電流源電路

在集成電路的制作工藝中，在硅片上制作各種類型的晶體管比制作電阻容易的多，所占用的硅片面積也小的多，所以集成電路中的三極管除了作放大管外，大量的被用作恒流源或有源負載，為放大管提供合適的靜態(tài)工作點及提高放大器的放大倍數(shù)。下面先來介紹集成電路中的恒流源和有源負載電路?；倦娏髟措娐?．鏡像電流源電路如圖7-2-1所示的電路就是典型的鏡像電流源電路。該電路的工作原理是：在電路完全對稱的情況下，電阻R上的電流I_R可作為電路的基準電流，根據(jù)節(jié)點電位法可得該電流的表達式為：在β»2的條件下，移項整理可得（7-2-1）由上式可見，當Vcc和R的數(shù)值確定之后，三極管T₀的集電極電流有確定的值I_R。因電路的對稱性，三極管T₁集電極的電流與三極管T₀集電極電流成鏡像關(guān)系，也隨著有確定的值I_C。鏡像電流源電路結(jié)構(gòu)簡單，應用廣闊，但存在著I_C大時，電阻R上的功耗也大的缺點。改進的方法是在兩三極管的發(fā)射極上增加電阻R_e，使鏡像電流的關(guān)系變成比例的關(guān)系，組成比例電流源電路。2．比例電流源電路比例電流源電路如圖7-2-2所示。該電路的工作原理是：由電路的結(jié)構(gòu)可知（7-2-2）根據(jù)三極管的電流方程 可得根據(jù)T₀和T₁的對稱性可得將上式代入式7-2-2中可得：當β»2時，有I_C0≈I_E0≈I_R，I_C1≈I_E1，將這些關(guān)系代入上式可得 在一定的范圍內(nèi)，I_R≈I_C1，上式中的對數(shù)項可忽略，則 （7-2-3）與7-2-1式相比可得，在相同I_C1的情況下，可以用較大的R，以減少I_R的值，降低R的功耗。同時R_e0和R_e1是兩個三極管的發(fā)射極電阻，引入電流負反饋，使兩三極管的輸出電流更加穩(wěn)定。

3．多路電流源電路集成運放是一個多級放大電路，因各級放大器的靜態(tài)工作點不同，所以需要多個電流源電路，在集成電路的制造工藝中，可將多個比例電流源電路組合在一起，組成多路電流源電路，如圖7-2-3所示。該電路的工作原理是：在基準電流I_R確定的情況下，根據(jù)式7-2-3可得，選擇不同的R_e1、R_e2和R_e3就可獲得不同的偏置電流I_C1、I_C2和I_C3?！《嗦冯娏髟措娐芬部梢杂肕OS管來組成，由MOS管組成的多路電流源電路如圖7-2-4所示?！?．以電流源為有源負載的放大器由前面的知識已知，共發(fā)射極或共源極放大電路的開路電壓放大倍數(shù) 或 。由電壓放大倍數(shù)的表達式可見，放大器的電壓放大倍數(shù)與R_C或R_d成正比。要提高放大器的電壓放大倍數(shù)，在β和g_m保持不變的情況下，必須加大Rc或R_d的阻值。Rc或R_d變大了，要保持三極管的靜態(tài)工作點不變，電路的直流供電壓也必須提高，這將引起集成電路功耗的增加。為了解決這一問題，在集成電路中，采用電流源為有源負載取代Rc或R_d。利用電流源做有源負載，可實現(xiàn)在電源電壓不變的情況下，使放大器既可獲得合適的靜態(tài)工作點電流。對交流信號而言，又可得到很大的等效電阻r_ce或r_ds來替代Rc或R_d。利用電流源為有源負載的差動放大電路如圖7-2-5所示。

圖中的三極管T₁和T₂組成差動放大器；三極管T₃、T₄和T₅組成電流源電路為差動放大器提供合適的靜態(tài)工作點電流；T₆和T₇組成差動放大器的有源負載，該電路既可使差動放大器有合適的靜態(tài)工作點電流，對交流信號，又有很大的等效電阻r_ce，以替代原電路中的R_C，獲得很大的電壓放大倍數(shù)。

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