电流源

根据运算放大器的技 • 4.5.6 功率型 术指标可以对其进行分类，
主要有通用、高速、宽带、
高精度、高输入电阻和低
功耗等几种。
4.5.1 通 用 型
通用型运算放大器的技术指标比较 适中，价格低廉。通用型运放也经过了 几代的演变，早期的通用Ⅰ型运放已很 少使用了。以典型的通用型运放CF741 (A741)为例，输入失调电压1～2 mV、 输入失调电流20 nA、差模输入电阻2 M，开环增益100 dB、共模抑制比90 dB、输出电阻75 、共模输入电压范围 13 V、转换速率0.5 V/s。
5.最大共模输入电压Uicmax
(maximum common mode input voltage)在保证运放正常工作条件下， 共模输入电压的允许范围。共模电压超 过此值时，输入差分对管出现饱和，放 大器失去共模抑制能力。
6.－3dB带宽 f H ： (-3dB band width) 运算 放大器的差模电压放大倍数在高频段下降3dB 所定义的带宽 f H 。
集成运放的电压传输特性
uO=f(uP-uN)
在线性区：
uO＝Aod(uP－uN) Aod是开环差模放大倍数。
非线 性区
由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。
(uP－uN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是 ＋UOM , 就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。
3.共模抑制比 KCMR (common mode rejection ratio) ：与差分放大电路中的定义相同，是差模
电压增益 Aud 与共模电压增益 Auc 之比，常用分 贝数来表示。
KCMR=20lg(Aud / Auc )
(dB)
4.最大差模输入电压Uidmax
(maximum differential mode input voltage)运放两 输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时, 差分管将出现反向击穿现象。
反相输入端 同相输入端
V V
输出端
4.4.2运算放大器的动态技术指标
1.开环差模电压放大倍数 Aod (open loop voltage gain) ：运放在无外加反馈条件下，输出
电压的变化量与输入电压的变化量之比。
2.差模输入电阻Rid (input resistance) ：输入差 模信号时，运放的输入电阻。
4.5 运算放大器分类
为满足实际使用中对
集成运放性能的特殊要求，• 4.5.1 通用型
除性能指标比较适中的通 用型运放外，发展了适应
•
4.5.2 高速型和宽带型
不同需要的专用型集成运 • 4.5.3 高精度(低漂移型）
放。它们在某些技术指标 • 4.5.4 高输入阻抗型
上比较突出。
• 4.5.5 低功耗型
4.5.2高速型和宽带型
用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高 速数据采集测试系统。这种运放的单位增益 带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放 大时，可注重fH或fc，用于高速大信号放大时， 同时还应注重SR。
b
2
I
R
空载时T1管的静态集电极电流
b
ICQ1 = IC 2 = b 2 I R
ui
uo
Ui
Au
=
β1 (rce1 // rce2 // Rb rbe1
RL )
若RL rce1 // rce2
Au
β1 RL Rb rbe1
vi
Uo
vo
有源负载差分放大电路
电路组成
T1、T2管为差分对管 T3、T4为镜像电流源 T3、T4为构成T1、T2管 的有源负载
二、集成运放的组成
偏置电路：为各 级放大电路设置 合适的静态工作 点。采用电流源 电路。
输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad 大， Ac小。 中间级：主放大级，多采用共射放大Hale Waihona Puke Baidu路。要求有足够 的放大能力。 输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最 大不失真输出电压尽可能大。
第四章 集成运算放大电路
4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放中的电流源电路 4.3 集成运放电路简介 4.4 集成运放的性能指标 4.5 集成运放的种类
4.1 集成运算放大电路概述
一、概述 集成电路：把整个电路中的元件制作在一块硅基片上，构成
特定功能的电子电路。
4.1 集成运算放大电路概述
一、概述 集成电路：把整个电路中的元件制作在一块硅基片上，构成
特定功能的电子电路。
集成电路按其功能来分：
数字集成电路
模拟集成电路
模拟集成电路包括：
集成运算放大器 集成功率放大器 集成稳定电源 集成乘法器 集成锁相环 集成数模转化器
集成运放的特点
集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接 耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。 （1）因为硅片上不能制作大电容，所以集成运放地均采用 直接耦合方式。 （2）因为相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和 干扰等影响后的变化也相同，所以充分利用管子性能良好 的一致性采用差分放大电路和恒流源电路。 （3）因为制作不同形式的集成电路，只是所用掩模不同， 增加元器件并不增加制造工序，所以集成运放用复杂电路 实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺 的复杂性。 （4）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作 的大电阻。 （5）采用复合管。
IC0 = IC1
Io = IC1
IR = IC0 IB2
IR
=
I Co
IB2
=
I Co
IE2
1 b2
IR
=
I C1
2I B1 1 β2
=
I C1
2I C1 (1 β2 ) β1
IC1 = 1
IR 2
=
IR
1 2
(1 β3 ) β2
(1 b )b
IC1 IR
三、多路电流源
U BE0 I E0 Re0 = U BE1 I E1Re1 = U BE2 I E2 Re2 = U BE3 I E3 Re3
入电流的大小。
I IB
=
I IB1 I IB2 2
4.输入失调电压温漂 dUio /dT
在规定工作温度范围内，输入失 调电压随温度的变化量与温度变 化量之比值。
5.输入失调电流温漂dIio /dT
在规定工作温度范围内，输入失调电 流随温度的变化量与温度变化量之比 值。
6. 直流电源电压:是集成运算放大器工作时加的正、负直流 电源电压。
I E0Re0 I E1Re1 I E2Re2 I E3Re3
4.2.4 电流源用作有源负载
uo ui
T1管为放大管，T2管与T3管构成镜像电流源
T2管是T1管的有源负载 T2管与T3管特性完全相同 b2 = b3 = b
IC2 = IC3
基准电流
IR
= VCC
U EB3 R
由I C
=
b
4.2 集成运放中的电流源电路
• 引言 • 三极管电流源电路
电流源（恒流源）电路由于具有动态
输出电阻大，输出电流恒定的特点，
I
它们在集成运放中被广泛使用，恒流
源电路主要有两个用途:
(1) 为放大电路提供合适而稳定的偏 置电流
(2) 作放大电路的有源负载
一、基本电流源电路
它的特点是工作三极管的集电极电流是电流源电路
（1）镜像电流源 的镜像(电流相等）
三极管T0 、T1 特性完全相同，
b =b =b
0
1
IR
=
VCC
U BE R
UBE0= UBE1= UBE ,则 I B0 = I B1 = I B
IC0 = IC1 = IC = bIB
IR = IC0 2IB
IR
=
IC
2IC β
b IC = b 2 IR
β很大, IC1 IR
IE1R e1
UTln
IE0 IE1
IE0R e0
当β>>2时 IC0 IE0 IR
IC1 IE1
IC1
UT R e1
ln
IR IC1
IR
R e0 R e1
适当选取参数，
则
IC1
UT R e1
ln
IR IC1
IR
R e0 R e1
IR
R e0 R e1
其中
IR
=
VCC U BE0 R R e0
(2) 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，即可构成比例电流源。
比例电流源指IC1和IR呈比例关系
U BE0 I E0R e0 = U BE1 I E1R e1
由三极管的特性有
UBE
IE = IS (e UT 1)
U BE
UTln
IE IS
U BE0
U BE1
UTln
IE0 IE1
7.单位增益带宽 f c (BWG)——(unit gain band width) Aod 下降到1时所对应的频率，定义 为单位增益带宽 f c 。
8.转换速率S R (压摆率)—(slew rate)反映运放 对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速
率SR的表达式为
SR
=
d uo dt
max
是在大信号作用下输出电压在单位时间变化量 的最大值
IR
I E0
I eUBE0/UT S0
Io
=
IC1
I E1
I eUBE1/UT S1
UBE
= UBE0
UBE1
= UT (ln
IR IS0
ln
IC1) IS1
一般有 IS0= IS1，所以
I C1=
UBE Re
=
UT Re
ln IR I C1
IR
=
VCC
U BE0 R
二、改进镜像电流源
T0、T1管发射结电压相同
三、集成运放的符号及电压传输特性
(a)
(b)
模拟集成放大器的符号
(a) 国家标准符号 (b)原符号
运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出 端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端 相同，用符号‘+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信 号变化的极性与输出端相异，用符号“-”表示。输出端一般画在 输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。实际的运算放大器 通常必须有正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端。
理想运算放大器的条件
满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算 放大器。
1.差模电压放大倍数Aud=，实际上Aud≥80dB即可。 2.差模输入电阻Rid=。 3.输出电阻Ro=0。
4.带宽足够宽。
5.共模抑制比足够大。 实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器 都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放 大器的某个技术指标明显下降即可。
2.输入失调电流 IIO (input offset current) ：在零输入 时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征
差分级输入电流不对称的程度。
I IO = I B1 I B2
3.输入偏置电流IIB (input bias current) ：运放两个 输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输
电流源负载使单端输 出电路，具有双端输出 电路的特性
Au
b 2 (rce2
// rce4 rbe 2
// RL )
4.3 集成运算放大器简介
F007电路中的放大电路部分
4.4 集成运放的性能指标
运算放大器的技术指标很多，其中一 部分与差分放大器和功率放大器相同，另 一部分则是根据运算放大器本身的特点而 设立的。各种主要参数均比较适中的是通 用型运算放大器，对某些项技术指标有特 殊要求的是各种特种运算放大器。
几代产品中输入级的变化最大！
集成运算放大器
反相输入端 同相输入端
输 入 中间级 输出级 级
输出端
互补推挽式功率放大器
有源负载放大器
差分放大电路
简单的集成运放
原理电路：
Rc1
Rc2
同相输入端
v ++
v- +
反相输入端
T1 T2
I
s 输入级
R
c3
T3
++ VCC
T4 v+
o
T5
中间级
输出级
+- VEE
静态：
I E1
=
IE2
=
1 2
I
IC1
=
IC2
1 2
I
若b3 2,则IC3 IC1
IC3 = IC4 IC4 IC1
io = IC4 IC2 0
当差模信号输入时： iC1 = iC2
而iC3 = iC1
由于iC
3和iC
的镜像关系
4
iC
3
=
iC 4
io = iC4 iC2
iC1 (iC1) = 2iC1
4.4.1运算放大器的静态技术指标 4.4.2运算放大器的动态技术指标
4.4.1运算放大器的静态技术指标
1.输入失调电压UIO (input offset voltage) ：输入电压 为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入
端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。
U IO
=
UO Aud
改变Re0、Re1的比值，就可改变IC1和IR的比例关系
(3) 微电流源
微电流源电路如图所示，通过接入Re电阻 得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，适 用微功耗的集成电路中。
U BE0 = U BE1 I E1Re I E1Re = U BE0 U BE1 = U BE I o = I C1 I E1 = U BE / Re