運算放大器電路 第35課 直流偏置電路
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運算放大器電路 第35課 直流偏置電路
偏置電路定義
晶體管構(gòu)成的放大器要做到不失真地將信號電壓放大，就必須保證晶體管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。即應(yīng)該設(shè)置它的工作點。所謂工作點就是通過外部電路的設(shè)置使晶體管的基極、發(fā)射極和集電極處于所要求的電位（可根據(jù)計算獲得）。這些外部電路就稱為偏置電路。
偏置電路工作原理
穩(wěn)定靜態(tài)工作點原理：由于流過發(fā)射極偏置電阻（Re）的電流IR遠(yuǎn)大于基極的電流Ib（Ie》》Ib）運算放大器電阻，因此，可以認(rèn)為基極電位Vb只取決于分壓電阻Re的阻值大小，與三極管參數(shù)無關(guān)，不受溫度影響。靜態(tài)工作點的穩(wěn)定是由Vb和Re共同作用實現(xiàn)，穩(wěn)定過程如下：設(shè)溫度升高→Ic↑→Ie↑→VRe↑→Vbe↓→Ib↓→Ic↓其中：Ic↑→Ie↑是由并聯(lián)電路電流方程 Ie = Ib+Ic得出，Ie↑→Vbe↓是由串聯(lián)電路電壓方程Vbe= Vb－IeTImes;Re得出，Ib↓→Ic↓是由晶體三極管電流放大原理 Ic =βTImes;Ib （β表示三極管的放大倍數(shù)） 得出。由上述分析不難得出，Re越大穩(wěn)定性越好。但事物總是具有兩面性，Re太大其功率損耗也大，同時Ve也會增加很多，使Vce減小導(dǎo)致三極管工作范圍變窄，降低交流放大倍數(shù)。因此Re不宜取得太大。在小電流工作狀態(tài)下，Re值為幾百歐到幾千歐；大電流工作時，Re為幾歐到幾十歐。
偏置電路的作用
偏置電路的作用是向各放大級提供合適的偏置電流，確定各級靜態(tài)工作點。各個放大級對偏置電流的要求各不相同。對于輸入級運算放大器電阻，通常要求提供一個比較?。ㄒ话銥槲布墸┑钠秒娏?，而且應(yīng)該非常穩(wěn)定，以便提高集成運放的輸入電阻，降低輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流及其溫漂等等。
在集成運放中，常用的偏置電路有以下幾種：
鏡像電流源也稱為電流鏡（Current Mirror），在集成運放中應(yīng)用十分廣泛，它的電路如下圖所示。
電源VCC通過電阻R和VT1，產(chǎn)生一個基準(zhǔn)電流IREF，由圖可得
然后在VT2的集電極得到相應(yīng)的IC2，作為提供給某個放大級的偏置電流。由于UBE1＝UBE2，而VT1和VT2是做在同一硅片上兩個相鄰的三極管，它們的工藝、結(jié)構(gòu)和參數(shù)都比較一致，因此可以認(rèn)為
（2）
由于輸出恒流IC2和基準(zhǔn)電流IREF相等，它們之間如同是鏡像的關(guān)系，所以這種恒流源電路稱為鏡像電流源。
鏡像電流源的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，而且具有一定的溫度補償作用。
二、比例電流源
在鏡像電流源的基礎(chǔ)上，在VT1、VT2的發(fā)射極分別入兩個電阻R1和R2，即可組成比例電流源，如下圖所示。
由于VT1、VT2是做在同一硅片上的兩個相鄰的三極管，因此可以認(rèn)為UBE1≈IE2R2，則
IE1R1≈IE2R2
如果兩管的基極電流可以忽略，由上式可得
（3）
可見兩個三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源。
以上兩種電流源的共同缺點是，當(dāng)直流電源VCC變化時，輸出電流IC2幾乎按同樣的規(guī)律活動，因此不適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運放。此外，若輸入級要求微安級的偏置電流，則所有電阻將達(dá)兆歐級，在集成電路中無法實現(xiàn)
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