第三章 模拟集成基本单元电路
§ 3.1 集成电路 （ IC） 中的电流源
§ 3.2 带电流源（恒流源）的放大电路
§ 3.3 差动（差分）放大电路的特性与分析
§ 3.4 乙类推挽输出级电路与功率放大器
返回
§ 3.1 集成电路 （ IC） 中的电流源
3.1,1 BJT参数的温度特性
3.1.2 主要镜像电流源
返回
·
i C
IC
G
F
· Q/
·Q
UCE
1,β
T ? ? 基区扩散速度 ? ? 复合 ? ? β ?
? ?
0
15.0 c
T
?
?
??
?
?
2, I CBO
T ? ? 少子浓度 ? ? I CB 0? ? I CE 0 = （ 1+ β ） I C B 0?
I CBO (T)= I CBO (T 0 ) 10
TT 0
2
?
? 即增加一倍 ／ 10 0
3 U BE
T ? ? 禁带宽度 ? ? PN 结接触电位 ? ? U BE?
0BT
c
mV1.2
T
U
?
?
?
B
UBE
IB ·Q
i B
A
Q/
3.1,1 BJT参数的温度特性
休息 2休息 1 返回
4,BJ T 参数的温度特性对放大器工作点的影响
一般有：
为了稳定放大电路中工作点 Q 的稳定性，在集成电路中多采用镜像电流源
等电路来实现偏置，能使放大电路的工作不随温度、负载及电源的变化而变化。
β ?
?
输出特性曲线间距拉大
?
Q?
I
CBO
?
?
I
C EO
?
?
输出特性曲线上移
?
Q ?
V
BE
?
?
输入特性曲线左移
?
Q?
对 放大器 输入直流负载线
外电路元件 输出直流负载线
T ?
不变
休息 2
休息 1
·
i C
IC
G
F
· Q/
·Q
UCE
3.1,1 BJT参数的温度特性
返回
EC
3.1.2 主要镜像电流源
１,基本镜像电流源：
( 1 ) 电路结构：
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
IB2IB1
A, T
1
和 T
2
为 N P N 型对管，要求对称（匹配）
即, I S1 =I S2 =I S
β 1 = β 2 = β
U BE1 = U BE2 = U BE
I B1 = I B2 = I B
,T
1
,为参考电路,确定参考电流 I
R
T
2
,提供稳定的偏置电流 I
C2
即：为放大电路提供稳定的偏置电流
I
C2
电路仿真
休息 2休息 1返回
EC
因为 U
BE1
= U
BE2
= U
BE
,I
B1
=I
B2
=I
B
所以 I
C1
=I
C2
=I
S
e x p
T
BE
U
U
又因为
?
?
?
?
?
?
?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
2
I
2
1II2II
111
CCBCR
? ? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
2
I
2
I
II
R
R
CC
21
?
?
?
?
当 β >>1 时, I
C2
? I
R
而
R
E
R
UE
I
CBEC
R
?
?
?
二 主要镜像电流源
１,基本镜像电流源：
（ 2 ）电路分析：
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
2IB
IB2IB1
休息 2休息 1返回
EC1 基本镜像电流源：
（ 3 ） 讨论
ⅰ, I C2 ? I R 镜像关系
ⅱ,
R
EI C
R ? 参考电流与晶体管参数无关，稳定
ⅲ,另外, I R -I C2 = 2 I B 存在误差
∴相对误差 = ?
2
I
II
2
2
C
CR ??
∴ 当 β 较小时,带动多个输出电流时,
( 例如 n 个 ),
绝对误差为 ( n +1 )I
B
,
n 个输出电流时的
相对误差 =
( n +1 ) / β
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
2IB
IB2IB1
( 4 ) 电流源的输出电阻
r 0 =r ce2 =
2C
A
I
U
输出电阻等于 T 2 管的输出电阻,
相对较小（ U A 为 E a r l y 电压，较大）
( 5 ) U CE1 =U BE ≠ U CE2
T 1 和 T 2 工作状态不对称
ro
IC4I
R
IC（ n+1）IC3IC2
（ n+1） IB
休息 2休息 1
IC2 IC3 IC4 IC（ n+1）
返回
EC2．精密镜像电流源
（ 1 ） 电路结构：
用 T 3 代替了基本电流源电路中的短路线( 2 ) 电路分析,
同理有,U BE1 =U BE2 =U BE
∴ I C1 =I C2 =I S e x p
T
BE
U
U
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
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?
?
?
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?
? 1
2
1I
2
1I
1
2
1I
1
I2
I
1C21C1C
3
B
1C
∴
? ?
R
R
1C
I
1
2
1
I
I ?
?
?
?
??
而,
3
2B1B
1c
3E
1C3B1CR 1
III
1
IIIII
?? ?
???
?????
( 其中, β 1 = β 2 = β 3 = β,注意, I C1 =I C2 )
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
IB2IB1 IE3
I B3
电路仿真
休息 2休息 1
EC
返回
EC
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
IB2I
B1
IE3
I B3
二 主要镜像电流源
2,精密镜像电流源
( 3 ) 讨论, i,
R2C
II ?
ii,
? ??? ?
?
?
1
2
I
II
2C
2CR
精度提高了约 β 倍
( 4 ) 输出电阻
2C
A
ce I
U
r ? 较小，易受负载波动的影响。
( 5 ) ??
?
?
?
?
?
?
????? ?
A
CE
T
BE
SC
E a r l y
2CE2BE3BE1CE
U
U
1
U
U
e x pIIUUUU
效应
∴ 2C1C II ? 会产生误差
ro
+
UCE1
-
UBE3
UBE2
休息 2休息 1 返回
EC
二 主要镜像电流源
3, 高输出阻抗串接镜像电流源
(1 ) 电路结构：由两个基本电流源电路串接而成。
( 2 ) 电路分析：
R
U2E
I
BEC
R
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
???
2
II2II
RBRC 2
?
?
(3 ) r
0
忽略 r
μ 2
,r
0
≈ β
2
r
c e 2
考虑 r
μ 2
,r
0
≈ 0, 5 β
2
r
ce2
由于 T
4
动态电阻 r
c e4
引入了强电流负反馈使
输出电阻 r
o
增加 β 倍，抗负载波动的能力强。
IC1
IR I
C22I
B
ro
UBE1
UBE3
电路仿真
休息 2休息 1 返回
EC
4 威尔逊电流源 （高输出阻抗精密电流源）
二 主要镜像电流源
（ 1 ） 电路结构,
T
3
管引入了闭环电流负反馈
R
UUE
I
32
BEBEC
R
??
? （不随负载变化）
当负载变化 → I C2 ↑ → I B2 ↑ → I C1 = (I R - I B2 ) ↓ → I C3 ↓ → I E2 ↓ → I C2 ↓
以上为自动反馈的调节过程。
IC1
IC2
IB2
IC3
IE2
IC2
+
UBE
_
IR
IB2
IC1 I
C3
IE22I
B
IC2
IE1
电路仿真
休息 2休息 1返回
EC
4 威尔逊电流源 （高输出阻抗精密电流源）
二 主要镜像电流源
( 2 ) 电路分析,
I
R
=I
C1
+I
B2
,I
B2
=I
C 2
/ β,
I
C1
=I
C3
( U
BE1
= U
BE2
= U
B E
)
I
C3
=I
E 2
- 2I
B
=I
E 2
- 2I
C 3
/ β
2C2E
2E3C
I
1
I
I
2
I
?
?
?
?
?
?
?
??
2C3C
I
2
1
I
?
?
?
?
?
??
????
??
??
?
2
2
I
II
I
2
2
1I
2
22
II
1
I
2
1
I
2
2C
2CR
2C22C2
2
2C2C2CR
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
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?
??
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
??
?
?
??
相对误差
( 3 ) 输出电阻 r 0 ≈ 0, 5 β 2 r ce2
+
UBE
_
IR
IB2
IC1 I
C3
IE22I
B
IC2
IE1
休息 2休息 1返回
EC
三 对电源电压变化不敏感的偏置电流源
１,比例电流源
UB
IR IC2
IE2
(1) 电路结构：
在 T 1 和 T 2 发射极接有串联电阻 R 1 和 R 2
（ 2 ） 电路分析,U B 1 =U B2 = U B
2C2E
R1E
22E2BE11E1BE
II
II
RIURIU
?
?
?????
1
1BE2BE
2C
1
2
R R
VVI
R
RI ????
又 ?
T
1BE
S1C
U
U
e x pII ?
S
1C
T1BE
I
I
lnUU ?
T
2BE
S2C
U
U
e x pII ?
S
2C
T2BE
I
I
lnUU ?
1C
2C
1
T
2C
1
2
R
I
I
ln
R
U
I
R
R
I ???
一般,
2C
1
2
R
I
R
R
I ?
可根据 R 1 和 R 2 的比例，来调节电流源输
出电流 I C 2 的大小
( 3 ) 输出电阻,
222 C
A
2bb1
22
0
I
U
RrrR
R
1r
?
?
?
?
?
?
?
?
????
??
? ?
?
电路仿真
休息 2休息 1
IE1
IC1
返回
EC
2 微电流源 （ W i d l a r 电流源）
在基本型电流源中，若要求很小的输出电流,（例如 10 μA ）
则电阻 R 的值势必很大 （例如 几 M Ω ）这样大的电阻在集成电路中
是难以造成的。
（ 1 ） 电路结构,R 1 ＝ 0, R 2 ≠ 0,
R 2 引入了电流负反馈。
( 2 ) 电路分析,
利用上式结果，当 R
1
＝ 0 时，
2
2
C
R
2
T
C
I
I
ln
R
U
I ?
一般设计中,
根据输出的电流 I
C2
和已知电流
R
E
I
c
R
?
,
决定发射极电阻：
22
C
R
C
T
2
I
I
ln
I
U
R ?
继续
( 3 ) 输出电阻：
2
2
ce
2
22
0 rRr
R
1r ??
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
休息 2休息 1
电路仿真
IC2I
R
返回
§ 3.1 集成电路 （ IC） 中的电流源
§ 3.2 带电流源（恒流源）的放大电路
§ 3.3 差动（差分）放大电路的特性与分析
§ 3.4 乙类推挽输出级电路与功率放大器
返回
§ 3.1 集成电路 （ IC） 中的电流源
3.1,1 BJT参数的温度特性
3.1.2 主要镜像电流源
返回
·
i C
IC
G
F
· Q/
·Q
UCE
1,β
T ? ? 基区扩散速度 ? ? 复合 ? ? β ?
? ?
0
15.0 c
T
?
?
??
?
?
2, I CBO
T ? ? 少子浓度 ? ? I CB 0? ? I CE 0 = （ 1+ β ） I C B 0?
I CBO (T)= I CBO (T 0 ) 10
TT 0
2
?
? 即增加一倍 ／ 10 0
3 U BE
T ? ? 禁带宽度 ? ? PN 结接触电位 ? ? U BE?
0BT
c
mV1.2
T
U
?
?
?
B
UBE
IB ·Q
i B
A
Q/
3.1,1 BJT参数的温度特性
休息 2休息 1 返回
4,BJ T 参数的温度特性对放大器工作点的影响
一般有：
为了稳定放大电路中工作点 Q 的稳定性，在集成电路中多采用镜像电流源
等电路来实现偏置，能使放大电路的工作不随温度、负载及电源的变化而变化。
β ?
?
输出特性曲线间距拉大
?
Q?
I
CBO
?
?
I
C EO
?
?
输出特性曲线上移
?
Q ?
V
BE
?
?
输入特性曲线左移
?
Q?
对 放大器 输入直流负载线
外电路元件 输出直流负载线
T ?
不变
休息 2
休息 1
·
i C
IC
G
F
· Q/
·Q
UCE
3.1,1 BJT参数的温度特性
返回
EC
3.1.2 主要镜像电流源
１,基本镜像电流源：
( 1 ) 电路结构：
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
IB2IB1
A, T
1
和 T
2
为 N P N 型对管，要求对称（匹配）
即, I S1 =I S2 =I S
β 1 = β 2 = β
U BE1 = U BE2 = U BE
I B1 = I B2 = I B
,T
1
,为参考电路,确定参考电流 I
R
T
2
,提供稳定的偏置电流 I
C2
即：为放大电路提供稳定的偏置电流
I
C2
电路仿真
休息 2休息 1返回
EC
因为 U
BE1
= U
BE2
= U
BE
,I
B1
=I
B2
=I
B
所以 I
C1
=I
C2
=I
S
e x p
T
BE
U
U
又因为
?
?
?
?
?
?
?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
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????
?
?
?
2
I
2
1II2II
111
CCBCR
? ? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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2
I
2
I
II
R
R
CC
21
?
?
?
?
当 β >>1 时, I
C2
? I
R
而
R
E
R
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I
CBEC
R
?
?
?
二 主要镜像电流源
１,基本镜像电流源：
（ 2 ）电路分析：
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
2IB
IB2IB1
休息 2休息 1返回
EC1 基本镜像电流源：
（ 3 ） 讨论
ⅰ, I C2 ? I R 镜像关系
ⅱ,
R
EI C
R ? 参考电流与晶体管参数无关，稳定
ⅲ,另外, I R -I C2 = 2 I B 存在误差
∴相对误差 = ?
2
I
II
2
2
C
CR ??
∴ 当 β 较小时,带动多个输出电流时,
( 例如 n 个 ),
绝对误差为 ( n +1 )I
B
,
n 个输出电流时的
相对误差 =
( n +1 ) / β
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
2IB
IB2IB1
( 4 ) 电流源的输出电阻
r 0 =r ce2 =
2C
A
I
U
输出电阻等于 T 2 管的输出电阻,
相对较小（ U A 为 E a r l y 电压，较大）
( 5 ) U CE1 =U BE ≠ U CE2
T 1 和 T 2 工作状态不对称
ro
IC4I
R
IC（ n+1）IC3IC2
（ n+1） IB
休息 2休息 1
IC2 IC3 IC4 IC（ n+1）
返回
EC2．精密镜像电流源
（ 1 ） 电路结构：
用 T 3 代替了基本电流源电路中的短路线( 2 ) 电路分析,
同理有,U BE1 =U BE2 =U BE
∴ I C1 =I C2 =I S e x p
T
BE
U
U
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
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?
?
?
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?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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?????
?
? 1
2
1I
2
1I
1
2
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1
I2
I
1C21C1C
3
B
1C
∴
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R
R
1C
I
1
2
1
I
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?
?
?
??
而,
3
2B1B
1c
3E
1C3B1CR 1
III
1
IIIII
?? ?
???
?????
( 其中, β 1 = β 2 = β 3 = β,注意, I C1 =I C2 )
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
IB2IB1 IE3
I B3
电路仿真
休息 2休息 1
EC
返回
EC
+
UBE
—
IR
IC1
IC2
IB2I
B1
IE3
I B3
二 主要镜像电流源
2,精密镜像电流源
( 3 ) 讨论, i,
R2C
II ?
ii,
? ??? ?
?
?
1
2
I
II
2C
2CR
精度提高了约 β 倍
( 4 ) 输出电阻
2C
A
ce I
U
r ? 较小，易受负载波动的影响。
( 5 ) ??
?
?
?
?
?
?
????? ?
A
CE
T
BE
SC
E a r l y
2CE2BE3BE1CE
U
U
1
U
U
e x pIIUUUU
效应
∴ 2C1C II ? 会产生误差
ro
+
UCE1
-
UBE3
UBE2
休息 2休息 1 返回
EC
二 主要镜像电流源
3, 高输出阻抗串接镜像电流源
(1 ) 电路结构：由两个基本电流源电路串接而成。
( 2 ) 电路分析：
R
U2E
I
BEC
R
?
?
??
?
?
?
?
?
?
?
???
2
II2II
RBRC 2
?
?
(3 ) r
0
忽略 r
μ 2
,r
0
≈ β
2
r
c e 2
考虑 r
μ 2
,r
0
≈ 0, 5 β
2
r
ce2
由于 T
4
动态电阻 r
c e4
引入了强电流负反馈使
输出电阻 r
o
增加 β 倍，抗负载波动的能力强。
IC1
IR I
C22I
B
ro
UBE1
UBE3
电路仿真
休息 2休息 1 返回
EC
4 威尔逊电流源 （高输出阻抗精密电流源）
二 主要镜像电流源
（ 1 ） 电路结构,
T
3
管引入了闭环电流负反馈
R
UUE
I
32
BEBEC
R
??
? （不随负载变化）
当负载变化 → I C2 ↑ → I B2 ↑ → I C1 = (I R - I B2 ) ↓ → I C3 ↓ → I E2 ↓ → I C2 ↓
以上为自动反馈的调节过程。
IC1
IC2
IB2
IC3
IE2
IC2
+
UBE
_
IR
IB2
IC1 I
C3
IE22I
B
IC2
IE1
电路仿真
休息 2休息 1返回
EC
4 威尔逊电流源 （高输出阻抗精密电流源）
二 主要镜像电流源
( 2 ) 电路分析,
I
R
=I
C1
+I
B2
,I
B2
=I
C 2
/ β,
I
C1
=I
C3
( U
BE1
= U
BE2
= U
B E
)
I
C3
=I
E 2
- 2I
B
=I
E 2
- 2I
C 3
/ β
2C2E
2E3C
I
1
I
I
2
I
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?
?
?
?
?
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??
2C3C
I
2
1
I
?
?
?
?
?
??
????
??
??
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2
2
I
II
I
2
2
1I
2
22
II
1
I
2
1
I
2
2C
2CR
2C22C2
2
2C2C2CR
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?
?
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??
相对误差
( 3 ) 输出电阻 r 0 ≈ 0, 5 β 2 r ce2
+
UBE
_
IR
IB2
IC1 I
C3
IE22I
B
IC2
IE1
休息 2休息 1返回
EC
三 对电源电压变化不敏感的偏置电流源
１,比例电流源
UB
IR IC2
IE2
(1) 电路结构：
在 T 1 和 T 2 发射极接有串联电阻 R 1 和 R 2
（ 2 ） 电路分析,U B 1 =U B2 = U B
2C2E
R1E
22E2BE11E1BE
II
II
RIURIU
?
?
?????
1
1BE2BE
2C
1
2
R R
VVI
R
RI ????
又 ?
T
1BE
S1C
U
U
e x pII ?
S
1C
T1BE
I
I
lnUU ?
T
2BE
S2C
U
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I
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1C
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1
T
2C
1
2
R
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R
I ???
一般,
2C
1
2
R
I
R
R
I ?
可根据 R 1 和 R 2 的比例，来调节电流源输
出电流 I C 2 的大小
( 3 ) 输出电阻,
222 C
A
2bb1
22
0
I
U
RrrR
R
1r
?
?
?
?
?
?
?
?
????
??
? ?
?
电路仿真
休息 2休息 1
IE1
IC1
返回
EC
2 微电流源 （ W i d l a r 电流源）
在基本型电流源中，若要求很小的输出电流,（例如 10 μA ）
则电阻 R 的值势必很大 （例如 几 M Ω ）这样大的电阻在集成电路中
是难以造成的。
（ 1 ） 电路结构,R 1 ＝ 0, R 2 ≠ 0,
R 2 引入了电流负反馈。
( 2 ) 电路分析,
利用上式结果，当 R
1
＝ 0 时，
2
2
C
R
2
T
C
I
I
ln
R
U
I ?
一般设计中,
根据输出的电流 I
C2
和已知电流
R
E
I
c
R
?
,
决定发射极电阻：
22
C
R
C
T
2
I
I
ln
I
U
R ?
继续
( 3 ) 输出电阻：
2
2
ce
2
22
0 rRr
R
1r ??
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
休息 2休息 1
电路仿真
IC2I
R
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