+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
ID2=IO EF
两臂电流互相相等。 称为电流源是因为工作在饱和区
-VSS
iD2=iO ID2 1 斜率＝ ro 击穿
2.为什么采用这样的结构？
用T1管为T2提供稳定的VGS电压使 T2管工作在饱和区。
Rd ID2=IO + VDS2 -
(VGS2 VTN2 )2 ID2 (W2 / L2 )Kn2 (VGS1 VTN1 )2 IREF (W1 / L1 )Kn1
-VSS
iD2=iO 1 斜率＝ ro 击穿
IO I D2 W2 / L2 I REF I D1 W1 / L1
I B 2 rce
i C 2 1 ro ( ) vCE 2
R c1 T1
2IB c2 b1 b2
IC1
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
一般ro在几百千欧以上
－VEE
33
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7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
其他形式
＋VCC IREF IC1 T1 R c1
24
可用范围
0
VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
I O I D2 I REF VDD VSS VGS R
2
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2 d2
Rd ID2=IO ID2=IO + VDS2 -
19
有源负载---加电源工作时才产生电阻效应
具体反映为电流恒流
4
IC(mA )
比较直流电阻，如果电压 变化时，通过的电流会有较 大变化！ 结论：用三端器件可替代 大的电阻 三端器件如何使用？
3 2 1
3
6
9
12 UCE(V)
让三端器件工作在放大区（饱和区） 如何让三端器件工作在放大区（饱和区）？
ro rds4 rds2 (1 gmrds4 ) gmrds4 rds2
IREF d4 ID3 (W/L)3 T 3 ID1 g4 － VGS3 ＋ ＋ VGS4 － ID2 ID4=IO T4 (W/L) VDD ro
需要注意，T4漏极接负载构
4
成回路后，需要满足
VDS4 VGS4 VTN4
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主要内容 · 集成电路运算放大器中的电流源 · 差分式放大电路 · 集成电路运算放大器 · 集成运放应用中的实际问题 学时数 7
7
主要内容
集成电路内部的工作原理和外部的主要技术参数。 第一部分：为了分析集成电路运算放大器内部如何工 作，首先分析集成电路运算放大器内部采用的一些专 门电路，包括电流源电路和差分式放大电路。 第二部分以两个集成运算放大电路内部电路为例，分 析它们内部的工作原理。 第三部分介绍集成运放的技术参数和参数对构成电路 时产生的影响。
11
模拟集成电路的结构特点：
元件参数一致性好，适合对称式结构电路。 集成度高，允许采用复杂的电路形式，以达到提高各方面的性能。 MOS器件体积小，功耗低，输入阻抗高，工艺简单，成本 低—被广泛采用 为克服直接耦合电路的温漂，采用差动放大电路。 集成运放的偏置电流通常较小，以降低电路的功耗。 采用复合管提高性能。 大量采用BJT或FET构成恒流源，代替大电阻。 不能制作大电容，电路结构只能采用直接耦合方式
14
目前模拟电子电路应用概况： •低压小功率：集成电路已经完全取代分立 元件电路。 •低压电和大功率电路方面：集成电路和分立 元件混合应用。 •高压大电流仍需使用分立元件。
15
7.1 模拟集成电路中的 直流偏置技术
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
2. MOSFET多路电流源
vD －VSS (a) |VTP| (b) VBR
S
1 ro I DSS
耗尽型MOS管也可采用类似的方式构成电流源
31
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7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
T1、T2的参数全同
VBE2 = VBE1 I C2 = I C1 I REF I E2 = I E1
IREF IC1 T1 ＋VCC R c1
除宽长比外， T0~T3特性相同， T4、T5特性相同
I2 (W / L)2 I REF (W / L)1
I3
I5
(W / L)3 I REF (W / L)1
(W / L)5 (W / L)5 I4 I3 (W / L)4 (W / L)4 (W / L)5 (W / L)3 I REF (W / L)4 (W / L)1
为各级提供合适的静态电流 做为有源负载替代高阻值动态电阻
22
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
T1、T2的参数全同 只要满足 VGS > VTN 必有 VDS1 > VGS-VTN T1一定工作在饱和区 又因为 VGS2 = VGS1 = VGS
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
＋VCC
2IB c2 b1 b2
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
T1 IC1 IREF R －VEE 2 IB
T2 iC2
－VEE
NPN镜像电流源（电流阱）
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PNP镜像电流源
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镜像电流源的缺陷： （1）若Ic1较大，R上的功耗就会大，对集成电路来说， 空间很小，发热不易散发。 （2）若要求Ic1较小，R就必须大，对集成电路来说， 很难做大电阻。 因此，需要改进电路。。。。。。
(认出来） （小重点）
（小重点）
10
7.0 模拟集成电路简介
什么是集成电路？
•将大量晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等电路 元件及其导电线路集成在很小的半导体单晶硅片上 •构成特定功能的电子电路
•最初多用于各种模拟信号的运算（比例、求和差、积分、微 分。。。）故称运算放大器
不是所有的器件都能集成不能集成的，外接或替代
例4.4.2
(W/L)1
T1
T1
T2 (W/L)
2
vt 1 Ro rds 1 Rs gm id r ds
－ VSS
rds4
29
rds2
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7.1.1 FET电流源电路
3. 组合电流源
＋VDD ID0＝IREF d0 T0 g0 ＋ ＋VGS0 － T1 g1 NMOS I2 d2 d3 T2 g2 ＋ NMOS ＋ VGS1 VGS2 － － I3 g3 T3 NMOS ＋ VGS3 － － VGS4 s4 ＋ g4 T4 d4 I4 PMOS d5 － VGS5 g5 ＋ s5 T5 I5
20
如何让三端器件工作在放大区（饱和区）？ 合理偏置三端器件输入端电 压（电流），使其工作在放大 区（饱和区） 三端器件构成的有源负 载应该有什么样的要求？ 输出电流稳定 输出电流大小可调整 输出电阻大小可调整
IC(mA )
4
3 2 1
3
6
9
12 UCE(V)
21
集成电路中恒流源的作用：
2
＋VDD IREF T3 + ID2＝IO VGS3 T2 + VGS －VSS
T1
只要满足 VDD VSS 2VTN T1~T3便可工作在饱和区 输出电流为
I D2 Kn (VGS VTN )2
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7.1.1 FET电流源电路
2. 串级镜像电流源
动态电阻更大，恒流特性更好
T1
-VSS
iD2=iO ID2
-VSS
1 斜率＝ ro 击穿
可用范围
电流源是双口网络还是单口网络？
0
26
VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
当器件具有不同的宽长比时
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
（=0）
ID2 可用范围
！用器件的宽长比调节电流
0
27
VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
用T3代替R，T1~T3特性相同 由于 I D1 I D3 I REF Kn (VGS VTN ) 所以
VGS3 VGS 1 (VDD VSS ) 2
－VSS
需保证所有管子工作在饱和区
用宽长比调节电流大小
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7.1.1 FET电流源电路
4. JFET电流源
JFET是耗尽型
管，所以VGS=0 时工作在饱和 区
iD I O I DSS (1 vDS )
g s d
iD＝IO
iD ro=
1 斜率
+ vDS －
IO 可用范围
3. JFET电流源
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 3. 高输出阻抗电流源
2. 微电流源
4. 组合电流源
理解集成电路电流源的工作原理、特性。 掌握电流源的识别、使用和恒流值的计算。