上图中外围电路构成的是正相比例放大电路
外围电路非常简单,这里就不赘述了。但是,看到上面运放的原理图,不少同学直呼头大。这么复杂,根本无从下手啊。很多课程中,只讲运放的应用,也不会涉及这些内容。就会让很多人觉得不是很舒服,对于一个天天要使用的东西,总是不明白他的原理。
01、镜像电流源
先来看最简单的镜像电流源
从上面的电路中,很容易得到
在β很大的情况下,输出电流和输入电流基本相等。这是一个很好的特性。可以让我们用输入的电流来控制输出的电流。
02、微电流源
上面这个电流源我们稍微进行定量分析一下,假设运放的正负电源是30V,又因为在芯片中,做不了大电阻,一般最大只有几K,那么,在电流源的输入端,电流一般是mA级别的。那如果我们需要uA级别的电流呢?
接下来,我们来看改进的电流源。
在T2的射极处加一个电阻RE,我们来进行推导
根据三极管基极电流公式:
变形后得到:
带入上面的公式,可以解得
现在我们假设输入电流为1mA,输出电阻需要10uA,其中UT为常量26mV,计算得到RE = 120Ω。
这样,我们就得到了一个10uA的电流源。
为什么需要这么小的电流源呢?一般还是基于功耗考虑,不能让能量都消耗在了运放上面。
03、含有电流源的放大电路
在放大电路中,加入电流源还有什么好处吗?
我们将电流源加到经典的共射放大电路中来看看。
整理后得到动态等效电路
把RC换成电流源后,动态等效图没有改变,就是用rce2取代了原来的RC。这里的rce2会明显大于原来的RC,这样电路的放大倍数就被提高了。并且,电流源还给放大管给配置好了静态电路。
04、再看运放原理图
再看我们的运放原理图
很容易,能看出来Q4和Q9组成了镜像电流源,Q10和Q11组成了镜像电流源,Q13,Q12和R4组成了微电流源。
再看从Q12到R13到Q12的路径,大概可以计算出它的电流是730uA。那么Q11的集电极输出也是730uA。
再计算微电流源的电流,大概为19uA。
计算这个,稍微有点难度,因为是一个超越方程。可以用软件进行模拟,或者自己写个小程序来计算。
知道了上面电流源的作用后,我们将电路进行简化。
这样看,电路结构清爽了不少。
剩下的电路,逻辑结构就很清晰了,三级结构出来了,前面是差分输入,中间是放大,最后是输出结构。
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