点为低阻节点（RS和RL小）fH这是扩展上限频率的思路。注意：共集电路的高频响应比共射电路要好得多，共基电路高频特性最好。四、宽带放大器 组合电路扩展上限频率技术 负反馈技术 电流模技术组合电路宽带放大器1、共射共基HtiCR2组合电路的上限频率主要取决于共射电路。ttHCR1这种组合电路适用于负载较大的场合。2、共集共射ttHCR1共集电路输出阻抗小，作为共射电路的源阻抗。HtoRR1这种组合电路适用于信号源内阻较大的场合。共集共射共基差分集成宽带放大器电路(CA3040)