鲁冬梅
（贵州大学电子信息学院，贵州 贵阳 550025）
【摘要】本文提出双极型集成电路与恒流二极管的兼容制造的新思想，用恒流二极管取代原先由晶体管、电阻等组成的恒流源电路，并从电路的角度进行对比分析。简化了电路结构，改善了电路性能。
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关键词 双极型集成电路；恒流二级管；兼容制造
0 引言
在集成电路中，常常需要一个理想的恒流源，为各级电路提供合适的偏置电流；或作为有源负载取代高阻值的电阻[1]。恒流二极管作为一个新型电子元器件，具有电流恒定，动态阻抗大，电流温度系数好，静态功耗低等特点，可以作为一个较理想的恒流源使用。目前，在电路设计中，恒流二极管的应用都是将其作为分立元件，与电路其他部分组成构成某个功能的电路。而本文的工作就是将其集成在电路中，进行设计应用。
1 电路兼容
1.1 基本共集放大电路
图1（a）所示电路是一个基本共集放大电路（射极跟随器），其中Re作反馈电阻，当IC变大时，通过Re的电压增大，使得UBE减小，导致基极电流IB减小，IC也随之减小，最后IC不变。反之，当IC减小时，也能通过Re的调节，使IC不变[1]。用恒流二极管取代Re，将使电路性能发生如下变化：
（1）电流恒定，不会破坏静态工作点。增大了反馈电阻的阻值，反馈增强，Q点的稳定性增强。
近似为1。图1（c）为改进型共集放大电路的电压传输曲线。从图中可以看出，其输出电压和输入电压的变化量是一样的，即电压放大倍数为1。
综上分析，用恒流二极管取代共集放大电路中的反馈电阻，将在保持电路原有特性：输入电阻大，输出电阻小，电压跟随的基础上，更进一步增大了输入电阻，增强了Q点稳定性，增大了电压跟随能力。
1.2 具有恒流源的差分放大电路
在半导体电路中，半导体器件参数会随温度的变化而变化，最终导致输出电压产生漂移。抑制温度漂移，一般可以在电路中引入直流负反馈，如上面所述；也可以采用差分放大电路来进行补偿。对于差分放大电路，我们需要放大差模信号，抑制共模信号，即需要共模抑制比大[3]。也就是说，我们需要Ac=0，Ad尽可能大。在图2（a）所示的电路，恒流源部分的作用就是稳定工作点，增大共模抑制比，因此需要它的等效电阻越大越好。用恒流二极管取代恒流源部分之后：
（1）静态工作点不会被破坏；
（2）恒流二极管动态电阻大，等价于在T1，T2管的发射极接了一个大电阻，这个大电阻对共模信号的负反馈作用很大，所以AC=0，KCMR=∞。另外，恒流二极管的动态电阻大，解决了集成电路不易制作大电阻的难题；
（3）以前是3个电阻和1只晶体管，现在只需要一个CRD器件，电路结构简单；芯片面积减小，成本降低，集成度增大。
1.3 μA741通用集成运算放大器
μA741是常见的通用集成运算放大器之一，主要由四部分组成：输入级，采用共集-共基互补复合管作差分输入级[4]；中间放大级，采用共集-共射结构作放大级；偏置电路，为整个电路提供电流偏置；输出级，互补射极跟随器，推挽输出，并加了过流保护。分析该电路，知道共有五部分是恒流源，这五部分共用了24只晶体管，10个电阻。可见，电路结构复杂，浪费大量芯片面积。与恒流二极管兼容制造后：
（1）只需用6个简单的恒流二极管，就可以使晶体管数目从24减小到9，电阻个数从10减小到4，电路结构简化了很多；
（2）输入级电路就是上述的差分放大电路，由上面分析知，由于共模负反馈作用增强，因而共模抑制比进一步增大；
（3）输入级电路采用恒流二极管作偏置，可以得到很大的输入电阻，而不必采用共集-共基互补复合管；
（4）电路结构简单，便于集成在其他电路中，集成度增大，减小芯片面积，降低生产成本。
2 结束语
本文用一种新的思想——将恒流二极管兼容制造在双极型集成电路中，并从电路结构和性能的角度进行了综合分析。可以发现，这种电路的制造可以使电路结构复杂度大大降低，电路性能更好。
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参考文献
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［责任编辑：薛俊歌］