6-3 电流源电路
三极管组成的电流源电路设计
三极管组成的电流源电路设计三极管是一种重要的电子元件,广泛应用于电子设备中的放大、开关、稳压等电路中。
其中,三极管组成的电流源电路是一种常用的电路设计,可以生成稳定的电流输出。
本文将详细介绍三极管组成的电流源电路的设计原理、特点以及应用。
三极管组成的电流源电路常用于需要稳定电流源的电路中,例如电流源放大器、恒流源驱动器等。
其基本原理是通过合理的电路设计,使得三极管工作于饱和或截止状态,从而产生稳定的电流输出。
下面将详细介绍一种常见的三极管组成的电流源电路设计。
该电流源电路包含一个NPN型三极管、若干电阻和电源电压。
其中,三极管的发射极与负极连接,其基极通过一个电阻与正极相连。
在负极和发射极之间连接一个电阻,同时连接一个恒定的电源电压,该电源电压可以是直流电压或交流电压经整流得到的直流电压。
通过合理的电路设计和参数选取,可以使得三极管工作于饱和或截止状态,从而实现稳定的电流输出。
饱和状态时,三极管的基极电压会接近0.7V,所以通过与基极相连的电阻上的电压也会接近0.7V。
根据欧姆定律,可以得到通过这个电阻的电流值。
当三极管工作于饱和状态时,其发射极与负极间具有固定的电压差,所以通过与发射极相连的电阻上的电流也是固定的。
而当三极管工作于截止状态时,基极电压为零,导致与基极相连的电阻上的电流为零。
但通过与发射极相连的电阻上的电流仍然会保持较小的恒定值,这是因为发射极与负极间的电压并没有变化,所以根据欧姆定律,通过这个电阻的电流依然是固定的。
通过合理的选取电阻和电源电压的数值,可以达到所需要的稳定的电流输出。
同时,该电流源电路具有一定的输出阻抗,使得其能够适应各种不同负载电流的需求。
三极管组成的电流源电路具有以下几个特点:1.稳定性好:通过合理的电路设计和参数选取,可以实现较高的稳定性,使得电流输出变化较小。
2.可调性强:通过调整电阻和电源电压的数值,可以实现不同范围内的电流输出。
3.响应速度快:三极管具有快速开关特性,所以该电流源电路具有较快的响应速度。
康光华《电子技术基础-模拟部分》(第5版)笔记和课后习题(模拟集成电路)【圣才出品】
在电路中,当电源电压VCC 和 VEE 发生变化时, IREF 以及 VBE 也将发生变化,由于
Re的值一般为数千欧,使 IC2 的变化远小于 IREF 的变化,因此,电源电压波动对工作电流
IC2 的影响不大。同时,T0对T1有温度补偿作用,所以 IC1 的温度稳定性也较好。
- VEE
图6-2 微电流源
IIB (IBN IBP ) / 2
输入偏置电流的大小,在电路外接电阻确定之后,主要取决于运放差分输入级BJT的
性能,当它的β值太小时,将引起偏置电流增加。
3.输入失调电流
当输入电压为零时,流入放大器两个输入端的静态基极电流之差称为输入失调电流
IIO:
4.温度漂移
由于温度变化引起的输出电压产生的漂移,通常把温度升高一度输出漂移折合到输入
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第 6 章 模拟集成电路
6.1 复习笔记
一、集成电路中的直流偏置技术
所谓电流源是指电流恒定的电源。电流源电路直流电阻小,交流电阻大,具有温度补
偿作用。它除了可为电路提供稳定的直流偏置外,还可以作为放大电路的有源负载以获得
W4 W1
/ /
L4 L1
I REF
电流源的基准电流为
I REF I D0 Kn0 (VGS 0 VT 0 )2
(3)JFET 电流源
图 6-4 MOSFET 多路电流源
3 / 51
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台
如图 6-5(a)所示,如将 N 沟道结型场效应管的栅极直接与源极相连,则可得到简
射极耦合差分式放大电路对共模信号有相当强的抑制能力,但它的差模输入阻抗很低。 (2)带有源负载的射极耦合差分式放大电路
第6章DC-AC变换技术
由于D2、D3(或D1、D4)续流,电压形成一个与导通期间伏秒积相等的负(正)的面积。如果Q1和Q4(Q2和Q3)导通时间超过Ts/4,波形导通时间变化的影响。由此可见,全桥逆变器在感性负载时不宜采用双极性控制方式。 vAB的有效值和瞬时值为: ——为输出电压角频率。 当n=1时,其基波分量的有效值为: 显然当电源电压和负载不变时,其输出功率是半桥电路的4倍。
图6-6 逆变器输出瞬时电压和电流曲线
图6-7 四象限工作情况
图6-8 反并联二极管
3 、逆变器波形指标 实际逆变器的输出波形总是偏离理想的正弦波形,含有谐波成分,为了评价输出波形的品质质量,从电压角度引入下述几个参数指标: 1)谐波因子(Harmonic Factor) 第n次谐波因子HFn定义为第n次谐波分量有效值同基波分量有效之值比,即 2)总谐波(畸变)因子THD (Total harmonic distortion factor) 该参数表征了一个实际波形同基波分量的接近程度。输出为理想正弦波的THD为零。 3)畸变因子(Distortion factor) 总谐波因子指示了总的谐波合量,但它并不能告诉我们每一个谐波分量的影响程度,畸变因子定义: 对于第次谐波的畸变因子定义如下:
图6-13 方波逆变器输出频谱
因此,我们得出方波逆变器输出的频谱图,如图6-13所示,并有以下结论: (1)方波逆变器输出的方波谐波幅度随着n的增加而减小,其减小系数为1/n; (2)偶次谐波不存在; (3)最低次谐波为3次谐波; (4)由于基波和谐波频率差较小,低通滤波器设计相当困难。 图6-14为方波的各次谐波时域图。
图6-12 全桥电路移相控制方式的工作过程
3傅立叶级数、方波逆变器输出谐波 1)傅立叶级数 傅立叶级数是研究和分析波形形状的工具。为了分析方便,把傅立叶级数的基本定义、概念叙述如下。 在实际问题中,除了正弦函数外,还会遇到许多非正弦的周期函数,为了研究非正弦的周期函数,将周期函数展开成由三角函数组成的级数,即将周期为 的周期函数用一系列三角函数 之和来表示: 其中 都是常数。
6-3-电流源电路资料
Ro
rce (1
rbe
R3
R3
R'B
)
0 •
UCE
式中,R’B=R1‖R2。
(a)
IC
IC
R1
Ro
R2
R3
- UEE
(b)
(c)
需要指出,晶体管实现恒流特性是有条件的,即要保 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。
分压偏置基本放大电路
(a)
U BE2
ro 2 rce3
6.3.4 比例电流源
上面讨论的都是Io等于IR的镜像电流源,但是在模拟 集成电路中也常常需要Io不等于IR的恒流源。其常用 电路如图所示的比例电流源。 •
在镜象电流源电路 的基础上,增加两个发 IR
+U C C R
+U C C
RL
IC2 =Io
射极电阻,使两个发射 极电阻中的电流成一定 V1
Io
Re1 Re2
IR
Re1 Re2
U CC R Re1
当
Io
0.1或
Io
•
10 时, 上式不再成立, 可用下式估算:
IR
IR
Io
IC2
Re1 Re2
IR
UT Re2
1n
IR Io
由于Re2引入了电流负反馈,所以输出电阻ro要比V2的本身 的输出电阻大的多:
ro
rce2 1
I C1
2 1
I C1
I C1
IR
I B3
IR
实验六戴维南定理――有源二端网络等效参数的测定(精)
实验六戴维南定理戴维南定理——————有源二端网络等效参数的测定有源二端网络等效参数的测定一.实验目的1.验证戴维宁定理、诺顿定理的正确性,加深对该定理的理解;2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二.实验原理1.戴维宁定理和诺顿定理戴维宁定理指出:任何一个有源二端网络,总可以用一个电压源U S 和一个电阻R S 串联组成的实际电压源来代替,其中:电压源U S 等于这个有源二端网络的开路电压U OC ,内阻R S 等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接,电流源开路后的等效电阻R O 。
诺顿定理指出:任何一个有源二端网络,总可以用一个电流源I S 和一个电阻R S 并联组成的实际电流源来代替,其中:电流源I S 等于这个有源二端网络的短路短路I SC ,内阻R S 等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接,电流源开路后的等效电阻R O 。
U S 、R S 和I S 、R S 称为有源二端网络的等效参数。
2.有源二端网络等效参数的测量方法(1开路电压、短路电流法在有源二端网络输出端开路时,用电压表直接测其输出端的开路电压U OC ,然后再将其输出端短路,测其短路电流I S C ,且内阻为: SCOC S I U R =。
若有源二端网络的内阻值很低时,则不宜测其短路电流。
(2伏安法一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线,如图6-1所示。
开路电压为U OC ,根据外特性曲线求出斜率tg φ,则内阻为:IU R ∆∆==φtg S 。
另一种方法是测量有源二端网络的开路电压U OC ,以及额定电流I N 和对应的输出端额定电压U N ,如图6-1所示,则内阻为:NN OC S I U U R −=。
(3半电压法如图6-2所示,当负载电压为被测网络开路电压U OC 一半时,负载电阻R L 的大小(由电阻箱的读数确定即为被测有源二端网络的等效内阻R S 数值。
(4零示法在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时,用电压表进行直接测量会造成较大的误差,为了消除电压表内阻的影响,往往采用零示测量法,如图6-3所示。
电路基础1-6电压源与电流源
RS
2)外特性(VAR) uS u
u = us – iRS
输出电流 i 一定时,RS 越 RSi 大,输出电压 u 越小。 RS一定时,输出电流 i 越 大, 输出电压 u 越小。
o
i
RS : 电源内阻,一般很小。
2.理想电流源
定义
电路符号
其输出电流总能保持定值或一定的 时间函数,其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。 直流电流源的 iS 伏安关系 _ + u
§ 1-6 电压源和电流源
一、理想电压源 (Voltage Source)
定义
是一个有源二端元件,其端电压在任意瞬时与其端 电流无关:或者恒定不变(直流情况),或者按照某一 固有函数规律随时间而变化。 电路符号:
a
+ uS US -
+ US –
b
+ – US 为恒定电压源或直流电压源
a
b
时,有时用此图形符号
发出功率,起电源作用
+
u
_
u
_
上 页 下 页
例
解
计算图示电路各元件的功率
i iS 2A
+
5V u
u 5V
P2 A iS u 2 5 10 W
发出
P5V uS i 5 (2) 10 W 吸收
满足:P(发)=P(吸)
返 回
+
_
i
2A
上 页
下 页
实际电源
氢氧燃料电池示意图
返 回 上 页 下 页
3. 太阳能电池(光能电源)
一块太阳能电池电动势0.6V。太阳光照射到P-N结上, 形成一个从N区流向P区的电流。约 11%的光能转变为电 能,故常用太阳能电池板。 一个50cm2太阳能电池的电动势0.6V,电流0.1A
模拟集成电路设计基础62MOS电流源及CMOS运算放大器
❖
2) 设计举例
❖
已知下列条件:
❖ ·Ir=10 μA, Io1=5 μA, Io2=20 μΑ, 电源电 压UDD=3.3 V;
❖ ·已知KN=μnCox=17 μΑ/V2, UTH=0.9 V;
❖ ·1 μm工艺。
❖ 试设计一个如图 6 - 2 所示的恒流源电路。
表 6 - 1 各MOS管的尺寸
6.1 引 言
❖
随着微电子技术和计算机技术的发展,
数字化已成为信号处理的主流技术, 显示出
越来越多的优越性。 那么, 是否模拟信号处
理从此变成无用的技术而被数字技术全部代
替了呢? 事实并不是这样的, 模拟技术在某
些领域反而“热”了起来, 这是因为:
❖
·自然界的物理量绝大部分都是以
模拟量的形式呈现的, 如电、 磁、 光、
❖ 6.2.2 CMOS运算放大器
❖
1. MOS管有源负载放大器
❖
为了增大增益, 避免集成电路
制造大电阻, 往往采用有源负载。 由于
NMOS管的性能优于PMOS管, 所以放
大管都用NMOS, 而负载管可用增强型
NMOS管、 耗尽型NMOS管和PMOS管,
后者构成互补型CMOS放大器。 差分放
大器有其独特的优点, 所以有源负载
(μn、 Cox相同, UTH相同), 栅源电压也 相同, 所以
Io1 Ir
I D1 Ir
W1 W0
/ /
L1 L0
1 1
U DS1 U DS 0
(6 - 3)
如果UDS1≈UDS0, 或沟道调制效应很弱 , 那么
1 UA
0
Io1 W1 / L1 1
(6 - 4)
电路分析基础第6章习题答案
i(mA) o
t(ms)
-10
=16.5ms
(b)
R
+
C
U -
(c)
设N1的模型如图(c)所示 R
C
16.5 103 5 106
3.3 k
由图(b)可得 i(0 ) 10 mA
开关闭合后瞬间 Ri(0 ) U 0
U 3.3 (10) 33 V
6-10 电路如图题6-9(a)所示,已知N1仅含直流电源及电阻,电容 C=5F,初始电压为零。在 t =0 时开关闭合,闭合后的电流波形如
+200V 60k 40k
6k 1000pF
+ ua uC -
-300V
时间常数为: RoC (60k // 40k 6k)109 3105 s
稳态时
uC ()
200 (300) 60k 40k
40
300
100
V
uC
(t)
uC
()(1
e
t
)
100(1
e
105 3
t
)
V
t≥0
105 15106
1M i(t)
uS/V
+
+
10
-uS
1F uC(t) -
O
t/s
这是一个零状态响应
时间常数为: RC 106 106 1 s
稳态时 uC() uS 10 V
uC
(
t
)
uC
()(1
e
t
)
10(1
e
t
)
V
t≥0
i(t) C duC(t) 106 10e t 105 e t A t≥0 dt
(2)若电压u(t)的波形如图(c)所示,试确定N1的可能结构;
§1-6电压源与电流源的等效转换
§1-6电压源与电流源的等效转换在§1-2节中,根据实际电压源与实际电流源的外部特性,建立了实际电压源与实际电流源的电路模型,分别如图1-6-1()()a b 所示,其中()a 为一个理想电压源与一个电阻串联而成,是实际电压源模型;()b 为一个理想电流源与一个电阻并联而成,是实际电流源模型。
当一个实际电源的内阻很小时,可近似为一个理想电压源;当一个实际电源的内阻很大时,可近似为一个理想电流源。
上述实际电源的两种电路模型可以相互等效转换。
当图1-6-1()a 端口特性e e U I -、图1-6-1()b 端口特性i i U I -相同时,则说明对外界电路而言,它们是相互等效的。
下面推求它们彼此等效的条件。
从图1-6-1()a 可知:e S e e U U R I =- (式1-6-1)从图1-6-1()b 可知:()i S i i i S i i U I I R R I R I =-=- (式1-6-2)比较(式1-6-1)(式1-6-2)得到:/e i i e S i S S S iR R R R U R I I U R ==⎧⎧⎨⎨==⎩⎩ (式1-6-3) 当e R i R =,S i S U R I =时,上述两式表达的伏安特性相同,它表明将一个实际电流源的电路模型转换为一个实际电压源的电路模型时,与理想电压源串接的电阻e R 就等于与理想电流源并接的电阻i R ,理想电压源的开路电压就等于理想电流源的电流S I 与其并联电阻i R 的乘积,也即是实际电流源的开路电压;同理,将一个实际电压源的电路模型转换为一图1-6-1个实际电流源的电路模型时,与理想电流源并接的电阻i R 就等于与理想电压源串接的电阻e R ,理想电流源的电流就等于理想电压源的电压S U 除以其串联电阻e R ,也即是实际电压源的短路电流。
值得指出的是:理想电压源e (R 0)=与理想电流源()i R =∞不能相互转换。
第六章《集成运算放大电路》
U od = U od 1 U od 2 = A u1 U id A u 2 ( U id ) = 2 A u 1 U id
U od 结论:差模电压放大倍数等于 结论: Ad = = A u1 半电路电压放大倍数。 半电路电压放大倍数。 2 U id
21
§6-3.差分放大电路
(2)共模输入方式
非线性区: 非线性区:
u o只有两种可能 : + U OM或 U OM
7
§6-2.集成运放中的电流源电路
( 一) 电 流 源 概 述
一、电流源电路的特点: 电流源电路的特点:
这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。 这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。 BJT、FET工作在放大状态时 工作在放大状态时, 1、BJT、FET工作在放大状态时,其输出电流都是具有恒流特 性的受控电流源;由它们都可构成电流源电路。 性的受控电流源;由它们都可构成电流源电路。 在模拟集成电路中,常用的电流源电路有: 2、在模拟集成电路中,常用的电流源电路有: 镜象电流源、精密电流源、微电流源、 镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等 电流源电路一般都加有电流负反馈。 3、电流源电路一般都加有电流负反馈。 电流源电路一般都利用PN结的温度特性, PN结的温度特性 4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性,对电流源电路进 行温度补偿,以减小温度对电流的影响。 行温度补偿,以减小温度对电流的影响。
差模输入信号为Ui1 - Ui2=2 Uid 差模输入信号为U
差模输入方式
定义: 定义:Ad=Uod/2Uid
20
§6-3.差分放大电路
A u1 U od 1 = U i1
U od 2 U i2
A u2 =
电流源电路
电流源电路电流源电路【1】howland电流源电路(一)最近研究了一些典型的电流源电路。
阅读了几遍经典的电流源电路设计应用手册。
结合工作中的经验把它他整理出来分享给大家。
力争在这一系列文档里,把常见的电流源电路分析全面。
第一小节,先从我最近刚刚设计的一个howland电路开始。
一个项目要求将交流电压信号变化为输出+/-50mA的交流电流信号,以便长距离传输。
输入信号为有效值为+/-5V的50Hz交流电压信号。
信号误差要保持在1%以内。
供电用+/-12V到+/15V都可以。
这个电路可以用分立器件来设计,用运放驱动一个AB类功放。
AB类功放的输出端串联一个电阻作为取样电阻。
电流流过取样电阻形成的电压信号即为反馈信号。
这样设计有突出的缺点,使用分立器件较多,输出器过于复杂,还不易控制精度。
因此本文推荐一个更为简单的电路——howland电流源电路。
Howland 电路的基本原理图如下:其中X1G表示理想运放。
根据理想运放的虚短、虚断特性我们可以推导出此howland 电路输出电流与输入电压VP,VM的关系公式如下:[2]在实际的电路设计中我们通常使得RX=RF and RZ=RI。
这样上面的公式就可以简化为:电路输入的信号是单极性电压信号,可以把VM接地,即电压为0。
这样可以进一步简化公式来确定各电阻的值。
电流源电路【2】howland电流源电路(二)根据上一小节的要求和howland电路设计原理。
方案设计如下图:电路选用最大可以输出200mA的大电流运放OPA551。
使用单运放来实现高精度的正负电流输出。
OPA551的最大失调电压为5mV。
而本设计要求的最大输入信号为7.071V。
因此失调电压的影响会小于0.1%。
电流流过的四个高精度电阻R5-R8形成的电压信号作为反馈信号反馈给正输入端电阻R4。
使用四个电阻的原因是,四个电阻可以分担输出的电流,保证电阻的产生的热量远低于额定功率; 再则这样可以匹配出更精确的阻值。
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图2-11
解:根据电阻并联电流分流公式,可得:
,
。
因此有: 根据KVL,可得:
.
第3章 电阻电路的一般分析
一、选择题 1.如图3-1所示电路,4A电流源产生功率等于( )。[西安电子 科技大学2010研]
图3-1
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】根据KCL,可知:
功率为:
。
,因此 ,电流源产生的
G2=0.5 Is2=2.5A 电流方向为向上流动 两个电流源并联 Is=1.25A G并=0.75 再转化为电压源 Us=1.25×4/3=1.67 则b节点相对于下端5V电压源电压为1.67V 由于电流源内阻为0则a节点相对于下端5V电压源电压为5*2+3= 13V 综上Uab=13+5-1.67=16.33V。
则总电流
分流后有
第2章 电阻电路的等效变换
一、选择题 1.图2-1所示电路,电流 应为( )。[南京航空航天大学2012 研] A.2.8A B.1.4A C.-1.4A D.0
图2-1 【答案】C 【解析】因为电流 所在支路无电阻,故可将两端节点合并。 由并联分流原理得流过 电阻电流为: 流过 电阻电流为: 再由结点KCL有: 2.如图2-2所示电路中,有源一端口网络ab的短路电流 A,当 R=5Ω时,R消耗的功率为20W;当R=20Ω时,R消耗的功率为
A.
B. C. D.
图2-3 【答案】A 【解析】等效电路如图2-4所示。
可得:
图2-4 。
二、填空题 1.图2-5电路的等效电阻 =_____。[华南理工大学2012研]
【答案】
图2-5
【解析】如图2-5所示,两条支路电压相等,电流2I为I的2倍,所以 右边支路的等效电阻为20Ω的一半,为10Ω,所以并联支路的电阻为
测控电路 第三版 (张国雄 主编) 机械工业出版社 完整答案版习题参考答 ca6
uo
R2
+ N
w.
VD1 ∞ + VD2
R3
网
案
R
b)
答
a)
图 6-36 题 6-5 图
运算放大器同相端两个门限电压为:
课 后
此电路为一施密特电路。比较器输出的高、低电压分别为稳压管稳压值 UZ、-UZ,因此
U1 =
R3 R2 UZ + UR R2 + R3 R2 + R3
,
U2 = −
R2 R3 UZ + UR R2 + R3 R2 + R3
当 ui< UR 时,VD1 截止,uo 输出为稳压管稳压值 UZ ;当 ui> UR 时,VD1 导通,运算放大器 输出负向饱和电压-E,VD2 截止,uo=0,此时运算放大器同相端门限电压为: 当 ui 由大变小并小于 UT 时,uo = UZ。
UT = −
R2 R UZ + UR R2 + R R2 + R
课 后
R3 Ub =1 , R2
(1 +
UF = 5mV , 2n
取 n=11,即输入端数字量要 11 位。
6-8 图 6-25 所示为加权电阻网络 D/A 转换器, 若取 n=8, UR=10V, R=2R1, 试求 Din=00110011 时的值。 根据公式
3
kh da
∞ +
R3
R3 ) × 5 = 11 R2
1
课 后
在以微型计算机为核心组成的数据采集及控制系统中,必须将传感器输出的模拟信号
答
案
网
ww w.
kh da
w.
co
模拟电路6-3
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。
T16、T17为复合管
F741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
6.3.2 集成运算放大器741 输出级的分析
T14 T20 互补输出级
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632集成运算放大器741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
6.3 集成电路运算放大器
6.3.1 集成运放基本知识
6.3.2 集成运算放大器741
6.3.1 集成运放基本知识
通用型集成运放(Operational Amplifier)的组成
甲乙类互补对称
功率放大电路 (OCL)
可消除交越失真。 特点: 输出电阻小 最大不失真输出电压高
中间级
输出级
6.3.2 集成运算放大器741
判断同相输入端和反相输入端
集成运放的特点: •电压增益高 •输入电阻大 •输出电阻小
偏置电路: 镜像电流源,微电流源。
输出级: OCL 电路,带负载能力强
6.3.1 集成运放基本知识
3、集成运放电路分析 读图方法:
已知电路图,分析其原理和功能、性能。 (1)了解用途:了解要分析的电路的应用场合、用途和技术 指标。 (2)化整为零:将整个电路图分为各自具有一定功能的基本 电路。 (3)分析功能:定性分析每一部分电路的基本功能和性能。 (4)统观整体:电路相互连接关系以及连接后电路实现的功 能和性能。 (5)定量计算:必要时可估算或利用计算机计算电路的主要 参数。
模拟电子技术 CH6-3集成电路运算放大电路
(3) T8 、 T9为一对横向PNP管,作镜象电流源,
IE8 = IE9 ≈ IC10为T1、 T2提供偏置电流。
由于电路对称,静态时
IC1 = IC2 ≈ IC3 = IC4 ≈ IC5= IC6 ≈ IC10 /2
*
(4)输入级存在直流反馈,稳定Q点,抑制零漂 当T↑ →( IC3 + IC4)↑ → IE8 ↑ → IE9 ↑ → IC9 ↑ ( IC3 + IC4)↓ I3、 4↓
6.4 集成电路运算放大器
6.4.1 CMOS MC14573集成电路运算放大器
6.4.2 BJTLM741集成运算放大器
差分放大级:抑制共模信号,提高CMMR,抑制零漂。 它的两个输入端为集成放大器的同相、反相输入端 电压放大级:由一级或几级电压放大器组成,提高AV 。 输出级:由电压跟随器或互补电压跟随器(功率放大器) 组成,↘Ro,↗Po, ↗带载能力。 偏置电路:为各级提供合适的偏置电流。 辅助环节:如电平移动电路、过载保护环节、高频补偿环节。
输出端
•电压增益高
•输入电阻大 •输出电阻小 *
6.4.2 BJTLM741集成运算放大器
1、偏置电路: (1)主偏置电路:从+VCC →T12 →R5 →T11 → -VEE 决定基准电流IREF 。 (2) T10 、 T11为微电流源,而 IC10 ≪ IREF ,
由IC10为输入级的T3 、 T4提供偏置电流。
原理电路图:
正、负两个电源供电
⒈反相 输入端 ⒉同相 输入端
两个输入端,一个输出端。
*
①主偏置电路: R、D电路,R8、T8组成
VCC+VEE - VBE IREF = R8
电路6-3
Ceq可称为n个电容串联的等效电容。
2、电容的并联 n个电容相并联的电路,各电容的端电压是同 一电压 u。
i
+
i
i1 i2
C2 Cn
in +
u
-
C1
u
-
Ceq
根据电容的伏安关系,有
du du du i1 C1 , i2 C 2 ,...,in C n dt dt dt
由KCL,端口电流
tLeabharlann tid由KVL,端口电压
u u1 u2 un
1 1 1 t 1 id C C C Ceq 2 n 1
t
id
n 1 1 1 1 1 式中 ... Ceq C1 C2 Cn k 1 Ck
6.3 电容、电感元件的串、并联
1、电容的串联 n个电容相串联的电路,各电容的端电流为同 一电流 i。
i + +
C1
u1 -
C2
+ u 2
Cn
+ un -
i
+
u -
u
-
Ceq
根据电容的伏安关系,有
1 u1 C1 1 id , u 2 C2
t
1 id ,......,u n Cn
du du i i1 i2 ... in (C1 C 2 ... C n ) C eq dt dt
式中 Ceq C1 C 2 ... C n Ceq为n个电容并联的等效电容。
C
k 1
n
k
例: 如图所示电路,各个电容器的初始电压均为零, 给定 C1 1F , C2 2F , C3 3F , C4 4F试求ab间的等 值电容C C4 C1 a
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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(即引入电流负反馈), 便得到图(b)所示的单管电流源电路。
I E1 U BE1 U T ln I S1 U BE 2 U T ln IE2 I S1 IS2 U BE1 U BE 2 I E1 IE2 U T ln U T ln IE2 I E1 IE2 IS2
所以
当两管的射极电流相差10倍以内时: I E1 U BE1 U BE 2 UT ln UT ln 10 60m V IE2
(b ) 镜像电 流等效电 路
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镜像电流源电路的交流电阻:
V Ro = T IT
由于 T2 的集电极电流 基本不变。所以交流量 0 I
T
V Ro = T IT
一般Ro在几百千欧以上
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当β>>1时
I E1 Re1 I E2 Re2
I E2 I C2 I B2 I C2 I o I E1 I R I B2 I R
I o Re1 I R Re 2
Re2 可见,Io与IR成比例关系,其比值由Re1和Re2确定。参 考电流IR现在应按下式计算: U CC U BE1 U CC IR R Re1 R Re1
1
2
IC 1 V1 IE
IB
3
V1 IB
1
V2 IB
2
1
VDE
2
IDE
2
(a )
威尔逊电流 源
(b ) 威 尔 逊 等 效 电 路
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当β=20时, 威尔逊电流源的输出电流Io与参考电流IR之
间的相对误差是:
I o I o I R 2 2 2 0.45% 2 IR IR 2 2 442
6.3.4 比例电流源 上面讨论的都是Io等于IR的镜像电流源,但是在模拟 集成电路中也常常需要Io不等于IR的恒流源。其常用 电路如图所示的比例电流源。
在镜象电流源电路 的基础上,增加两个发 射极电阻,使两个发射 极电阻中的电流成一定 的比例关系,即可构成 比例电流源。
+U CC IR R RL
+U CC IC2 =Io
1
I E3
+U C C RL IC =Io
3
2 2 IC IC IC 1 1
3 1
1
+U C C IR R IB
3
+U C C RL IC =Io
3
2I B IC
V3 IE IC
3
V3 IE
1
1
2
IC1 V1 IE
IB
3
V1 IB
1
V2 IB
2
1
VDE
2
IDE
IB V1 IE Re
2
V2 Re IE
1
1
2
2
图 6 – 16 比例电流源
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由于V1与V2的特性完全相同,所以有因两三极管基 极对地电位相等,于是有:
U BE1 I E1R1 U BE 2 I E 2 R2
因为
qU kT ID Is e 1
I DE1
I E2
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由于两管特性相同,所以有:
I s1 I s2 T1 T2 U BE1 U BE2 I DE1 I E2
I R I DE1 I B2 I E2 I B2 I C2 I B2 I B2 I C2 2
Re1
I o I C2
UT IR IR 1n Re2 Re2 Io
Re1
由于Re2引入了电流负反馈,所以输出电阻ro要比V2的本身 的输出电阻大的多:
Re2 ro rce2 1 Re rbe 2 2
由上面可知:I DE2 I E1
2
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I E3 I B1 I DE 2 I B1 I E1 I B1 I B1 I C1 2 I B1 I C1
I C3 I E3
+U C C IR R IB
3
I C1
14(a)可以等效为图 6 - 14(b)。
由第一章公式(1 - 1)可知, PN结的伏安特性方程为:
qU kT ID Is e 1
所以流过V1管与V2管发射结的电流分别为:
1 qUBE kT I s1 e 1 1
2 qUBE kT I s2 e 2 1
镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等
3、电流源电路一般都加有电流负反馈。 4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性,对电流源电路进 行温度补偿,以减小温度对电流的影响。
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二、电流源电路的用途:
1、给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏
置电流,以获得极其稳定的Q点。 2、作各种放大器的有源负载,以提高增益、
U BE1 U BE 2
I E1 UT ln IE2
UT ln 10 60m V
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即室温下,两管的UBE相差不到60mV,仅为此时两管 UBE电压(>600mV)的10%。因此,可近似认为UBE1≈UBE2。
UBE1 I E1R1 UBE2 I E 2 R2
2
(a ) 威尔逊电流 源
(b ) 威 尔 逊 等 效 电 路
2 2 IC IC IC 1 1
3 1
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1
I C1 I R I B3 I R
当(β2+2β+2)>>2时,
1
I C3
2 I o I C3 I R 1 2 2 2
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威尔逊电流源是为了在低的情况下仍能获得较好的 镜像特性而设计的。电路如下图:
+U C C IR R IB
3
6.3.3
+U C C RL IC =Io
3
+U C C IR R IB
3
+U C C RL IC =Io
3
2I B IC
V3 IE IC
3
V3 IE
2
+U CC RL IC =Io
2
R IR
2IB
V1 IB IE
1 1
V2 IB
2
V2 IE VDE IB
1 2
2
IDE
IE
1
2
(a ) 镜像电流源
(b ) 镜像电流等效电路
图 6 – 14 镜像电流源及等效电路
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因为V1管的集电极和基极之间短路, 所以V1管仅仅相当于 一个由其发射结构成的二极管, 将其记作VDE1 , 因此, 图 6 -
图 (c)为该电路等效的电流 源表示法,图中Ro为等效电 流源的动态内阻。利用图 (b) 电路的交流等效电路可以证 明,Ro近似为: R3 Ro rce (1 ) rbe R3 R' B 式中,R’B=R1‖R2。
IC R1 IB R2 0 UCE (a) R3 Ro IC IC
- UEE
I C2
2 1 I C2
+U C C +U C C RL IC =Io
2
+U C C R IR IC
1
+U C C RL IC =Io
2
R IR
2IB
V1 IB IE
1 1
V2 IB
2
V2 IE VDE IB
1 2
2
IDE
IE
1
2
(a ) 镜像电 流源
(b ) 镜像电 流等效电 路
+U C C +U C C RL IC =Io
2
当β>>2, UCC>>UBE2时, 则:
I o I C2
+U C C
U CC IR R
+U C C RL IC =Io
2
R IR IC
1
R IR
2IB
V1 IB IE
1 1
V2 IB
2
V2 IE VDE IB
1 2
2
IDE
IE
1
2
(a ) 镜像电 流源
1
1
2
IC1 V1 IE
IB
3
V1 IB
1
V2 IB
2
1
VDE
2
IDE
2
(a )
威尔逊电流 源
(b ) 威 尔 逊 等 效 电 路
图 6 – 15 威尔逊电流源及等效电路
图中V1、V2、V3的特性完全相同。V1与V3工作在放 大状态;V2相当于一个由发射结构成的二极管。RL 是后级电路的等效电阻 。
I o I C3 I R
ro
Io IC3 I R
+U C C RL IR IC =Io
3
U CC U BE3 U BE2 R