模拟电路网络课件 第二十五节:集成运算放大器中的电流源

6.1 集成运算放大器中的电流源

一、三极管电流源

电流源是模拟集成电路中应用十分广泛的单元电路。它可以为放大电路提供稳定的偏置电流，或作为放大电路的有源负载，提高放大电路的增益。

图2 常见形式   图3 等效符号

根据电路理论的知识，我们知道电流源电路属于单口网络。电流源的端口电流具有恒流特性，即端口电流不随负载的变化而变化。用三极管BJT构成电流源时，只要使基极电流IB保持不变，输出集电极电流也将保持恒定。

电流源电路

图1是一个分压式射极偏置电路，它的直流通路就是三极管构成的电流源电路。(点击右边图片中的三角按钮可观看动画。)

特别注意

电流源电路是单口网络，不再有输入信号，输出端口在集电极上。Rc作为电流源的负载，IC也就是电流源的输出电流。

电流估算及动态电阻

由射极偏置电路静态工作点估算法可求出电流源的输出电流

由射极偏置电路输出电阻的求解过程可知，从电流源端口看进去的交流等效电阻为：

由BJT的H参数小信号模型可知，rce一般较大，达数百千欧。因此，电流源的交流等效电阻ro（等效内阻）很大。由于Rc在电流源中已被看作负载，所以为方便起见，图1经常画成图2的形式。图3为等效符号。

电流源的特点

端口电流恒定，交流等效电阻大。

为了进一步提高电路的温度稳定性，可以对三极管进行温度补偿，相关电路请参见思考题。

二、镜像电流源

镜象电流源

镜象电流源可由三级管电流源演变而来，点击右图上的播放按钮可观看演变过程。

由于T1和T2的发射结并联在一起，当T1、T2的特性相同时，T1对T2有很好的温度补偿作用，可以大大提高电流源的温度稳定性。

电流估算

根据PN结的伏安特性可知，BJT发射结的电压VBE和电流IE的关系有:

由于两管的VBE相同，所以他们的发射极电流和集电极电流均相等。电流源的输出电流，即T2的集电极电流为

当b>>1时 

由上式可以看出，当R和VCC确定后，基准电流IREF也就确定了，IC2也随之而定。我们把IREF看作是IC2的镜象，所以称为镜象电流源。

提高镜象精度

在图1中，当b不够大时，IC2与IREF就存在一定的差别。为了减小镜象差别，在电路中接入BJT T3，如图2动画所示。

利用T3的电流放大作用，减小了IB对IREF的分流作用，从而提高了IC2与IREF互成镜象的精度。

镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若需要减小IC2的值（例如微安级），可采用微电流源电路。

三、微流源

微电流源

为了减小IC2的值，可在镜象电流源电路中的T2发射极串入一电阻Re2，如图1动画所示，便构成微电流源。由电路可得

所以

用阻值不大的Re2就可获得微小的工作电流。一般VBE2 << VBE1，T2工作在输入特性曲线的弯曲部分。

多路电流源

在模拟集成电路中，经常用到多路电流源，图2为一种典型的多路电流源。T1、T2、T3的基极是并联在一起的。电路用一个基准电流IREF获得了多个电流。

四、电流源用作有源负载

由于电流源具有交流电阻大的特点，所以在模拟集成电路中被广泛用作放大电路的负载。这种由有源器件及其电路作为放大电路的负载称为有源负载。

图1为共发射极有源负载放大电路。T1是共射极组态的放大管，信号由基极输入、集电极输出。两个PNP管和电阻R组成镜象电流源代替Rc，作为T1的集电极负载。电流IC2等于基准电流IREF。

根据共射放大电路的电压增益可知，该电路电压增益表达式为

其中ro是电流源的内阻，即从集电极看进去的交流等效电阻。而用电阻Rc作负载时，电压增益表达式为

由于ro >> Rc所以有源负载大大提高了放大电路的电压增益。