電流源電路和差動(dòng)又稱差分放大電路

1、內(nèi)容提要：本章首先討論常用在集成運(yùn)放中的幾種電流源的形式及其主要應(yīng)用，然后討論差動(dòng)放大電路的工作原理及計(jì)算。本章重點(diǎn)：1鏡像電流源、比例電流源、微電流源、Io和IR的計(jì)算。2典型差動(dòng)放大電路的工作原理及計(jì)算。學(xué)習(xí)要求：1掌握電流源電路結(jié)構(gòu)及基本特性，主要包括基本鏡像電流源、比例電流源、微電流源，會(huì)分析其鏡像關(guān)系及其輸出電阻。2掌握差模信號(hào)、共模信號(hào)的定義與特點(diǎn)。3掌握長尾型和恒流源共模負(fù)反饋兩種射極耦合，差動(dòng)放大器的電路結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，會(huì)熟練計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，熟悉電路的4種連接方式及輸入輸出電壓信號(hào)之間的相位關(guān)系。4. 要求會(huì)熟練分析差動(dòng)放大器對(duì)差模小信號(hào)輸入時(shí)的放大特性，共模抑制比。會(huì)畫出微

2、變等效電路，會(huì)計(jì)算AVd、Rid、Rod、KCMR。5會(huì)運(yùn)用晶體管工作在有源區(qū)時(shí)的大信號(hào)特性方程ic=Isexp(Vbe/Vt)分析研究差動(dòng)放大器的差模傳輸特性。了解基本的差動(dòng)放大器線性放大的輸入動(dòng)態(tài)范圍和擴(kuò)大線性輸入動(dòng)態(tài)范圍的辦法。6定性了解差動(dòng)放大器的各種非理想特性，如輸入失調(diào)特性、共模輸入電壓范圍等。圖3.1.1 三極管電流源電路 電流源電路 三極管電流源電流源是模擬集成電路中廣泛使用的一種單元電路，如 圖所示。對(duì)電流源的主要要求是：（1）能輸出符合要求的直流電流Io。（2）交流電阻盡可能大。三極管射極偏置電路由VCC、Rb1、Rb2和Re組成，當(dāng)VCC、Rb1、Rb2、Re確定之后，基

3、極電位VB固定（Ib一定），可以推知Ic基本恒定。從三極管的輸出特性曲線可以看出：三極管工作在放大區(qū)時(shí)，Ic具有近似恒流的性質(zhì)。當(dāng)Ib一定時(shí)，三極管的直流電阻，VCEQ一般為幾伏，所以RCE不大。交流電阻為，為幾十千歐至幾百千歐。 MOS單管電流源耗盡型MOS管組成單管電流源，如圖所示。由交流等效電路圖得：在分立元件電路中和某些模擬集成電路中，常用JFET接成的電流源。圖3.1.2 耗盡型MOS管電流源圖3.1.3 交流等效電路3.1.3 基本鏡像電流源基本鏡像電流源電路如圖3.1.4所示。T1、T2參數(shù)完全相同（即1=2，ICEO1=ICEO2）。原理：因?yàn)閂BE1=VBE2，所以IC1=I

4、C2圖3.1.4 基本鏡像電流源電路IREF基準(zhǔn)電流：推出，當(dāng)>>2時(shí)，IC2= IC1IREF優(yōu)點(diǎn)：（1）IC2IREF，即IC2不僅由IREF確定，且總與IREF相等。（2）T1對(duì)T2具有溫度補(bǔ)償作用，IC2溫度穩(wěn)定性能好（設(shè)溫度增大，使IC2增大，則IC1增大，而IREF一定，因此IB減少，所以IC2減少）。缺點(diǎn)：（1）IREF（即IC2）受電源變化的影響大，故要求電源十分穩(wěn)定。（2）適用于較大工作電流（mA數(shù)量級(jí)）的場合。若要IC2下降，則R就必須增大，這在集成電路中因制作大阻值電阻需要占用較大的硅片面積。（3）交流等效電阻Ro不夠大，恒流特性不理想。（4）IC2與IREF

5、的鏡像精度決定于。當(dāng)較小時(shí)，IC2與IREF的差別不能忽略。1. 帶有緩沖級(jí)的基本鏡像電流源（改進(jìn)電路一）圖是帶有緩沖級(jí)的基本鏡像電流源，它是針對(duì)基本鏡像電流源缺點(diǎn)（4）進(jìn)行的改進(jìn)，兩者不同之處在于它增加了三極管T3，其目的是減少三極管T1、三極管T2的IB對(duì)IR的分流作用，提高鏡像精度，減少值不夠大帶來的影響。圖3.1.5 基本鏡像電流源此時(shí)鏡像成立的條件為1(3+1)>>2，這條件比較容易滿足。或者說，要保持同樣的鏡像精度，允許T的值相對(duì)低些。2. 比例電流源（改進(jìn)電路二）圖是帶有發(fā)射極電阻的鏡像電流源，它是針對(duì)基本鏡像電流源缺點(diǎn)（3）進(jìn)行的改進(jìn)，其中Re1=Re2，兩管輸入仍

6、有對(duì)稱性，所以：圖3.1.6 鏡像電流源及其等效電路求T2的輸出電阻Ro：輸出阻值較大，所以這種電流源具有很好的恒流特性。溫度穩(wěn)定性比基本的電流源好得多。若此電路Re1不等于Re2，則：VBE1+IE1Re1=VBE2+IE2Re2（式中，IE1即IR，IE2即Io）Io參數(shù)對(duì)稱的兩管在IC相差10倍以內(nèi)時(shí)，|VBE1-VBE1|<60mV。所以，如果Io與IR接近，或IR較大，則VBE可忽略。即只要合理選擇兩T射極電阻的比例，可得合適的Io、Ro。因此，此電流源又稱為比例電流源。3.1.4 微電流源圖3.1.7 微電流源電路有些情況下，要求得到極其微小的輸出電流IC2，這時(shí)可令比例電流

7、源中的Re1=0，如圖即可以在Re2不大的情況下得到微電流IC2。原理：當(dāng)IR一定時(shí)，Io可確定為：可見，利用兩管基-射電壓差VBE可以控制Io。由于VBE的數(shù)值小，用阻值不大的Re2即可得微小的工作電流微電流源。微電流源特點(diǎn)：（1）T1，T2是對(duì)管，基極相連，當(dāng)VCC、R、Re2已知時(shí)，（略去VBE），當(dāng)VBE1、VBE2為定值時(shí)，也確定了。（2）當(dāng)VCC變化時(shí)，IREF、VBE也變化，由于Re2的值一般為千歐級(jí)，變化部分主要降至Re2上，即VBE2<<VBE1，則IC2的變化遠(yuǎn)小于IREF的變化。因此電源電壓波動(dòng)對(duì)工作電流IC2影響不大。（3）T1管對(duì)T2管有溫度補(bǔ)償作用，IC

8、2的溫度穩(wěn)定性好?？偟恼f來，電流“小”而“穩(wěn)”。小R不大時(shí)IC2可以很小（微安量級(jí)）。穩(wěn)Re2（負(fù)反饋）使恒流特性好，溫度特性好，受電源變化影響小。進(jìn)一步，電流的數(shù)學(xué)關(guān)系為：IoRe2=VBE1-VBE2而IC若 則 IC2 Re=26ln1060mV即電流每增加10倍，IC2Re總是增加60mV。因此得到電流每增加10倍，Re上的電壓增加60mV的簡單數(shù)學(xué)關(guān)系式，使計(jì)算十分方便。思考：若要求提供10µA的輸出電流，使用VCC=6V的電源，R=19k，你如何設(shè)計(jì)這個(gè)電流源？答案，串接電流源為獲得更高的輸出電阻，利用T3，T4組成的基本電流源代替Re1，Re2，主要是用T4的輸出電阻代

9、替Re2。由圖得：再由電路圖及等效電路圖可求出輸入電流Io及輸出電阻Ro。圖3.1.8 串接電流源電路圖圖3.1.9 等效電路圖3.1.6 電流源的主要應(yīng)用前面曾提到，增大Rc可以提高共射放大電路的電壓增益，但是，Rc不能很大，因?yàn)樵诩晒に囍兄圃齑箅娮璧拇鷥r(jià)太高，而且，在電源電壓不變的情況下，Rc越大，導(dǎo)致輸出幅度越小。那么，能否找到一種元件代替Rc，其動(dòng)態(tài)電阻大，使得電壓增益增大，但靜態(tài)電阻較小，因而不致于減小輸出幅度呢？自然地，可以考慮晶體管恒流源。由于電流源具有直流電阻小，交流電阻大的特點(diǎn)，在模擬集成電路中較為廣泛地把它作負(fù)載使用有源負(fù)載，如圖所示。其等效電路如圖3.1.11所示。圖3

10、.1.10 鏡像電流源作為T1集電極Rc圖3.1.11 等效電路圖從等效電路可知，電流源提供了比較大的Rc，這樣，可使AV達(dá)到甚至更高。電流源也可用作射極負(fù)載（Re）。練習(xí)題1. 在圖的小鏡像恒流源電路中，已知VCC=30V，電阻R=30k，Vbe=0.6V，T=300K，要求輸出電流Io為10µA。試確定Re的值。答案Re2. 在圖鏡像恒流電路中，三極管T1、T2、T3完全對(duì)稱。（1）試求輸出電流Io與參考電流IR之間的關(guān)系；（2）已知R=13.8k，VCC=15V，Vbe=0.6V，很大，試求輸出電流Io的數(shù)值。圖3.1.12 小鏡像恒流源電路圖3. 鏡像恒流電路答案，Io=1m

11、A 差動(dòng)放大電路圖3.2.1 基本差動(dòng)式放大器 基本差動(dòng)放大電路在直接耦合放大電路中提到了零漂的問題，抑制零漂的方法一般有如下幾個(gè)方面：（1）選用高質(zhì)量的硅管。（2）采用補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ靡粋€(gè)熱敏元件，抵消IC受溫度影響的變化。（3）采用差動(dòng)放大電路。本節(jié)詳細(xì)討論差動(dòng)放大器的工作原理和基本性能，如圖所示?；静顒?dòng)式放大器如圖.1所示。T1、T2特性相同的晶體管。電路對(duì)稱，參數(shù)也對(duì)稱，如：VBE1=VBE2=VBE，Rc1=Rc2=Rc，Rb1=Rb2=Rb，Rs1=Rs2=Rs，1=2=；電路有兩個(gè)輸入端：b1端，b2端；有個(gè)輸出端：c1端，c2端。在分析電路特性之前，必須熟悉兩個(gè)基本概念共模信號(hào)

12、和差模信號(hào)。1. 差放有兩輸入端，可分別加上輸入信號(hào)vs1、vs2若vs1=-vs2差模輸入信號(hào)，大小相等，對(duì)共同端極性相反的兩個(gè)信號(hào)，用vsd表示。若vs1=vs2共模輸入信號(hào)，大小相等，對(duì)共同端的極性相同，按共同模式變化的信號(hào)，用vsc表示。實(shí)際上，對(duì)于任何輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，都是差模信號(hào)和共模信號(hào)的合成，為分析簡便，將它們分開討論?？紤]到電路的對(duì)稱性和兩信號(hào)共同作用的效果有：vs1vs2于是，此時(shí)相應(yīng)的差模輸入信號(hào)為：vsd=vs1-vs2差模信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)之差，即vs1、vs2中含有大小相等極性相反的一對(duì)信號(hào)。共模信號(hào)：vsc=(vs1+vs2)/2 共模信號(hào)則是二者的算術(shù)平均值，

13、即vs1、vs2中含有大小相等，極性相同的一對(duì)信號(hào)。即對(duì)于差放電路輸入端的兩個(gè)任意大小和極性的輸入信號(hào)vs1和vs2均可分解為相應(yīng)的差模信號(hào)和共模輸入信號(hào)兩部分。例：如圖所示，vs1=5mV，vs2=1mV，則vsd=5-1=4mV，vsc=0.5(5+1)=3mV。圖3. 差動(dòng)式放大電路也就是說，兩個(gè)輸入信號(hào)可看作是vs1=5mV3mV+2mVvs2=1mV-3mV+2mV差模輸入信號(hào)vsd=4mV和共模輸入信號(hào)vsc=3mV疊加而成。2差模信號(hào)和共模信號(hào)的放大倍數(shù)放大電路對(duì)差模輸入信號(hào)的放大倍數(shù)稱為差模電壓放大倍數(shù)AVD：AVD=vo/vsd。放大電路對(duì)共模輸入信號(hào)的放大倍數(shù)稱為共模電壓放

14、大倍數(shù)AVC：AVC=vo/vsc。在差、共模信號(hào)同存情況下，線性工作情況中，可利用疊加原理求放大電路總的輸出電壓vo。vo=AVDvsd+AVCvsc例：設(shè)有一個(gè)理想差動(dòng)放大器，已知：vs1=25mV，vs2=10mV，AVD=100，AVC=0。差模輸入電壓vsd=_mV；共模輸入電壓vsc=_mV；輸出電壓vo=_mV。答案vsd=vs1-vs2=15mVvsc=(vs1+vs2)/2=35/2=，vo=AVDvsd+AVCvsc=100×15+0×17.5 =1500mV 差放電路的工作原理圖3. 差動(dòng)式放大電路1靜態(tài)分析，因沒有輸入信號(hào)，即vs1=vs2=0時(shí)，由

15、于電路完全對(duì)稱：所以輸入為0時(shí)，輸出也為0。2. 加入差模信號(hào)時(shí)，即。從電路看：vb1增大使得ib1增大，使ic1增大使得vc1減小。vb2減小使得ib2減小，又使ic2減小，使得vc2增大。由此可推出：vo=vc1-vc2=2v（v為每管變化量）。若在輸入端加共模信號(hào)，即vs1=vs2。由于電路的對(duì)稱性和恒流源偏置，理想情況下，vo=0，無輸出。這就是所謂“差動(dòng)”的意思：兩個(gè)輸入端之間有差別，輸出端才有變動(dòng)。3. 在差動(dòng)式電路中，無論是溫度的變化，還是電流源的波動(dòng)都會(huì)引起兩個(gè)三極管的ic及vc的變化。這個(gè)效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)，理想情況下，vo不變從而抑制了零漂。當(dāng)然實(shí)際情況下

16、，要做到兩管完全對(duì)稱和理想恒流源是比較困難的，但輸出漂移電壓將大為減小。綜上分析，放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)是差放的基本特征。通常情況下，我們感興趣的是差模輸入信號(hào)，對(duì)于這部分有用信號(hào)，希望得到盡可能大的放大倍數(shù)；而共模輸入信號(hào)可能反映由于溫度變化而產(chǎn)生的漂移信號(hào)或隨輸入信號(hào)一起進(jìn)入放大電路的某種干擾信號(hào)，對(duì)于這樣的共模輸入信號(hào)我們希望盡量地加以抑制，不予放大傳送。凡是對(duì)差放兩管基極作用相同的信號(hào)都是共模信號(hào)。常見的有：（1）vi1不等于-vi2，信號(hào)中含有共模信號(hào)；（2）干擾信號(hào)（通常是同時(shí)作用于輸入端）；（3）溫漂。靜態(tài)估算： 差放電路的動(dòng)態(tài)分析差放電路有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。同樣，輸出

17、也分雙端輸出和單端輸出方式。組合起來，有4種連接方式：雙端輸入雙端輸出、雙入單出、單入雙出、單入單出。1雙入雙出（1）輸入為差模方式：，若ic1上升，而ic2下降。電路完全對(duì)稱時(shí)，則|ic1|=|ic2|因?yàn)镮不變，因此ve=0（vo1=vc1，vo2=vc2）。即AVC=A1（共發(fā)射單管放大電路的放大倍數(shù)）。有負(fù)載RL時(shí)圖3.2.4 差動(dòng)放大器共模輸入交流通路及其等效電路因?yàn)镽L的中點(diǎn)是交流地電位，因此在其交流通路中，電路中線上各點(diǎn)均為交流接地，由此可畫出信號(hào)的交流通路如圖3.2.4所示，由上面的計(jì)算可見，負(fù)載在電路完全對(duì)稱，雙入雙出的情況下，AVD=A1，可見該電路使用成倍的元器件換取抑制

18、零漂的能力。差模輸入電阻Ri從兩個(gè)輸入端看進(jìn)去的等效電阻Ri=2rbe。差模輸出電阻Ro的值為Ro=2RcRo、Ri是單管的兩倍。（2）輸入為共模方式：vs1=vs2，此時(shí)變化量相等，vc1=vc2實(shí)際上，電路完全對(duì)稱是不容易的，但即使這樣，AVC也很小，放大電路的抑制共模能力還是很強(qiáng)的。2雙入單出對(duì)于差模信號(hào)：由于另一三極管的c極沒有利用，因此vo只有雙出的一半。差模輸入電阻：由于輸入回路沒變，Ri=2rbe差模輸出電阻：Ro=Rc1。對(duì)于共模信號(hào)，因?yàn)閮蛇呺娏魍瑫r(shí)增大或同時(shí)減小，因此在e處得到的是兩倍的ie。ve=2ieRe，這相當(dāng)于其交流通路中每個(gè)射極接2Re電阻。（Re恒流源交流等效電

19、阻）當(dāng)Re上升，即恒流源越接近理想的情況，AVC越小，抑制共模信號(hào)能力越強(qiáng)。3單入雙出、單出若vs1=vi0，則ic1增大，使ie1也增大，ve增大。由于T2的b級(jí)通過Rs接地，如圖所示，則vBE2=0-ve=-ve，所以有vBE2減小，ic2也減小。整個(gè)過程，在單端輸入vs的作用下，兩T的電流為ic1增加，ic2減少。所以單端輸入時(shí)，差動(dòng)放大的T1、T2仍然工作在差動(dòng) 狀態(tài)。圖3.2.5 2Re為等效電阻圖3. 單端輸入、雙端輸出電路從另一方面理解：vs1=vi，vs2=0將單端輸入信號(hào)分解成為一個(gè)差模信號(hào)vsd和共模信號(hào)vsc將兩個(gè)輸入端的信號(hào)看作由共模信號(hào)和差模信號(hào)疊加而成，即：電路輸出

20、端總電壓為：vo=AVCvsc+AVDvsd經(jīng)過這樣的變換后，電路便可按雙入情況分析：（1）如為雙端輸出，則似雙入雙出中分析：即可看為單入雙出時(shí)的輸出vo與雙入雙出相同。（2）如為單端輸出（設(shè)從T1，c極輸出），則似雙入單出中分析（3）差模輸入電阻：當(dāng)Re很大時(shí)（開路），可近似認(rèn)為Ri與差動(dòng)輸入時(shí)相似Ri2rbe（4）輸出電阻：雙出：Ro=2Rc單出：Ro=Rc注：對(duì)于單入單出的情況，從T1的c極輸出，和從T2的c極輸出時(shí)輸入，輸出的相位關(guān)系是不同的。從T1的c極輸出如圖所示。設(shè)vi的瞬時(shí)極性大于零，則ic1增大，vc1減小，所以輸出與輸入電壓相位相反，所以AVD<0。從T2的c極輸出如

21、圖3.所示。設(shè)vi的瞬時(shí)極性大于零，則ic1增大，ve增大，使得vBE2減小，所以ic2減小，vc2增大，輸入輸出相位相同。所以AVD>0。由以上分析可知在單入單出差放電路中，如果從某個(gè)三極管的b極輸入，然后從同一個(gè)T的c極輸出，則vo和vi反相；如果從另一T的c極輸出，則vo和vi同相。順便提一下，在單出的情況下，常將不輸出的三極管的Rc省去，而將T的c極直接接到電源VCC上。圖3. 從T1的c極輸出圖3. 從T2的c極輸出 共模抑制比共模抑制比KCMR是衡量差放抑制共模信號(hào)能力的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。定義：有時(shí)用分貝數(shù)表示：AVD越大，AVC越小，則共模抑制能力越強(qiáng)，放大器的性能越優(yōu)良，所以

22、K越大越好。在差放電路中，若電路完全對(duì)稱，如圖所示，則有：圖3. 基本差動(dòng)放大電路在共模輸入時(shí)的交流通路（1）雙端輸出時(shí)，KCMR趨于無窮（AVC0）。（2）單端輸出時(shí)，由此得，恒流源的交流電阻Re越大，K越大，抑制共模信號(hào)能力越強(qiáng)。由此知，設(shè)計(jì)放大器時(shí)，必須至少使KCMR>vsc/vsd。例如：設(shè)KCMR=1 000，vsc=1mV，vsd=1µV，則。這就是說，當(dāng)K=1 000時(shí)，兩端輸入信號(hào)差為1µV時(shí)所得輸出vo與兩端加同極性信號(hào)1mV所得輸出vo相等。若KCMR=10 000，則后項(xiàng)只有前項(xiàng)1/10，再一次說明K越大，抑制共模信

23、號(hào)的能力越強(qiáng)。例題一設(shè)長尾式差放電路中，Rc=30k，Rs=5k，Re=20k，VCC=VEE=15V，=50，rbe=4k。本題電路如圖3.2.10所示。（1）求雙端輸出時(shí)的AVD；（2）從T1的c極單端輸出，求AVD、AVC、KCMR；（3）在（b）的條件下，設(shè)vs1=5mV，vs2=1mV，求vo；（4）設(shè)原電路的Rc不完全對(duì)稱，而是Rc1=30k，Rc2=29k，求雙出時(shí)的KCMR。解：圖3. 長尾式差放電路（1）雙出時(shí)：（2）單出時(shí)，AVD為雙出時(shí)的一半：（3）vs1=5mV，vs2=1mV則vsd=vs1-vs2=5-1=4mVvsc=0.5(vs1+vs2)=0.5×(

24、5+1)=3mVvo=Avdvsd+ Avcvsc=(-83.3×4)+(0.732×3)=-（4）Rc1不等于Rc2，則所以結(jié)果說明，在雙出時(shí)，若參數(shù)有差別，由于利用了兩個(gè)T的輸出電壓的互相抵消作用，因此|AVC|仍比單出時(shí)小得多；而|AVD|比單出大。所以KCMR比單出時(shí)高得多。圖3. 改進(jìn)型差放電路例題二 改進(jìn)型差放電路（它用電流源代替a長尾Re，并加電位器RP，用于調(diào)整Rc不對(duì)稱的情況。）集成運(yùn)放BG305的輸入級(jí)如 圖所示，各T的1=2=30，3=4=5=6=50，各T的vBE=，Rb=100k，Rc =50k，RP=10k（滑動(dòng)端調(diào)至中點(diǎn)），Re=1k，RL即第

25、二級(jí)的Ri為。求：（1）該放大級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）差動(dòng)放大倍數(shù)AVD；（3）差動(dòng)輸入電阻Ri，差動(dòng)輸出電阻Ro。解：（1）當(dāng)T5的基極電流可忽略時(shí)，流過Rb的電流為：則=0.15mA=150A3A0.1A=100nA（2）圖3.2.12 T1、T3復(fù)合為一個(gè)三極管由IE1=3A，IE3=則 1500（3）Ri=2rbe=2×551kRo=2Rc+RP=110k例題三 如圖所示，利用鏡像電流源還可使單端輸出的差放AVD提高近一倍，靜態(tài)時(shí)：IC1=IC2=I/2，IC3IC1=IC4IC2Io=IC4-IC2=0，vid：有ic1，ic2=-ic1。解：電流源ic3=ic4ic1io=

26、ic4-ic2，iss=ic1-(-ic1)=2ic1，即輸出電流比單端輸出時(shí)大了 一倍。例題四JFEF組成的差放電路如圖3.所示，計(jì)算雙入雙出差模放大倍數(shù)AVD和單端共模放大倍數(shù)AVC。圖3.3單端輸出差放電路 圖3.4共模輸入信號(hào)等效電路 圖3.5關(guān)系曲線解： 差放電路的傳輸特性1.傳輸特性傳輸特性，指輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)變化而改變的曲線，如圖所示，此關(guān)系曲線可由下面推導(dǎo)而得（由于工作范圍逐步擴(kuò)大，微變等效不適用，因此從基本關(guān)系出發(fā)）：對(duì)于基本差動(dòng)式放大電路，利用三極管的b-e結(jié)VBE與iE間的基本關(guān)系有：圖3.2.16 差動(dòng)放大器電路及關(guān)系曲線恒流源電流為iE1和iE2之和。由圖左圖可知：

27、vsd=vs1-vs2=vBE1-vBE2所以同理可求：以Vsd/VT為橫坐標(biāo)，以歸一化電流ic1/IEE和ic2/IEE為縱坐標(biāo)可得出如圖所示的曲線，又分子分母同乘可得：2關(guān)系曲線的作用（1）當(dāng)vi=0電路處于靜態(tài)時(shí)ic=ic1-ic2=0vo=0，反映了差放電路的本質(zhì)。（2）在vid=vsd=±vT=±26mV范圍內(nèi)電流和電壓有良好的線性關(guān)系，差動(dòng)放大器比單管放大器非線性關(guān)系小。（3）當(dāng)輸入電壓超過±4vT=±100mV后，按原來曲線已進(jìn)入非線性階段，兩個(gè)放大管的電流幾乎不再隨輸入電壓變化，一個(gè)T飽和，另一個(gè)T截止，差動(dòng)電路工作在非線性區(qū)，這是很有用

28、的限幅特性，可用來構(gòu)成比較電路，信號(hào)產(chǎn)生電路等。其函數(shù)關(guān)系如圖7所示。討論（1）兩管集電極電流之和恒等于IEE，因此ic1上升必然ic2下降；靜態(tài)時(shí)vsd=0，靜態(tài)點(diǎn)Q為二線交點(diǎn)處。（2）差模傳輸特性是非線性的，服從雙曲線正切函數(shù)變化規(guī)律：當(dāng)vi很小時(shí)，|vo|正比于|ic|，因此，|vo|正比于|vi|。其變化規(guī)律如圖.18所示。由圖.18看出：當(dāng)vi=0電路處于靜態(tài)時(shí)ic=ic1-ic2=0vo=0，反映了差放電路的本質(zhì)。當(dāng)vi0，且vi很小時(shí)，ic1上升ic2下降，在放大線性區(qū)內(nèi)，vo正比于vid。當(dāng)vi大一些時(shí)，曲線已進(jìn)入非線性階段，一個(gè)T飽和，另一個(gè)T截止（一般vi2vT以后，在vi

29、>1/2vT內(nèi)有很好的線性關(guān)系，vi=vT近似為線性關(guān)系）。差動(dòng)電路工作在非線性區(qū)時(shí)，可用來構(gòu)成比較電路、信號(hào)產(chǎn)生電路等。利用差放的限幅特性可構(gòu)成許多功能的電路。電流開關(guān)為其中一種，如圖.19所示。圖3.7 限幅特性圖3.2.18 差模傳輸特性曲線T2：VB=vR=+3V，T1的基極輸入電壓為vi。工作原理：當(dāng)vi=2V（低電平），vid=vi-vR=-1V。此時(shí)T1止，T2通（IE全流過T2）。vo1=VCC=12Vvo2=VCC-IERc=6V當(dāng)vi=4V（高電平），vid=vi-vR=-1V。此時(shí)，T1通，T2止。vo1=6V，vo2=12V。分析表明，在vi作用下，恒定電流交替撥

30、向T1管和T2管，好似一個(gè)開關(guān)稱為電流開關(guān)電路。其主要優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)速度快（T交替工作在截止、放大狀態(tài)，不會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)，避免了因飽和帶來的儲(chǔ)存時(shí)間）。注：差放工作于大信號(hào)狀態(tài)時(shí)，vidm受截止管發(fā)射結(jié)反向擊穿電壓V(BR)EBO的限制不能無限加大。如圖3.2.20所示，電路中有：vid=VI1- VI2=VBE1+(-VEE)-(VBE2-VEE)=VBE1-VBE2=VBE1+VE2vID>VBE1+V(ER)EBO，T2的e極擊穿。同理，共模輸入最大值也有限制。如圖3.2.21所示，當(dāng)vic上升到使vc1=vc2時(shí)，兩三極管進(jìn)入飽和區(qū)。或|vic|上升（負(fù)向增加值）到使偏置電流源輸出管進(jìn)

31、入飽和區(qū)時(shí)，IE下降。這兩種情況都使差放失去對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。3差放線性范圍的擴(kuò)展許多情況下，差放輸入信號(hào)的幅度比VT大得多，明顯超過其線性輸入范圍。為實(shí)現(xiàn)不失真放大，需要擴(kuò)展線性范圍。辦法是在兩管射極下接入負(fù)反饋電阻Re1=Re2=Re，如圖3.2.22所示。圖3. 電流開關(guān)電路圖3. T2的e極擊穿圖3. 共模輸入最大值受限圖3. 接入射極電阻圖3中，曲線變平則線性范圍擴(kuò)大，曲線斜率下降則電壓增益下降。因此，Re的選擇要兼顧線性范圍與電壓增益兩方面要求。圖3. 增加射極電阻后的關(guān)系曲線 差動(dòng)放大電路Pspice例題Pspice例題差分式放大電路如圖4所示，電路參數(shù)如圖，Q2N3904的

32、=100，運(yùn)用Pspice分析該電路。（1）輸入取頻率為1kHz，幅值為10mV的正弦信號(hào)，繪出差模輸入時(shí)，輸出電壓vo1和vo2的波形，并繪出vo=vo1-vo2的波形；（2）輸入取頻率為1kHz，幅值為100mV的正弦信號(hào)，繪出共模輸入時(shí)，輸出電壓vo1波形，vo2的波形，并繪出vo=vo1-vo2的波形。答案（1）vo1和vo2波形，vo波形；圖3. 差分式放大電路圖3.vo1和vo2的波形圖3.vo=vo1-vo2的波形（2）vo1波形，vo2波形，vo波形。圖3.vo1的波形圖3.2.28vo2的波形圖3.2.29vo=vo1-vo2的波形 小結(jié)本章由電流源和差動(dòng)電路兩部分組成，它們

33、都是集成運(yùn)算放大器的重要組成部分。（1）對(duì)電流源的主要要求是等效微變電阻要大，溫度變化穩(wěn)定度要好，器件參數(shù)變化時(shí)電流穩(wěn)定性要高，并在特殊場合下要求電流值可以控制。本章對(duì)三極管、MOS管電流源、基本鏡像電流源、比例電流源、微電流源等工作原理和過程作了較為深入地探討。（2）對(duì)差動(dòng)放大電路，主要探討了差動(dòng)放大電路在各種情況下的放大倍數(shù)，輸入輸出電阻計(jì)算。主要是圍繞抑制零點(diǎn)漂移展開的。所謂零點(diǎn)漂移，是指vs=0時(shí)無交流輸入，而放大器輸出端出現(xiàn)靜態(tài)電壓的波動(dòng)，差動(dòng)放大為此而生，其主要利用兩管特性的對(duì)稱和共模負(fù)反饋來抑制。按輸入輸出方式分：類 型AVDRidRod雙入雙出AV12(rbe+Rs)2Rc單入雙出AV12(rbe+Rs)2Rc雙入單出AV1/22(rbe+Rs)2Rc單入單出AV1/22(rbe+Rs)2RcAV1為單邊放大倍數(shù)，即單管放大倍數(shù)共模輸入時(shí)，可用來衡量，要求越大越好，最后還對(duì)差動(dòng)放大傳輸特性作了簡要介紹。 習(xí)題習(xí)題一圖3.3.11.如圖3.3.1所示，由于電流源中流過的電流恒定，因此等效的交流電阻_。A.很大B.很小2.如圖3.3.1所示，由于電流源中流過的電流恒定，因此等效的直流電阻_。A.很大B.不太大C.等于零3.比較圖3.3.2中所示三極管電