6.56.76.8 电流源电路

二. 举例：型号为F007的通用型集成运放
对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信 号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。
找出偏置电路
若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则 这个电流往往是偏置电路中的基准电流。
简化电路 分解电路
三级放大电路
双端输入、单端 输出差分放大电 路
4、 保护
1、输入端保护
2、输出端保护
3、电源保护
例：
增大输入级的负载电阻 有源负载 复合管共射放大电路
超β管
+
+ _
同相 输入端 有源负载
_ _ _
+
反相 输入端
_
1. 2. 3. 4.
增大第二级的 输入级采用什么措施增大放大倍数？ 负载电阻 中间级采用什么措施增大电压放大倍数？ 如何消除交越失真？ uI1、 uI3哪个是同相输入端？哪个是反相输入端？
根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。
5、MOS管多路电流源
基准电流
MOS管的漏极 电流正比于沟道 的宽长比。
设宽长比W/L=S，且T1～T4的宽长比分别为S0、S1、 S2、S3，则 I D1 S1 I D2 S 2 I D3 S3 ， ， I D0 S 0 I D0 S 0 I D0 S 0 根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。
输入级的分析
T7的作用：抑制共模信号 + + _ + +
+
+
放大差模信号 T5、T6分别是T3、T4的有源 负载，而T4又是T6的有源负载。
_ _ 特点： 输入电阻大、差模放大倍 数大、共模放大倍数小、 输入端耐压高，并完成电 平转换（即对“地”输 出）。
+ _+源自作用？中间级的分析
中间级是主放大器，它 所采取的一切措施都是为 了增大放大倍数。
F007的中间级是以复合 管为放大管、采用有源负 载的共射放大电路。由于 等效的集电极电阻趋于无 穷大，故动态电流几乎全 部流入输出级。
中间级 输出级
输出级的分析
准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。 电流采样电阻 D1和D2起过流保护作用，未 过流时，两只二极管均截止。
U D1＝U BE14 iO R9 U R 7
指标参数 最大共模输入电压 UIcmax 最大差模输入电压 UIdmax -3dB带宽 fH 转换速率 SR
F007典型值 ±13V ±30V 10Hz
理想值
能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。
超过此值输入级差分管将损坏。 ∞
为什么这么低？
上限截止频率。
0.5V/μS
∞
duO SR dt
动态：
iO iC4 iC2 0
iC1 iC2， iC4 iC3 iC1， iO iC4 iC2 2iC1
uo io (rce 2 // rce 4 // RL ) 2 ib rce 2 // rce 4 // RL Ad u I 2ib rbe1 2ib rbe1
理想值 ∞ ∞ ∞ 0 0 0 0
∞ ∞
二、集成运放的种类
按工作原理

电压放大型：输入量与输出量均为电压 电流放大型：输入量与输出量均为电流 跨导型：输入量为电压，输出量均为电流 互阻型：输入量为电流，输出量均为电压
可控增益：利用外加控制电压控制增益的大小 按可控性 选通控制：输入为多通道，利用输入的逻辑信 号控制那个通道的信号放大
根据晶体管发射极电流 与b-e间的关系：
I E0 I E1 I Se
(U BE0 U BE1 ) UT
I E I Se
U BE
IE U T ln IS
U BE 0 U BE1
Re
I E0 U T ln I E1 Re I E1
VCC U BE0 I E1 I C1 , I R , UT IR R I C1 ln Re I C1 当 2, I E0 I C0 I R
对大信号的反应速度
max
• • • • • • • • • • •
指标参数 F007典型值 开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻 rid 2MΩ 共模抑制比 KCMR 90dB 输入失调电压 UIO 1mV UIO的温漂d UIO/dT(℃) 几μV/ ℃ 输入失调电流 IIO (│ IB1- IB2 │) 20nA UIO的温漂d UIO/dT(℃) 几nA/ ℃ 最大共模输入电压 UIcmax ±13V 最大差模输入电压 UIdmax ±30V -3dB带宽 fH 10Hz 转换速率 SR(=duO/dt│max) 0.5V/μS
2、 消振
通常是外接RC消振电路或消振电容，用它来破坏产生自激 振荡的条件。是否已消振，可将输入端接地，用示波器观察输 出端有无自激振荡。目前由于集成工艺水平的提高，运算放大 器内部已有消振元件，毋须外部消振。
3、 调零
调零时应将电路接成闭环。调零分两种，一种是在无输入时 调零，即将两个输入端接地，调节调零电位器，使输出电压为零。 另一种是在有输入时调零，即按已知输入信号电压计算输出电压， 而后将实际值调整到计算值。
设计过程很简单，首先确定IE0和IE1，然后选定R和Re。
3、比例电流源 改变镜像电流源中IC1=IR的关系，而使IC1大于或小于IR。
U BE 0 I E 0 Re0 U BE 1 I E1Re1
足够大, I R I E 0 , I C1 I E1
U BE 0 U BE 1
iO增大到一定程度，D1导通， 为T14基极分流，从而保护了 T14。 特点： 输出电阻小 最大不失真输出电压高
中间级
输出级
判断同相输入端和反相输入端





F007所具有的高性能 • • • • • • Ad较大：放大差模信号的能力较强 Ac较小：抑制共模信号的能力较强 rid较大：从信号源索取的电流小 ro小：带负载能力强 Uom大：其峰值接近电源电压 输入端耐压高：使输入端不至于击穿的 差模电压大。 • uIcmax大：接近电源电压
90dB
∞
指标参数 UIO的温漂dUIO/dT(℃)
UIO的温漂dUIO/dT(℃) 输入失调电流 IIO
F007典型值 几μV/ ℃
理想值 0
使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。 几μV/ ℃ 20nA 0 0
I IO I B1 I B2
IIO的温漂dIIO/dT(℃) 几nA/ ℃ 0
6.7 集成运放的主要性能指标和集成运放种类
一、主要性能指标 指标参数 开环差模增益 Aod
20 lg Aod
F007典型值 106dB
uO 20 lg (uP u N )
理想值 ∞
差模输入电阻 rid
rid (uP u N ) iP
2MΩ
∞
共模抑制比 KCMR
K CMR 20 lg Aod Ac
6、改进型电流源 在基本镜像电流源的基础上加上射极输出器
T0、T1、T2、具有完全相同的特性
VCC U BE 0 IR R
I C1 I C 0 I R I B 2
IE2 IR 1
则：I C1

IR 2 1 (1 )
2 I C1 2 I B1 IR IR 1 (1 )
通常情况下用通用型运放，特 按性能指标 殊情况下才用专用型运放。 高 阻 型：rid，可高于1012Ω。 用于测量放大器、信号发生器。 高 速 型： fH和SR高， fH可达1.7GHz，SR可达 103V/μS。 用于A/D、D/A转换电路、视频放大器。 高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益， Aod高于105dB。 用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。 低功耗型：工作电源电压低、静态功耗小，在100～200μW。 用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。 大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器……
以复合管为放大管、 用UBE倍增电路消 恒流源作负载的共 除交越失真的准 射放大电路 互补输出级
输入级的分析
共集-共基形式
T1和T2从基极输入、射极输出 T3和T4从射极输入、集电极输出 T3、T4为横向PNP型管，输 入端耐压高。共集形式，输入 电阻大，允许的共模输入电压 幅值大。共基形式频带宽。 Q点的稳定： T（℃）↑→IC1↑ IC2↑ →IC8↑ IC9与IC8为镜像关系→IC9↑ 因为IC10不变→IB3↓ IB4↓ → IC3 ↓ IC4↓→ IC1↓ IC2↓
I R I C0 I B0 I B1 I C
IC
T0的发射结对T1具 有温度补偿作用
2I C

2
IR
若 2 ，则 I C I R
2. 微电流源
要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。
I E1 (U BE0 U BE1 ) Re
U BE UT
Re0
IE0
Re1
则：
I C1 Re 0 I R Re1
4. 多路电流源
UBE0+IE0Re0 =UBE1+IE1Re1 =UBE2+IE2Re2 =UBE3+IE3Re4
因为UBE相差不多，故IE0Re0≈ IE1Re1 ≈ IE2Re2 ≈ IE3Re3
足够大, I C 0 Re 0 I C1Re1 I C 2 Re 2 I C 3 Re3
6.8 使用运算放大器应注意的几个问题
1、 选用元件
通常是根据实际要求来选用运算放大器。如测量放大器的 输人信号微弱它的第一级应选用高输入电阻、高共模抑制比、 高开环电压放，大倍数、低失调电压及低温度漂移的运算放大 器。选好后，根据管脚图和符号图联接外部电路，包括电源、 外接偏置电阻、消振电路及调零电路等。