有源負載

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集成運算放大電路一般由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路組成。為了對集成運放內(nèi)部電路有一個基本了解，本知識點以典型的集成運算放大電路F007為例，介紹集成運算放大電路的組成、工作原理及主要參數(shù)。

在電路設(shè)計中，有源負載是一種由有源器件組成的電路元件。晶體管等有源器件對小信號產(chǎn)生高阻抗，但不需要很大的直流電壓降，這種特性類似于阻值很大的電阻。這類交流大負載阻抗某類放大器的交流增益。有源負載常為電流鏡的輸出部分，并可以理想化的方式表示成電流源。通常來說，有源負載僅是恒流電阻，僅為整個電流源的一部分，因為電流源也包括恒壓源。

有源負載共基極情況

圖1中的負載是電阻，流過負載的電流由歐姆定律可以求出：

由于這一關(guān)系，電阻的電壓降受B點的電流支配。若偏置電流因為某些性能原因被固定，任何情況下的負載電阻升高都會自動使Vout電壓降低，這樣也會降低集電極與基極間的電壓降VCB，同時限制了放大器輸出的信號擺幅。若信號擺幅大于VCB，在信號周期的一部分時間里，晶體管會不在放大區(qū)工作。

而對于圖3中的有源負載，無論VCC到Vout的電壓降多大，VCB的值可以很大，而輸出信號擺幅也可以很大。

有源負載差分放大器

有源負載常用于運算放大器的差分輸入級，能大大增大放大器增益。

有源負載實際應(yīng)用限制

在實際應(yīng)用中，理想電流源由電流鏡代替，有兩方面不理想因素。第一，電流鏡的交流電阻很大，但不是無窮大的。第二，電流鏡需要小電壓降來保持工作狀態(tài)（保證電流鏡的輸出晶體管處于放大區(qū)）。這樣一來，電流鏡就會使允許的輸出電壓擺幅范圍減小，但這種限制與電阻相比要小得多，而且也不會由偏置電流的選擇來決定，使電路設(shè)計的靈活性提高了不少。

有源負載有源音箱

有源音箱（Active Speaker）又稱為“主動式音箱”。通常是指帶有功率放大器的音箱，如多媒體電腦音箱、有源超低音箱，以及一些新型的家庭影院有源音箱等。 而相對的， 無源音箱（Passive Speaker）又稱為“被動式音箱”。

有源音箱由于內(nèi)置了功放電路，使用者不必考慮與放大器匹配的問題，同時也便于用較低電平的音頻信號直接驅(qū)動。此外，還有一些專業(yè)用內(nèi)置功放電路的錄音監(jiān)聽音箱和采用內(nèi)置電子分頻電路和放大器的電子分頻音箱也可歸入有源音箱范疇。

有源負載無源音箱

無源音箱即是我們通常采用的，內(nèi)部不帶功放電路的普通音箱。無源音箱雖不帶放大器，但常常帶有分頻網(wǎng)絡(luò)和阻抗補償電路等。

有源負載區(qū)別

有源音箱通常標(biāo)注了內(nèi)置放大器的輸出功率、輸入阻抗和輸入信號電平等參數(shù)。有源超低音箱則還標(biāo)注了輸入信號的頻率特性（如全頻帶信號還是低頻信號）、低通濾波器特性等參數(shù)。無源音箱一般標(biāo)注阻抗、功率、頻率范圍等參數(shù)。

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利用恒流源代替放大電路中的負載，就構(gòu)成有源負載放大電路。這種放大電路不僅單級電路電壓放大倍數(shù)高，還可以改善放大電路的其他性能。因此，這種有源負載放大電路已成為模擬集成電路設(shè)計特色之一。

T是共射放大級，PNP型管T1 、T2及電阻組成恒流源電路。此時，放大電路的負載為有源器件T2，故稱為有源負載放大電路。

由于 為恒流源輸出電阻ro與負載電阻RL的并聯(lián)值，只要RL足夠大，這種電路的電壓放大倍數(shù)可高達幾千倍。而且放大倍數(shù)與負載兩端直流壓降（或Ic）無關(guān)。

T1 、T2組成帶恒流源的差動放大電路，T3、T4 組成鏡像恒流源電路，作為差動放大電路的有源負載。這種差動放大電路不僅電壓放大倍數(shù)大，而且共模輸入電壓范圍也大。

當(dāng)uid輸入時，T1 管集電極電流為IC1，T2 管集電極電流為 - IC2，且- IC2 = IC1 ；當(dāng)T1管集電極電流增加的同時，T3 管電流必然也增加，且IC1 = IC3；由于IC3與IC4 為鏡像關(guān)系，即IC3= IC4，這樣流過負載的電流

IL = IC4 - IC2 = IC3- IC2= IC1- IC2 = 2 IC1；即負載中得到的是單端輸出信號電流的兩倍，也就是等于雙端輸出時的信號電流。這表明恒流源負載差動放大電路還能在不降低放大倍數(shù)和共模抑制比的前提下，將雙端輸出變?yōu)閱味溯敵?，實現(xiàn)單端化。

在電子測試設(shè)備領(lǐng)域中，有源負載用于自動測試電源供應(yīng)和其他電功率來源，以確保這些電功率來源的輸出電壓和電流在負載情況變化范圍（無負載到最大負載）內(nèi)符合規(guī)格。

測試負載的一種放大是用一組不同阻值的電阻，并進行人工干預(yù)。而有源負載為電功率來源提供了一個阻值，這一阻值可由電子控制、多圈電位器等模擬調(diào)整器件或是數(shù)字計算機設(shè)定的自動測試設(shè)置改變。負載電阻能被快速改變，這樣就能測試電源供應(yīng)的瞬態(tài)響應(yīng)（暫態(tài)響應(yīng)）。

有源負載與電阻一樣能將電源供應(yīng)的電能轉(zhuǎn)換成熱能，因此有源負載中需要包含散熱裝置（常使用晶體管）以承受溫度升高，并常用散熱片冷卻。

為增大易用性，有源負載常包含測量輸送到輸入端的電流和電壓的測量電路，并使測量結(jié)果顯示在數(shù)字讀出裝置上 。

利用恒流源代替放大電路中的負載，就構(gòu)成有源負載放大電路。這種放大電路不僅單級電路電壓放大倍數(shù)高，還可以改善放大電路的其他性能。因此，這種有源負載放大電路已成為模擬集成電路設(shè)計特色之一。

有源負載共射放大電路的基本形式。T是共射放大級，PNP型管T1 、T2及電阻組成恒流源電路。此時，放大電路的負載為有源器件T2，故稱為有源負載放大電路。

由于 為恒流源輸出電阻ro與負載電阻RL的并聯(lián)值，只要RL足夠大，這種電路的電壓放大倍數(shù)可高達幾千倍。而且放大倍數(shù)與負載兩端直流壓降（或Ic）無關(guān)。

帶恒流源負載的差動放大電路。T1 、T2組成帶恒流源的差動放大電路，T3、T4 組成鏡像恒流源電路，作為差動放大電路的有源負載。這種差動放大電路不僅電壓放大倍數(shù)大，而且共模輸入電壓范圍也大。

當(dāng)uid輸入時，T1 管集電極電流為IC1，T2 管集電極電流為 - IC2，且- IC2 = IC1 ；當(dāng)T1管集電極電流增加的同時，T3 管電流必然也增加，且IC1 = IC3；由于IC3與IC4 為鏡像關(guān)系，即IC3= IC4，這樣流過負載的電流

IL = IC4 - IC2 = IC3- IC2= IC1- IC2 = 2 IC1；即負載中得到的是單端輸出信號電流的兩倍，也就是等于雙端輸出時的信號電流。這表明恒流源負載差動放大電路還能在不降低放大倍數(shù)和共模抑制比的前提下，將雙端輸出變?yōu)閱味溯敵?，實現(xiàn)單端化。