差分放大電路設(shè)計(jì)(二)

上節(jié)寫(xiě)的太簡(jiǎn)單了，本節(jié)詳細(xì)寫(xiě)，集成電路中電路都是用的各種恒流源作偏置，偏置電路中電流都是恒定不變的，所有的參數(shù)計(jì)算都是圍繞這個(gè)恒定的電流。

一 最簡(jiǎn)單的恒流源，鏡像恒流源，如圖

那么這個(gè)電路是怎么工作的了，書(shū)本教材中介紹是:

電源 Vcc通過(guò)電阻R1和Q2產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電流 Iref,然后通過(guò)鏡像電流源在Q1的集電極得到相應(yīng)的Ic1，作為提供給某個(gè)放大器的偏置電流。

Ib1 =Ib2=Ib

Ic1 =Ic2=Ic

═〉Ic1 =Ic2=Iref -2Ib=Iref-2(Ic2/β)

得：Ic2≈Iref×[1 ÷﹙1＋2/β﹚]

當(dāng)β>>2時(shí)，可得：

Ic2≈Iref=[Vcc-Ube1]÷R

由于輸出恒流Ic2和基準(zhǔn)電流基本相同他們?nèi)缤R像的關(guān)系所以這種恒流電路稱(chēng)為鏡像電流源。

但是我個(gè)人覺(jué)得從靜態(tài)公式來(lái)理解，效果不如從動(dòng)態(tài)來(lái)理解，這樣會(huì)更形象說(shuō)明問(wèn)題。

電源Vcc接通的一瞬間，電壓加在Q2,Q1基極產(chǎn)生Ib2,Ib1，同時(shí)也產(chǎn)生Ic2,Ib1。

Ic=βIb，Ic2流過(guò)電阻R1，產(chǎn)生電壓降，一旦這個(gè)電壓降大于4.3v,加在Q2,Q1基極的電壓就不足0.7v。

此時(shí)基射之間電壓不足以克服基射之間PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)，Ib2,Ib1就會(huì)變小,導(dǎo)致Ic2，IC1變小，R1的電壓降也會(huì)變小。

基極電壓又開(kāi)始升高，導(dǎo)致Ib2,Ib1又開(kāi)始增加，Ic2，Ic1增加，以此循環(huán)，基射之間電壓達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，在0.7V附近微小的波動(dòng)，靜態(tài)來(lái)看穩(wěn)定在0.7v。

二 放大器分析

因?yàn)榉治龆际菄@這個(gè)恒定的偏置電流，所以我們必須先計(jì)算出這個(gè)鏡像流的電流，我們所有的計(jì)算都是建立在電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，三極管的參數(shù)一致上面。

Q5和Q7組成鏡像流，IC5=IC7=（Vcc-Vee-Vbe5）/R4=(10v-0.8v)/4000Ω=2.3mA，誤差約為2Ib5或者2Ib7，從圖也可以看出來(lái)Q5集電極電流IC7分流了Ib5和Ib7，Ib5=Ib7，所以為2Ib5或者2Ib7。如圖

仿真值2.26mA,基本一致。

Q7的集電極是和Q1,Q2的發(fā)射極連接，那么IC7=2*Ie1=2*Ie2，Ib1=Ib2=Ie1/(1+β）=Ie2/(1+β），這種虛擬三極管的β值我們是預(yù)知的100，Ib1=Ib2=（1/2*IC7）/（1+100）=11.3μA。如圖

仿真值11.3μA,一致。

知道了Q1，Q2的基極電流，我們就可以計(jì)算出Q7集電極的電位了，如果我們選擇Q1，Q2兩個(gè)平衡電阻R2,R3阻值為200k，Q7集電極的電位Vc7=0V-R2*Ib2-Vbe2=0V-R3*Ib1-Vbe1=

0v-200k*11.3μA-0.8V=-3.06V.如圖

仿真值-3.03v,基本一致。

如果我們選擇R2,R3為150k，那么集電極電位Vc7=-2.5V(計(jì)算同上）。如圖

仿真值-2.47,基本一致。

那么說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題，放大管Q1和Q2的基極平衡電阻的選擇直接影響到Q7的集電極電位，也就是Q1,Q2的射極電位，如果Q1,Q2射極電位太高的話(huà)，會(huì)影響到放大電路的交流的放大動(dòng)態(tài)范圍,這個(gè)是要注意的地方，也是這種簡(jiǎn)單差分放大器的一個(gè)缺點(diǎn)。

Q3和Q4組成鏡像電流源給放大三極管Q1,Q2做集電極的有源負(fù)載。Q3,Q4是和放大管Q1,Q2

集電極相連，那么IC3=IC4=IC3=IC4。Q2集電極電位VC2=5V-Vbe2=5v-0.7v=4.3v。

同上鏡像流分析，Q3的集電極電流IC3和Q4的集電極電流IC4也是有很小誤差的，誤差是2Ib3或者2Ib4，這個(gè)誤差電流會(huì)流入到下一級(jí)電路，或者一個(gè)負(fù)載，如圖

我們給電路加上一個(gè)5k的純電阻負(fù)載R1，這個(gè)電阻連接在地，也就是0v上面，那么我們就可以大致確定Q1的集電極，以前我們說(shuō)過(guò)三極管的集電極電流是不變的，電壓是由外部參數(shù)決定的，而我們已知R1流過(guò)的誤差電流很小，電路越對(duì)稱(chēng)，誤差電流越小，理想靜態(tài)情況是沒(méi)有電流流過(guò)R1的，但是實(shí)際是不可能的，我們只能把誤差控制的很小。

很小的誤差電流流過(guò)R1到地（0v），產(chǎn)生的電壓降也很小，Q1集電極電壓也基本是0V,和0v誤差很小，如圖

仿真值是-109mv，和地（0v）偏離很小，電路越對(duì)稱(chēng)，越偏離小。

正因?yàn)榱鬟^(guò)R1誤差電流非常小，所以無(wú)論R1的阻值怎么變化，產(chǎn)生的電壓降都很小，Q1的集電極電位Vc1都在0V附近，和0v偏離小，如圖

我們分別把R1的阻值改為1k和10k，Q1集電極電位Vc1仿真值為-21.9mv和219mv，偏離0V都很小。