4.2 集成运放中的电流源电路
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T2
+
T3
IC2 T1为放大管, T2与T3构成镜 像电流源, T2是T1的有源负载。 Rb T2与T3管特性完全一样,因而 +I u β2=β3=β, IC2=IC3。
T1 RL
IC1
R
IR
uO -
基准电流：
+VCC
T2 T3 +
VCC U BE 3 IR R
空载2 Rb
IC3为三路输出电
T0
Re0 IE0 IE1
T1 Re1 IE2
T2 Re2 IE3
T3 Re3
流。
U BE 0 I E 0 Re 0 U BE1 I E1 Re1 U BE 2 I E 2 Re 2 U BE 3 I E 3 Re 3
U BE 0 I E 0 Re 0 U BE 1 I E 1 Re1 U BE 2 I E 2 Re 2 U BE 3 I E 3 Re 3
带上负载时的电压放大倍数为：
uO io ( rce 4 // rce 2 // RL ) & Au uI uI 2ic1 ( rce 4 // rce 2 // RL ) 2ib1rbe1
1 (rce 4 // rce 2 // RL )
rbe1 & 1 RL Au rbe1
T0
Re0
IB0 IB1 IE0 IE1
T1
Re1
改变Re0和Re1的阻值，可以改变IC1和IR的比例关系。
3、微电流源（将Re0的阻值减小到零） +VCC
如果忽略上 rbb 的电压：
IR IC0 T0
RI +I B0 B1
iE I S e
U BE UT
IC1 T1 Re
U BE
IE UT ln IS
U BE UT
rbb
b& I
b
& Ib
c
rbe
e
& Ie
IE0 I E 1 Re1 I E 0 Re 0 UT ln I E1
由于
+VCC IR IC0
IC 0 I E 0 I R
R
2IB
IC1
则
VCC U BE 0 基准电流： I R R Re 0
IC 1 I E 1 Re 0 UT IR IC 1 IR ln Re1 Re1 IC 1 Re 0 IR Re1
+VCC
在T0的集电极与基极之 IR R 间加一个射极输出的晶体管 T2。 T0 、 T1和T2特性完全 IC0 IB2 T0 相同。 由于UBE0 = UBE1，所以IB0 =IB1=IB 。
T2 IE2
IC1 T1
IB0 IB1 Re2
由于UBE0 = UBE1，所以IB0 =IB1=IB 。
（+15V）
+VCC
2VCC U BE 12 U BE 11 IR R5
30 0.7 0.7 39 0.73mA
IC10 T10
T12
T13 R5
39kΩ
IC12
IB10＋IB11
IR
IC13
T11 R4
3kΩ （－15V）
-VCC
T10与T11构成微电流源：
IC 10
T1管集电极的动态电流几乎全部流向负载，有源 负载是电压放大倍数大大提高。
2、有源负载差分放大电路 T1与T2为放大管, T3与T4构成镜像电流源作为有源 +VCC 负载，ic3=ic4。 静态时，T1与T2管的发 T3 T4 io 射极电流为: IE1=IE2= I/2， iC3 iC4
IC1=IC2≈I/2 若β3 >>2,则IC3 ≈ IC1， 由于IC4=IC3，则 IC4 ≈ IC1， io =IC4 –IC2 ≈0 。
β很大的情况下：
IB0 IB1 IE1
IC 0 I E 0 I R
IC 1 I E 1
IC 1 I E 1
UT IR U BE 0 U BE 1 ln Re IC 1 Re
（可通过图解法或累试法求解IC1 。）
VCC U BE 0 基准电流： I R R
二、改进型电流源电路 以上所讲电路，忽略了基极电流对集电极电流的影 响，所推导的公式都是在β很大时成立。 1、加射极输出器的电流源
当β>>2时, 温度补偿作用： T IC1 IC0 IC1 IR
IC 1
UR（ IR R）
UB
IB
2、比例电流源
+VCC IR IC0 T0 Re0 IB0 IB1 IE0 IE1 T1 Re1
U BE 0 I E 0 Re 0 U BE 1 I E 1 Re1
晶体管发射结电压与发射极电 流的近似关系：
+VCC
IB
IR
IC 1 S1 I C 0 S0
I C 2 S2 I C 0 S0
R
IC0 IC1 IC2
3、MOS管多路电流源 由场效应管也可以组成镜像电流源、比例电流源 等。
T0～T3均为N沟道增强型MOS管，且开启电压等 参数相同。在UGS0= UGS1 = UGS2 = UGS3时，它们的漏 极电流ID正比于沟道的宽长比。
iC1 + ui -
T1
iC2 T2
+ uo -
I
-VEE
当差模信号△uI输入时，动态集电极电流△ic1= －△ ic2，而△ic3≈ △ic1；由于ic3和△ic4的镜像关系， △ic3=△ic4 ；所以，△io= △ic4 － △ic2 ≈ △ic1－（－△ic1 ） =2 △ic1 。可见输出电流为单端输出时的两倍，接近双 端输出时的情况。
各管的b-e间电压UBE数值大致相等，所以得到 近似关系：
I E 0 Re 0 I E1 Re1 I E 2 Re 2 I E 3 Re 3
IE0确定后，各级只要选择合适的电阻，就可得到 所需的电流。
2、多集电极管构成的多路电流源
当基极电流一定时，集电 极电流之比等于它们的集电极 面积之比。
T1
IC1 RL uO
IR R
IC 1 IC 2
2
IR
当电路带上负载电阻RL后，由于RL对IC2的分 流作用， IC1将有所变化。
Rb
+
& Ui
-
& Ib
& 1 Ib
rbe1 rce1 rce2 RL
+
& Uo
-
+V L很大时， 电路的交流等效电路如图，若负载电阻RCC 则T1管和T2管在h参数等效电路中的1/h22就不能忽略 T2 T3 不计。
UT I R 26 0.73 ln ln R4 I C 10 3 I C 10
T12 IC12 IR R5
IC 10 28 A
（+15V）
T12与T13构成镜像电流源：
+VCC
I C 13 I C12
T13 IC13
2 0.52 mA
IR
IB10＋IB11
1 IC IC 2 2
+VCC
T0
2IB B R IB2
T1 A IC1 IE2 T2
IC2
若β=10， IC2≈0.984 IR。 IC2受基极电流影响很小。
三、多路电流源电路
1、基于比例电流源的多路电流源
IR为基准电
IR IC0 R IC1 IC2 IC3
流， IC1、IC2和
若β=10， IC1≈0.982 IR。而镜像电流源电路 IC1≈0.833IR。实际电路有时也在T0管和T1管的基 极与地之间加电阻Re2。
2、威尔逊电流源
+VCC
T1管的c-e串联在T2管的发射极， T0 由于c-e间等效电阻非常大，可以高 2IB 度稳定IC2。 IC2为输出电流。 IC0
T0 、 T1和T2特性完全相同， IC0 =IC1=IC 。
若RL <<（ rce1// rce2 ），则
R
2IB
IC1
i E I S (e
u UT
1) I S e
u UT
如果忽略上 rbb 的电压：
IE U BE UT ln iE I S e IS IE0 U BE 0 U BE 1 UT ln I E1 IE0 I E 1 Re1 I E 0 Re 0 UT ln I E1
T1
输出电流为IC1 ， IC1和IC0呈镜像关系，此电路 称为镜像电流源。 IR为基准电流。
+VCC IR R 2IB
VCC U BE IR R
IC1
IC 2 I B
IC 2
IC
IC
IC0 T0
IB0 IB1
T1
2
IR
VCC U BE IR R
B IR R IB2
T1 A IC1 IE2 T2
IC2
I E 2 IC 1 2 I B I C
IC
2 IC
2
IE2
2
1
IC 2
1 IC 2 2
1 I R I B 2 IC 0 I C 2 IC0 2 2 2 2 IR IC 2 2 2 2 IC 2 (1 2 )I R I R 2 2 IC 2
§4.2 集成运放中的电流源电路
R1 I1 IB3 I2 R2 IC3 T3
电流源的作用： 1、为各级放大器提供合适的静态工 作点；
IE3 R3 -VEE
2、代替大电阻，以提高放大器的性 能。
但此电路存在问题：
1、仍有三个电阻，不好集成；
I 2、温度稳定性仍受UBE的影响。 C 3
R2 VEE U BE 3 R1 R2 R3
IC 1 IC 0 I R I B 2 IE2 2 I B1 IR IR 1 1 2 IC 1 IR (1 ) IR IC 1 2 1 (1 )
+VCC
R IB2 T2 IE2
IR IC0 T0
IC1 T1
IB0 IB1 Re2
IC10 T10
39kΩ
T11
R4
3kΩ （－15V）
-VCC
四、以电流源为有源负载的放大电路 在共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大倍 数，可以增大集电极电阻Rc （或漏极电阻Rd ），但为 了维持静态电流不变，就要增加电源电压。所以，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，既获的合适的静态电流，又可以得到很大 +VCC 的等效的Rc（或 Rd ）。 1、有源负载共射放大电路
一、基本电流源电路 1、镜像电流源
+VCC IR R 2IB
T0和T1是两只特性完全一样的 管子。
IC1
IC0 T0
IB0 IB1
从电路可UCE0=UBE0， T0工作 在放大状态。 T0和T1 的b-e间电压相等，所以 基极电流也相等IB0=IB1=IB， 集电极电流也相等IC0=IC1=IC 。
I D1 S1 I D 0 S0
+VDD IR R
I D 2 S2 I D 0 S0
ID1
I D 3 S3 I D 0 S0
ID2 ID3
T0
T1
T2
T3
例题： 求图示电路各管的集电极电流。它们的β均为5，它 们b-e间的电压值约为0.7V。
解：先求基准电流，R5上的电 流为基准电流。
电路的电压放大倍数为：
IC2
& Au
1 (rce1 // rce 2 // RL ) T +
1
Rb
+
IC1 RL uO
IR R
R rbe1
b
uI
Rb
+
& Ui
-
& Ib
& 1 Ib
rbe1 rce1 rce2 RL
+
& Uo
-
若RL <<（ rce1// rce2 ），则
& 1 RL Au Rb rbe1
+
T3
IC2 T1为放大管, T2与T3构成镜 像电流源, T2是T1的有源负载。 Rb T2与T3管特性完全一样,因而 +I u β2=β3=β, IC2=IC3。
T1 RL
IC1
R
IR
uO -
基准电流：
+VCC
T2 T3 +
VCC U BE 3 IR R
空载2 Rb
IC3为三路输出电
T0
Re0 IE0 IE1
T1 Re1 IE2
T2 Re2 IE3
T3 Re3
流。
U BE 0 I E 0 Re 0 U BE1 I E1 Re1 U BE 2 I E 2 Re 2 U BE 3 I E 3 Re 3
U BE 0 I E 0 Re 0 U BE 1 I E 1 Re1 U BE 2 I E 2 Re 2 U BE 3 I E 3 Re 3
带上负载时的电压放大倍数为：
uO io ( rce 4 // rce 2 // RL ) & Au uI uI 2ic1 ( rce 4 // rce 2 // RL ) 2ib1rbe1
1 (rce 4 // rce 2 // RL )
rbe1 & 1 RL Au rbe1
T0
Re0
IB0 IB1 IE0 IE1
T1
Re1
改变Re0和Re1的阻值，可以改变IC1和IR的比例关系。
3、微电流源（将Re0的阻值减小到零） +VCC
如果忽略上 rbb 的电压：
IR IC0 T0
RI +I B0 B1
iE I S e
U BE UT
IC1 T1 Re
U BE
IE UT ln IS
U BE UT
rbb
b& I
b
& Ib
c
rbe
e
& Ie
IE0 I E 1 Re1 I E 0 Re 0 UT ln I E1
由于
+VCC IR IC0
IC 0 I E 0 I R
R
2IB
IC1
则
VCC U BE 0 基准电流： I R R Re 0
IC 1 I E 1 Re 0 UT IR IC 1 IR ln Re1 Re1 IC 1 Re 0 IR Re1
+VCC
在T0的集电极与基极之 IR R 间加一个射极输出的晶体管 T2。 T0 、 T1和T2特性完全 IC0 IB2 T0 相同。 由于UBE0 = UBE1，所以IB0 =IB1=IB 。
T2 IE2
IC1 T1
IB0 IB1 Re2
由于UBE0 = UBE1，所以IB0 =IB1=IB 。
（+15V）
+VCC
2VCC U BE 12 U BE 11 IR R5
30 0.7 0.7 39 0.73mA
IC10 T10
T12
T13 R5
39kΩ
IC12
IB10＋IB11
IR
IC13
T11 R4
3kΩ （－15V）
-VCC
T10与T11构成微电流源：
IC 10
T1管集电极的动态电流几乎全部流向负载，有源 负载是电压放大倍数大大提高。
2、有源负载差分放大电路 T1与T2为放大管, T3与T4构成镜像电流源作为有源 +VCC 负载，ic3=ic4。 静态时，T1与T2管的发 T3 T4 io 射极电流为: IE1=IE2= I/2， iC3 iC4
IC1=IC2≈I/2 若β3 >>2,则IC3 ≈ IC1， 由于IC4=IC3，则 IC4 ≈ IC1， io =IC4 –IC2 ≈0 。
β很大的情况下：
IB0 IB1 IE1
IC 0 I E 0 I R
IC 1 I E 1
IC 1 I E 1
UT IR U BE 0 U BE 1 ln Re IC 1 Re
（可通过图解法或累试法求解IC1 。）
VCC U BE 0 基准电流： I R R
二、改进型电流源电路 以上所讲电路，忽略了基极电流对集电极电流的影 响，所推导的公式都是在β很大时成立。 1、加射极输出器的电流源
当β>>2时, 温度补偿作用： T IC1 IC0 IC1 IR
IC 1
UR（ IR R）
UB
IB
2、比例电流源
+VCC IR IC0 T0 Re0 IB0 IB1 IE0 IE1 T1 Re1
U BE 0 I E 0 Re 0 U BE 1 I E 1 Re1
晶体管发射结电压与发射极电 流的近似关系：
+VCC
IB
IR
IC 1 S1 I C 0 S0
I C 2 S2 I C 0 S0
R
IC0 IC1 IC2
3、MOS管多路电流源 由场效应管也可以组成镜像电流源、比例电流源 等。
T0～T3均为N沟道增强型MOS管，且开启电压等 参数相同。在UGS0= UGS1 = UGS2 = UGS3时，它们的漏 极电流ID正比于沟道的宽长比。
iC1 + ui -
T1
iC2 T2
+ uo -
I
-VEE
当差模信号△uI输入时，动态集电极电流△ic1= －△ ic2，而△ic3≈ △ic1；由于ic3和△ic4的镜像关系， △ic3=△ic4 ；所以，△io= △ic4 － △ic2 ≈ △ic1－（－△ic1 ） =2 △ic1 。可见输出电流为单端输出时的两倍，接近双 端输出时的情况。
各管的b-e间电压UBE数值大致相等，所以得到 近似关系：
I E 0 Re 0 I E1 Re1 I E 2 Re 2 I E 3 Re 3
IE0确定后，各级只要选择合适的电阻，就可得到 所需的电流。
2、多集电极管构成的多路电流源
当基极电流一定时，集电 极电流之比等于它们的集电极 面积之比。
T1
IC1 RL uO
IR R
IC 1 IC 2
2
IR
当电路带上负载电阻RL后，由于RL对IC2的分 流作用， IC1将有所变化。
Rb
+
& Ui
-
& Ib
& 1 Ib
rbe1 rce1 rce2 RL
+
& Uo
-
+V L很大时， 电路的交流等效电路如图，若负载电阻RCC 则T1管和T2管在h参数等效电路中的1/h22就不能忽略 T2 T3 不计。
UT I R 26 0.73 ln ln R4 I C 10 3 I C 10
T12 IC12 IR R5
IC 10 28 A
（+15V）
T12与T13构成镜像电流源：
+VCC
I C 13 I C12
T13 IC13
2 0.52 mA
IR
IB10＋IB11
1 IC IC 2 2
+VCC
T0
2IB B R IB2
T1 A IC1 IE2 T2
IC2
若β=10， IC2≈0.984 IR。 IC2受基极电流影响很小。
三、多路电流源电路
1、基于比例电流源的多路电流源
IR为基准电
IR IC0 R IC1 IC2 IC3
流， IC1、IC2和
若β=10， IC1≈0.982 IR。而镜像电流源电路 IC1≈0.833IR。实际电路有时也在T0管和T1管的基 极与地之间加电阻Re2。
2、威尔逊电流源
+VCC
T1管的c-e串联在T2管的发射极， T0 由于c-e间等效电阻非常大，可以高 2IB 度稳定IC2。 IC2为输出电流。 IC0
T0 、 T1和T2特性完全相同， IC0 =IC1=IC 。
若RL <<（ rce1// rce2 ），则
R
2IB
IC1
i E I S (e
u UT
1) I S e
u UT
如果忽略上 rbb 的电压：
IE U BE UT ln iE I S e IS IE0 U BE 0 U BE 1 UT ln I E1 IE0 I E 1 Re1 I E 0 Re 0 UT ln I E1
T1
输出电流为IC1 ， IC1和IC0呈镜像关系，此电路 称为镜像电流源。 IR为基准电流。
+VCC IR R 2IB
VCC U BE IR R
IC1
IC 2 I B
IC 2
IC
IC
IC0 T0
IB0 IB1
T1
2
IR
VCC U BE IR R
B IR R IB2
T1 A IC1 IE2 T2
IC2
I E 2 IC 1 2 I B I C
IC
2 IC
2
IE2
2
1
IC 2
1 IC 2 2
1 I R I B 2 IC 0 I C 2 IC0 2 2 2 2 IR IC 2 2 2 2 IC 2 (1 2 )I R I R 2 2 IC 2
§4.2 集成运放中的电流源电路
R1 I1 IB3 I2 R2 IC3 T3
电流源的作用： 1、为各级放大器提供合适的静态工 作点；
IE3 R3 -VEE
2、代替大电阻，以提高放大器的性 能。
但此电路存在问题：
1、仍有三个电阻，不好集成；
I 2、温度稳定性仍受UBE的影响。 C 3
R2 VEE U BE 3 R1 R2 R3
IC 1 IC 0 I R I B 2 IE2 2 I B1 IR IR 1 1 2 IC 1 IR (1 ) IR IC 1 2 1 (1 )
+VCC
R IB2 T2 IE2
IR IC0 T0
IC1 T1
IB0 IB1 Re2
IC10 T10
39kΩ
T11
R4
3kΩ （－15V）
-VCC
四、以电流源为有源负载的放大电路 在共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大倍 数，可以增大集电极电阻Rc （或漏极电阻Rd ），但为 了维持静态电流不变，就要增加电源电压。所以，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，既获的合适的静态电流，又可以得到很大 +VCC 的等效的Rc（或 Rd ）。 1、有源负载共射放大电路
一、基本电流源电路 1、镜像电流源
+VCC IR R 2IB
T0和T1是两只特性完全一样的 管子。
IC1
IC0 T0
IB0 IB1
从电路可UCE0=UBE0， T0工作 在放大状态。 T0和T1 的b-e间电压相等，所以 基极电流也相等IB0=IB1=IB， 集电极电流也相等IC0=IC1=IC 。
I D1 S1 I D 0 S0
+VDD IR R
I D 2 S2 I D 0 S0
ID1
I D 3 S3 I D 0 S0
ID2 ID3
T0
T1
T2
T3
例题： 求图示电路各管的集电极电流。它们的β均为5，它 们b-e间的电压值约为0.7V。
解：先求基准电流，R5上的电 流为基准电流。
电路的电压放大倍数为：
IC2
& Au
1 (rce1 // rce 2 // RL ) T +
1
Rb
+
IC1 RL uO
IR R
R rbe1
b
uI
Rb
+
& Ui
-
& Ib
& 1 Ib
rbe1 rce1 rce2 RL
+
& Uo
-
若RL <<（ rce1// rce2 ），则
& 1 RL Au Rb rbe1