具有恒流源的差分放大器电路设计优化

在差分放大电路中，增大发射极电阻Re的阻值，能够有效地抑制每一边电路的温漂，提高共模抑制比，这一点对于单端输出电路尤为重要。可以设想，若Re为无穷大，则即使是单端输出电路，根据式（5.3.27）和式（5.3.10），Auc也为零，KCMR也为无穷大。设晶体管发射极静态电流为0.5 mA，则Re中电流就为1 mA；若Re为10 kΩ，则电源VEE的值约为10.7 V；若Re= 100 kΩ，则VEE≈ 100.7 V，这显然是不现实的。考虑到故障情况下这样高的电源电压会全部加在差分管上，差分管必须选择高耐压管，对于小信号放大电路这是不合理的。差分电路需要既能采用较低的电源电压、又能有很大的等效电阻Re的发射极电路，电流源正好具备上述特点。

利用工作点稳定电路来取代Re，就得到如图5.3.11所示的具有恒流源的差分放大电路。图中R1、R2、R3和T3组成工作点稳定电路，电源VEE可取几伏，电路参数应满足I2＞＞IB3。这样就有I1≈ I2，所以R2上的电压为

图5.3.11　具有恒流源的差分放大电路

T3管的集电极电流为

若UBE3的变化可忽略不计，则IC3基本不受温度影响。而且，由图5.3.11可知，没有动态信号能够作用到T3管的基极或发射极，因此IC3为恒流，发射极所接电路可以等效成一个恒流源。T1管和T2管的发射极静态电流为

当T3管输出特性为理想特性时，T3在放大区的输出特性曲线是横轴的平行线时，恒流源的内阻为无大，即相当于T1管和T2管的发射极接了一个阻值为无穷大的电阻，对共模信号的负反馈作用无穷大，因此使电路的Auc= 0，KCMR= ∞。

恒流源的具体电路是多种多样的，若用恒流源符号取代具体电路，则可得到图5.3.12所示差分放大电路。在实际电路中，由于难以做到参数理想对称，所以常用一个阻值很小的电位器加在两只管子的发射极之间，见图中的Rw。调节电位器滑动端的位置便可使电路在ui1= ui2= 0时uo= 0，所以常称Rw为调零电位器。

为了获得高输入电阻的差分放大电路，可以将前面所讲电路中的差放管用场效应管取代，如图5.3.13所示。这种电路特别适于做直接耦合多级放大电路的输入级。通常情况下，可以认为其输入电阻为无穷大。和晶体管差分放大电路相同，场效应管差分放大电路也有4种接法，可以采用前面叙述的方法对4种接法进行分析，这里不赘述。

图5.3.12　恒流源电路的简化画法及电路调零措施

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图5.3.13　场效应管差分放大电路

思考题

5.3.1　电流源电路有什么特点?在模拟集成电路中，为什么要采用电流源来实现直流偏置和作为放大电路的有源负载?

5.3.2　试画出BJT镜像电流源、高输出电阻电流源、BJT微电流源等三种电流源电路，并说明哪种电路常用来设计极小电流的电流源电路?串级电流源电路的动态输出电阻为多少?该电路有什么特点?

习　题

5.3.1　多路电流源电路如图题5.3.1所示，已知所有晶体管的特性均相同，UBE均为0.7 V。试求IC1、IC2各为多少。

5.3.2　电路如图5.3.2所示，已知β1= β2= β3= 100。各管的UBE均为0.7 V，试求IC2的值。

图题5.3.1

图题5.3.2

5.3.3　电路如图题5.3.3所示，各晶体管的低频跨导均为gm，T1和T2管D-S间的动态电阻分别为rds1和rds2。试求解电压放大倍数Au= Δuo/Δui的表达式。

图题5.3.3