4.1概述4.2集成运放中的电流源电路

解：I R EF
=
VCC
+ VCC－U EB1 2－U B E1 1 R5
≈0.73mA
UT
ln
IR IC10
≈
IC10R4
IC10≈28µA
IC13 = IC12 = + 2 IR ≈0.52mA
图4.2.9 F007中的电流源电路
4.2.4 以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放中，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，既可获得合适的 静态电流，对于交流信号，又可获得很大的等效Rc 或Rd的。
集成运放的工作区域 线性区域：
uO
+UOM
输出电压与其两个输入端的电压
之间存在线性放大关系，即
uP-uN
uO Aod(uP uN )
-UOM
Aod为差模开环放大倍数
非线性区域：
输出电压只有两种可能的情况： +UOM或－UOM UOM为输出电压的饱和电压。
4.2 集成运放中的电流源电路
集成运放电路中的晶体管和场效应管除了 作为放大管外，还构成电流源电路，为各级提 供合适的静态电流；
=
I REF－
2 I C1
( + 1)
Re2
∴ IC1 =
I REF 2
≈ IREF
1 + ( + 1)
图4.2.4 加射极输出器的电流源
如β＝10 IC1=0.982 IREF
增加电阻Re2目的是使IE2增大，从而提高T2的β。
二、威尔逊电流源
＋VCC
T1管的c－e串联在T2管的发射 极，其作用与典型的静态工作点稳
四.在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，电 路通常采用直接耦合方式。
五.集成电路中的晶体管和场效应管因制作工艺不同， 性能上差别较大。常采用复合管的形式以得到各方面性 能俱佳的效果。
4.1.2 集成运放电路的组成及其各部分的作用
实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
+ uId 输入级
引入Re使 UBE1 < UBE0， 且 IC1 << IC0 ，即在 Re 值不 大的情况下，得到一个比较
小的输出电流 IC1 。
+VCC R IREF
2IB IC0
T0
IC1
T1 Re
图 4.2.3 微电流源
利用比例电流源的基本关系
IC1
R0 R1
IREF
UT R1
ln
I REF IC1
Re
根据晶体管发射结电压与
发射极电流的近似关系，
可得
UBE
UTln
IE IS
由于T0与T1的特性完全相同，
所以
UBE0
UBE1
UTln
IE0 IE1
整理可得：
I E1 R1
IE0 R0
UTln
IE0 IE1
+VCC
R IREF
2IB
IC0
T0
IB0 +
UBE0
R0
IC1
IB1 U+BE1 T1 R1
IC2＝(1－
2
+
2
2
+
2)IR
≈IR
当β＝10时， IC2=0.984 IR
可见，在β很小时，也可认为IC2= IR
IC2受基极电流影响很小。
4.2.3 多路电流源
VCC
电路图 公式推导
R
IREF
IE ≈IC≈IREF－IB0
IC
T
当β较大时 IC=IREF
由于各管的β和UBE均相同， IE
Re
+VCC
R IREF
2IB
IC0
T0
IB0 +
UBE0
IC1 IB1
U+BE1 T1
IC1
=
IC0
=
I REF－2 I B
=
I REF－2
IC1
图 4.2.1 镜像电流源
所以
IC1
2
I REF
当满足 >> 2 时，则
IC1
=
I REF
= VCC－UBE0 R
二、比例电流源
由图可得
UBE0 + IE0R0 = UBE1 + IE1R1
本章重点和考点：
1、理解通用型集成运放的四个组成部分及其 作用。
2、掌握基本电流源电路的组成和工作原理。 3、了解集成运放的主要技术指标及其物理意
义。 4、能根据需要合理选用集成运放电路。
4.1 集成运算放大电路概述
集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合 的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制 造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电 容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作 在一起，使之具有特定的功能。
二、有源负载差分放大电路
3.动态分析
当差模信号uI 输入时，
iC1 =－iC2， 而iC3 ≈ iC1；
由 于iC3和iC4的 镜 像 关 系 ， 所 以iC3 = iC4 iO = iC4－iC2 = 2iC4
图4.2.11 有源负载差分放大电路
由此可见，输出电流约为单端输出时的两倍。
二、有源负载差分放大电路
或作为有源负载取代高阻值的电阻，从而 增大放大电路的电压放大倍数。
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源 (电流镜 Current Mirror)
基准电流
I REF
= VCC－UBE0 R
由于UBE0 = UBE1，且T0与 T1参数基本相同，则
IB0 = IB1 = IB；IC0 = IC1 = IC
得： IC1
UT Re
ln
I REF IC1
基准电流
I REF
≈
VC C－U B E0 R
+VCC R IREF
2IB IC0
T0
IC1
T1 Re
图 4.2.3 微电流源
在已知Re的情况下，可以通过图解法或累试法解出IC1。
4.2.2 改进型电流源电路
问题：基本电流源电路在 很小时， IREF和 IC1
晶体管和场效应管是有源元件，又可作为负 载，故称为有源负载。
一、有源负载共射放大电路
1.电路图
＋VCC
ui
uO
ui
2.静态分析
基准电流
IR
= VCC－UEB3 R
空载时T1管的静态集电极电流
ICQ1 = IC2 = + 2 • IR
一、有源负载共射放大电路
3.动态分析
＋VCC
ui
若RL<<(rce1//rce2)，则
T0
IC1
IC2
IC3
∑IB
T1
T2
T3
Re1
Re2
Re3
IERe≈IREFRe=IE1Re1
=IE2Re2=IE3Re3 所以
图4.2.6 基于比例电流源的多路电流源
IC1≈IE1=IREFRe/Re1
IC2≈IE2=IREFRe/Re2 IC3≈IE3=IREFRe/Re3
多集电极管构成的多路电流源
IB1 U+BE1 T1
IC1
R0 R1
IREF
R0
R1
可见，只要改变R0和R1的阻值，就 可以改变IC1和IREF的比例关系。
图 4.2.2 比例电流源
式中基准电流
I REF
≈ VCC－UBE0 R + R0
三、微电流源
IC1
R0 R1
IREF
UT R1
ln
I REF IC1
在镜像电流源的基础上 接入电阻 Re。
当基极电流一定时，集 电极电流之比等于它们的集 电区面积之比。
MOS管多路电流源
设沟道宽长比W/L＝S
图4.2.7 多集电极管构成的多路电流源
漏极电流之比正比于沟道的 宽长比。
图4.2.8 MOS管多路电流源
例4.2.1 图4.2.9所示电路是型号为F007的通用型集成运放的 电流源部分。其中T10与T11为纵向NPN管； T12与T13是横向 PNP管，它们的β均为5；b-e间电压值均约为0.7V，试求出各 管的集电极电流。
相差很大。 为了减小基极电流的影响，提高输出电流与基 准电流的传输精度，稳定输出电流，可对基本 电流源电路进行改进。
一、加射极输出器的电流源
由 于 增 加 了 T2 ， 使 IC1 更 加 接近IREF（如何证明）
IC1=IC0=IREF－IB2
=IREF－IE2/(βB1 +1
定电路中的Re相同。
A点的电流方程
IE2 I C2IB
IC
2IC
故
IC
2 IE2
1 2
IC2
1 2
I
C
2
B点的电流方程
T0 2IB
IC0
B
IR R
IB2
T1 A IC1
IE2 T2
IC2
IR
IB2
IC
IC2
1 2
IC2
2 2 2 2
2
IC2
图4.2.5 威尔逊电流源
图 4.2.2 比例电流源
I E1 R1
≈
IE0 R0
+
UTln
IE0 IE1
当β>>2时，
+VCC
IC0 ≈ IE0 ≈ IREF，IC1 ≈ IE1
R IREF 2IB
IC1
所以
IC1
R0 R1
I REF
UT R1
ln
I REF IC1
IC0 T0
在一定取值范围内，若对数项可忽略，则
IB0
+ UBE0
集成电路的外形
(a)双列直插式
(b)圆壳式
(c)扁平式
4.1.1 集成运放的电路结构特点
一.相邻元件具有良好的对称性，故适用于构成差分 放大电路和恒流源电路。
二.集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几 十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。
三.在芯片上制作三极管比较方便，常常用晶体管 （或场效应管）代替电阻（特别是大电阻）。
－
中间级
输出级
uO
偏置电路
图 4.1.1 集成运放的基本组成
一、输入级 高性能差分放大电路，大大减少温漂。
二、中间级 采用有源负载的共射（或共源）放大电路，有 较高的电压放大倍数。
三、输出级 互补输出电路，带负载能力强，非线性失真小。 四、偏置电路 电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。
4.1.3 集成运放的电压传输特性
uO
uN
uP
+ Aod
uO
uP-uN
图 4.1.2 集成运放的符号和电压传输特性 集成运放的两个输入端分别为同相输入端uP和反相输入端uN。
电压传输特性 uO=f ( uP – uN )
集成运放是一个双端输入、单端输出，具有高差模放大 倍数、高输入电阻、低输出电阻、能较好地抑制温度漂移的 差分放大电路。
当电路带负载电阻RL时，
若RL与(rce2//rce4)可以相比，
图4.2.11 有源负载差分放大电路
Au
uO uI
1(rce2 // rce4 // RL )
rbe1
若RL<<(rce2//rce4)，
Au
1 RL
rbe1
利用镜像电流源可以使单端输出差分放大电路的差模放 大倍数提高到接近双端输出的情况。
A u
=
－1(rce1 // rce2 //
Rb + rbe1
RL
)
A u
≈
－ 1RL
Rb + rbe 1
二、有源负载差分放大电路
1.电路图
2.静态分析
IE1
=
IE2
=
I 2
IC1
=
IC2
≈
I 2
若 3 2 则IC3 IC1 又IC4 IC3 故IC4 IC1
iO IC4 IC2 0
集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运 算（如比例、求和、求差、积分、微分）上，故被 称为运算放大电路，简称集成运放。
4.1 集成运算放大电路概述
集成电路简称 IC (Integrated Circuit)
集成电路按 其功能分
数字集成电路 模拟集成电路
模拟集成电路 类型
集成运算放大器、集成功率放大器、 集成高频放大器、集成中频放大器、 集成比较器、集成乘法器、集成稳压 器、集成数/模或模/数转换器等。