差分放大电路设计(二)

上节写的太简单了，本节详细写，集成电路中电路都是用的各种恒流源作偏置，偏置电路中电流都是恒定不变的，所有的参数计算都是围绕这个恒定的电流。

一 最简单的恒流源，镜像恒流源，如图

那么这个电路是怎么工作的了，书本教材中介绍是:

电源 Vcc通过电阻R1和Q2产生一个基准电流 Iref,然后通过镜像电流源在Q1的集电极得到相应的Ic1，作为提供给某个放大器的偏置电流。

Ib1 =Ib2=Ib

Ic1 =Ic2=Ic

═〉Ic1 =Ic2=Iref -2Ib=Iref-2(Ic2/β)

得：Ic2≈Iref×[1 ÷﹙1＋2/β﹚]

当β>>2时，可得：

Ic2≈Iref=[Vcc-Ube1]÷R

由于输出恒流Ic2和基准电流基本相同他们如同镜像的关系所以这种恒流电路称为镜像电流源。

但是我个人觉得从静态公式来理解，效果不如从动态来理解，这样会更形象说明问题。

电源Vcc接通的一瞬间，电压加在Q2,Q1基极产生Ib2,Ib1，同时也产生Ic2,Ib1。

Ic=βIb，Ic2流过电阻R1，产生电压降，一旦这个电压降大于4.3v,加在Q2,Q1基极的电压就不足0.7v。

此时基射之间电压不足以克服基射之间PN结的内电场，Ib2,Ib1就会变小,导致Ic2，IC1变小，R1的电压降也会变小。

基极电压又开始升高，导致Ib2,Ib1又开始增加，Ic2，Ic1增加，以此循环，基射之间电压达到一个动态平衡，在0.7V附近微小的波动，静态来看稳定在0.7v。

二 放大器分析

因为分析都是围绕这个恒定的偏置电流，所以我们必须先计算出这个镜像流的电流，我们所有的计算都是建立在电路结构对称，三极管的参数一致上面。

Q5和Q7组成镜像流，IC5=IC7=（Vcc-Vee-Vbe5）/R4=(10v-0.8v)/4000Ω=2.3mA，误差约为2Ib5或者2Ib7，从图也可以看出来Q5集电极电流IC7分流了Ib5和Ib7，Ib5=Ib7，所以为2Ib5或者2Ib7。如图

仿真值2.26mA,基本一致。

Q7的集电极是和Q1,Q2的发射极连接，那么IC7=2*Ie1=2*Ie2，Ib1=Ib2=Ie1/(1+β）=Ie2/(1+β），这种虚拟三极管的β值我们是预知的100，Ib1=Ib2=（1/2*IC7）/（1+100）=11.3μA。如图

仿真值11.3μA,一致。

知道了Q1，Q2的基极电流，我们就可以计算出Q7集电极的电位了，如果我们选择Q1，Q2两个平衡电阻R2,R3阻值为200k，Q7集电极的电位Vc7=0V-R2*Ib2-Vbe2=0V-R3*Ib1-Vbe1=

0v-200k*11.3μA-0.8V=-3.06V.如图

仿真值-3.03v,基本一致。

如果我们选择R2,R3为150k，那么集电极电位Vc7=-2.5V(计算同上）。如图

仿真值-2.47,基本一致。

那么说明一个问题，放大管Q1和Q2的基极平衡电阻的选择直接影响到Q7的集电极电位，也就是Q1,Q2的射极电位，如果Q1,Q2射极电位太高的话，会影响到放大电路的交流的放大动态范围,这个是要注意的地方，也是这种简单差分放大器的一个缺点。

Q3和Q4组成镜像电流源给放大三极管Q1,Q2做集电极的有源负载。Q3,Q4是和放大管Q1,Q2

集电极相连，那么IC3=IC4=IC3=IC4。Q2集电极电位VC2=5V-Vbe2=5v-0.7v=4.3v。

同上镜像流分析，Q3的集电极电流IC3和Q4的集电极电流IC4也是有很小误差的，误差是2Ib3或者2Ib4，这个误差电流会流入到下一级电路，或者一个负载，如图

我们给电路加上一个5k的纯电阻负载R1，这个电阻连接在地，也就是0v上面，那么我们就可以大致确定Q1的集电极，以前我们说过三极管的集电极电流是不变的，电压是由外部参数决定的，而我们已知R1流过的误差电流很小，电路越对称，误差电流越小，理想静态情况是没有电流流过R1的，但是实际是不可能的，我们只能把误差控制的很小。

很小的误差电流流过R1到地（0v），产生的电压降也很小，Q1集电极电压也基本是0V,和0v误差很小，如图

仿真值是-109mv，和地（0v）偏离很小，电路越对称，越偏离小。

正因为流过R1误差电流非常小，所以无论R1的阻值怎么变化，产生的电压降都很小，Q1的集电极电位Vc1都在0V附近，和0v偏离小，如图

我们分别把R1的阻值改为1k和10k，Q1集电极电位Vc1仿真值为-21.9mv和219mv，偏离0V都很小。