模擬電路網絡課件 第二十五節:集成運算放大器中的電流源

6.1 集成運算放大器中的電流源

一、三極管電流源

電流源是模擬集成電路中應用十分廣泛的單元電路。它可以為放大電路提供穩定的偏置電流，或作為放大電路的有源負載，提高放大電路的增益。

圖2 常見形式?? 圖3 等效符號

根據電路理論的知識，我們知道電流源電路屬于單口網絡。電流源的端口電流具有恒流特性，即端口電流不隨負載的變化而變化。用三極管BJT構成電流源時，只要使基極電流IB保持不變，輸出集電極電流也將保持恒定。

電流源電路

圖1是一個分壓式射極偏置電路，它的直流通路就是三極管構成的電流源電路。(點擊右邊圖片中的三角按鈕可觀看動畫。)

特別注意

電流源電路是單口網絡，不再有輸入信號，輸出端口在集電極上。Rc作為電流源的負載，IC也就是電流源的輸出電流。

電流估算及動態電阻

由射極偏置電路靜態工作點估算法可求出電流源的輸出電流

由射極偏置電路輸出電阻的求解過程可知，從電流源端口看進去的交流等效電阻為：

由BJT的H參數小信號模型可知，rce一般較大，達數百千歐。因此，電流源的交流等效電阻ro（等效內阻）很大。由于Rc在電流源中已被看作負載，所以為方便起見，圖1經常畫成圖2的形式。圖3為等效符號。

電流源的特點

端口電流恒定，交流等效電阻大。

為了進一步提高電路的溫度穩定性，可以對三極管進行溫度補償，相關電路請參見思考題。

二、鏡像電流源

鏡象電流源

鏡象電流源可由三級管電流源演變而來，點擊右圖上的播放按鈕可觀看演變過程。

由于T1和T2的發射結并聯在一起，當T1、T2的特性相同時，T1對T2有很好的溫度補償作用，可以大大提高電流源的溫度穩定性。

電流估算

根據PN結的伏安特性可知，BJT發射結的電壓VBE和電流IE的關系有:

由于兩管的VBE相同，所以他們的發射極電流和集電極電流均相等。電流源的輸出電流，即T2的集電極電流為

當b>>1時?

由上式可以看出，當R和VCC確定后，基準電流IREF也就確定了，IC2也隨之而定。我們把IREF看作是IC2的鏡象，所以稱為鏡象電流源。

提高鏡象精度

在圖1中，當b不夠大時，IC2與IREF就存在一定的差別。為了減小鏡象差別，在電路中接入BJT T3，如圖2動畫所示。

利用T3的電流放大作用，減小了IB對IREF的分流作用，從而提高了IC2與IREF互成鏡象的精度。

鏡象電流源電路適用于較大工作電流（毫安數量級）的場合，若需要減小IC2的值（例如微安級），可采用微電流源電路。

三、微流源

微電流源

為了減小IC2的值，可在鏡象電流源電路中的T2發射極串入一電阻Re2，如圖1動畫所示，便構成微電流源。由電路可得

所以

用阻值不大的Re2就可獲得微小的工作電流。一般VBE2 << VBE1，T2工作在輸入特性曲線的彎曲部分。

多路電流源

在模擬集成電路中，經常用到多路電流源，圖2為一種典型的多路電流源。T1、T2、T3的基極是并聯在一起的。電路用一個基準電流IREF獲得了多個電流。

四、電流源用作有源負載

由于電流源具有交流電阻大的特點，所以在模擬集成電路中被廣泛用作放大電路的負載。這種由有源器件及其電路作為放大電路的負載稱為有源負載。

圖1為共發射極有源負載放大電路。T1是共射極組態的放大管，信號由基極輸入、集電極輸出。兩個PNP管和電阻R組成鏡象電流源代替Rc，作為T1的集電極負載。電流IC2等于基準電流IREF。

根據共射放大電路的電壓增益可知，該電路電壓增益表達式為

其中ro是電流源的內阻，即從集電極看進去的交流等效電阻。而用電阻Rc作負載時，電壓增益表達式為

由于ro >> Rc所以有源負載大大提高了放大電路的電壓增益。