集成运放电路技术题目解答共8题

  【题目4】：集成运算放大电路中的恒流源电路如何分析？  

【相关知识】：普通镜像恒流源、多集电极恒流源、高精度镜像恒流源、高内阻恒流源和镜像微恒流源电路，以及恒流源电路输出电阻的计算等。

【解题方法】：分析恒流源电路的方法是：

        （1）确定恒流源电路中的基准晶体管或场效应管；

        （2） 计算或确定基准电流；

        （3）根据半导体器件之间的一致性，计算输出恒流值；

        （4）绘制恒流部分的交流通路，确定恒流源的内阻。

        由于恒流源的内阻较大，计算恒流源内阻时不能忽略三极管集电极与发射极之间，或场效应管漏极与源极之间的动态电阻。

【解答过程】：1、基本镜像恒流源分析

        已知基本镜像恒流源电路如图1所示，试计算输出电流的大小和恒流源内阻。

图1

        晶体管是基准管，且，工作在放大状态。

        当与特性参数完全一致时，由可推得

        由基准输入回路得，

        所以，

        当时，。

        恒流输出管的交流通路如图1(b)所示，将晶体管用微变等效模型替代后的电路模型如图1(c)，显然，恒流源的内阻。

        必须注意，应用管的恒流特性时，必须满足，保证始终工作在放大状态。

        基本镜像恒流源电路的扩展电路有两种，如图2所示。

图2

        图2(b)的管采用多集电极晶体管（图2(a)已将其分散画），以基准管的集电极面积为基准，可得到一组与集电极面积成正比的多个恒流源。

        图2(c)中增加管可以进一步减少恒流输出与基准电流之间的近似程度，此时，

        所以，

        当时，基本镜像恒流值，增加管后，更接近。

        2．高内阻（Wilson）恒流源

        图3是Wilson恒流源电路，试计算恒流输出值。

图3

        管是基准管，，工作在放大状态。

        当、、均工作在放大状态时，各电流之间关系为：

        整理后可得：

        按二极管形式连接的管是管发射极的等效电阻，Wilson恒流源的内阻要大于。

        3．微恒流源（Widlar）电路

        图4是Widlar微恒流源电路，试计算输出恒流值。

图4

        晶体管是基准管，且，工作在放大状态，。

        管发射极电流与发射极电压之间的关系为：

        所以，

                （1）

        同理，当工作在放大状态时，

                  （2）

        由基极回路方程得：

                （3）

        将式（1）和式（2）代入式（3），同时考虑，得：

                （4）

        例，当电源电压等于+15V，，若要产生的恒流源，试确定电阻R1的值。

        将参数代入式（4）可得。

        若不采用微电源源电路，采用基本恒流源电路，虽然只需要一个电阻R，但此时电阻阻值要求为：

        此阻值远大于微电源电路中电阻R与R1之和，意味着需要占用更多的芯片面积。