电流镜原理与应用：无源与有源比较

本章主要探讨无源和有源电流镜的电路设计与原理，以及它们在差分放大电路中的应用。电流镜是一种电流控制技术，它通过将输入电流转换为与之成比例的输出电流，常用于模拟电路和高速电路中，以实现精确的电流传输。 1. 基本电流镜：这是最基础的电流镜类型，它利用两个互补的MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）来实现电流的复制。基本电流镜精度较低，因为其输出电流受电源电压波动、工艺参数（如阈值电压VTH）以及温度影响较大，不能作为严格的恒流源。 2. 共源共栅电流镜：这种设计提高了精度，通过在源极和栅极同时提供偏置，减小了电压余度对电流的影响。共源共栅电流镜能更好地保持恒流特性，适合对精度要求较高的应用，如精密测量或低功耗设计。 3. 低压共源共栅电流镜：为了进一步减小输出电压摆幅，尤其是在电源电压受限的场合，设计者会调整偏置电压Vb和电阻R，以优化性能。学习如何计算这类电流镜的实际输出电压摆幅是本章的重要目标。 4. 有源电流镜：有别于传统的无源电流镜，有源电流镜引入了额外的电源和电路元件，可以提供更好的电流控制能力。它不仅能够补偿负载变化对输出电流的影响，而且允许设计出具有小信号增益的差分对，这对于信号处理和放大至关重要。 5. 差动对特性分析：章节还涵盖了以电流镜作为负载的差动对的特性研究，包括不对称输出摆幅和共模响应。理解这些特性对于设计高性能的模拟前端电路，如运算放大器，极为关键。 6. 电流源与电压源的区别：电流源输出电流与负载无关，而电压源输出电压则独立于负载。在电流镜的应用中，电流镜扮演的是电流源的角色，提供了稳定的电流输出，而实际的电流源可能存在多种限制，比如受电源波动和工艺参数影响。 总结来说，本章的学习目标包括深入理解电流镜的不同类型，掌握它们的工作原理，以及如何优化设计以提高精度和稳定性。这不仅是理论知识，也是实际电路设计中的核心技能，对于从事模拟电路设计的工程师来说，理解和熟练运用这些概念至关重要。