模拟电子技术经典教程 半导体电路设计基础

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第九章 第四章
微电流源
VBE1 = VBE 2 + I E 2 Re 2 VBE1 − VBE 2 ∴ IE2 = R e2
在镜像电流源中接入R 电阻， 在镜像电流源中接入 e电阻， Q I E = I ES e Vt I E1 ∴ IC 2 ≈ I E 2 = I ln 可以得到一个比基准电流小 E Re IE 许多倍的微电流源，适用微 2 许多倍的微电流源，2 ∴VBE = Vt ln I ES 功耗的集成电路中。 功耗的集成电路中。
(1)电流源电路是指电流不随电压变化的电路。 (1)电流源电路是指电流不随电压变化的电路。 电流源电路是指电流不随电压变化的电路
电 流 源 概 述
(2)电流源电路用于模拟集成放大器中， (2)电流源电路用于模拟集成放大器中， 电流源电路用于模拟集成放大器中 以稳定静态工作点。 以稳定静态工作点。
(3)用电流源做有源负载，可获得增益高、 (3)用电流源做有源负载，可获得增益高、 用电流源做有源负载 动态范围大的特性。 动态范围大的特性。
= VDD − I D 缺点：仍存在工作点随温 缺点：只适用于耗尽型R 缺点：+ R 缺点：工作点稳定性差 缺点： 缺点g 1 R： g 2 的FET 度变化的问题
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第九章 第四章
VCC
集成电路中的偏置技术
vi
RC
vO
采用恒流源进行直流偏置
IO
采用三极管或恒流源作有源负载
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I b1
I c1
T1
I e2
I c2
＋
CB R2
+
T
2
T2
+
VS
T
1
R 3 || R 2
RC
Vo
－
CC
+
R3
RE
CE
(a)
交流通路
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第九章 第四章
I b1 I c1
T1 T2
I e2
I c2
＋
VS
R 3 || R 2
RC
Vo
－
CE CB 电 路
交流通路
小信号等效电路
& & & Vo − I b2 rbe2 − β 2 I b2 RC − β1 β 2 RC & = AV = = & & & I b1rbe1 − I b2 rbe2 Vi (1 + β 2 ) rbe1
& β1 I b1 = (1上页 ) I b2下页 + β2 &
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第九章 第四章
§4.6 差分放大
电路形式 差分 放大 电路 及其 工作 原理
差分放大电路是由对 差分放大电路是由对 称的两个基本共射放 大电路， 大电路，通过射极公 共电阻耦合构成的。 共电阻耦合构成的。 对称的含义为两个三 对称的含义为两个三 极管的特性一致， 极管的特性一致，电 路参数对应相等。 路参数对应相等。
具备良好的交流信号通道
采用合适的耦合方式
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第九章 第四章
§4.2 放大电路中器件的偏置技术
几种常用的偏置技术 2.分压法 2.分压法 4.混合偏置法 4.混合偏置法 1.单电阻法 1.单电阻法 3.自给偏压法 3.自给偏压法 V VGSV VVGVVV− VBE(on) = CC −CCBE(on) − VBE(on) − −SI R I BQI= GSQ = CC DQ S VB ≈= Rb1 Rb 2 Rb 2 BQ Rb RgRb1 + Rb 2 2
纯共模输入 上页
& & Vi1 = −Vi 2
& & Vi1 = Vi 2
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第九章 第四章
输入输出方式
差分放大电路可以有两个输出端: 差分放大电路可以有两个输出端: 一个是集电极 集电极C 另一个是集电 一个是集电极 1，另一个是集电 输出称为双 极C2。从C1 和C2输出称为双
端输出， 端输出，仅从集电极 C1或C2 对地输出称为单端输出 单端输出。 对地输出称为单端输出。。 差分放大电路有两个输入端可 以实现双端输入 双端输入和 以实现双端输入和单端输入 双入－ 双入－双出 单入－ 单入－双出 上页 双入－ 双入－单出 单入－ 单入－单出 下页 返回
是镜像关系， IC2和IR是镜像关系，且 I C 2
β >> 2
VCC − VBE VCC = IR = ≈ R R 上页 下页
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第九章 第四章
改进型镜像电流源
电路工作原理
IE3 I R = I C1 + I B 3= I C 2 + 1+ β 2I B 2 = IC 2 + = IC 2 1+ 1+ β (1+ β ) β
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第九章 第四章
多级放大器中的耦合技术
1.阻容耦合 1.阻容耦合 2.直接耦合 2.直接耦合 3.变压器耦合 3.变压器耦合
优点：各级放大器的静态工 优点：可实现阻抗匹配，达 可实现阻抗匹配， 优点：简单方便， 优点：简单方便，易于集成 到最佳级间配合。 到最佳级间配合 作点互不干扰 。
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第九章 第四章
(4)用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。 (4)用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。 用电流源给电容充电
电 流 源 概 述
(5)电流源还可单独制成稳流电源使用。 (5)电流源还可单独制成稳流电源使用。 电流源还可单独制成稳流电源使用
(6)在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： (6)在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 在模拟集成电路中 镜象电流源、比例电流源、 镜象电流源、比例电流源、 微电流源、多路电流源等。 微电流源、多路电流源等。
多级放大器中电压放大倍数的求解
第一级 AV1
vi
vo1
第二级 AV2
vo2
L
第n级 级 AVn
vo
vo vo1 vo2 vo3 vo AV = = L = AV 1 AV 2 L AVn vi vi vo1 v02 von−1
P111例题 例题4.3.3-1
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第九章 第四章
§4.4 电流源及有源负载
组成恒流源，作为T T2、T3组成恒流源，作为T1 的有源负载
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第九章 第四章
§4.5 复合管及复合结构电路
当两个三极管组合在一起时，可等 当两个三极管组合在一起时， 效为一个管子，称为复合管（ 效为一个管子，称为复合管（达林 顿管）。 顿管）。 两个相同类型的管子组成的复合管， 两个相同类型的管子组成的复合管， 的复合管 等效后管子的类型与原类型相同 与原类型相同。 等效后管子的类型与原类型相同。 两个不同类型的管子组成的复合管， 两个不同类型的管子组成的复合管， 的复合管 等效后管子的类型取决于第一个管 等效后管子的类型取决于第一个管 子的类型。 子的类型。 上页 下页 返回
ic = ic1 + ic 2 = β1ib + β 2ib 2 = β1ib + β 2 (1 + β1 ) ib
第九章 第四章
互补型管子组成的复合管
两个不同类型的管子组成的复合管，等效后管 两个不同类型的管子组成的复合管， 不同类型的管子组成的复合管 子的类型取决于第一个管子的类型 第一个管子的类型。 子的类型取决于第一个管子的类型。 上页 下页 返回
+
V ＋ CC
TR1 TR2
+
T1
T2
RS
+ + +
vS
第第第
第第第
缺点：各个放大器的静态工， 缺点：隔直流，且体积笨重， 隔直流，且体积笨重 缺点： 缺点：无法传递直流信号 不易于集成。 不易于集成。 作点互相干扰， 作点互相干扰，需在电路上 采取措施加以改进。 采取措施加以改进。
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第九章 第四章
第九章 第四章
静态分析
Q vi1 = vi 2 = 0
∴VE1 = VE 2 = −VBE = −0.7V
−0.7 + VEE ∴ I E1 = I E 2 = 2 Re I E1 I B1 = I B 2 = 1+ β
VCE1 = VCE 2 = VCC − RC I C1 − VE1
= VCC − RC I E1 + 0.7
≈ IC 2
由于有T 存在， 将比镜像电流源中的2 由于有T3存在，IB3将比镜像电流源中的2IB小1＋β3 更加接近。 倍。因此IC2和IREF更加接近。
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第九章 第四章
多路镜像电流源
此时， 此时，Iom与IR之间的误差将由原 通过一个基准电流源带动多个三极管的输出电流， 通过一个基准电流源带动多个三极管的输出电流， 来的（ 来的（m+1)I 即wk.baidu.com构成多路电流源，即一个基准电流IREF可获 即可构成多路电流源，即一个基准电流B的减小为 （m + 1）I B (1 + β ) 得多个恒定电流。 得多个恒定电流。
第九章 第四章
§4.3 放大电路中的信号耦合技术
常常采用电容进行信号的耦合 单级 放大 器中 的耦 合技 术
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第九章 第四章
多级放大器中的耦合技术
将多个单级放大器串接在一起， 将多个单级放大器串接在一起，即可 组成一个多级放大器
输 入
多级 放大 器的 概念
第一级
第二级
L
第n级 级
输 出
复 合 管
第九章 第四章
同类型管子组成的复合管
ib ic1
β1 β2
ic ic2 ie
ib2
rbe = r+ β + (1 ic β1ib + β 2 (1be1 1 ) ib + β1 ) rbe 2 ∴β = = = β1 + β 2 (1 + β1 ) ≈ β1 β 2 ib ib
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第九章 第四章
基本镜像电流源
电路要求
三极管T1、T2为对称管， 三极管T1、T2为对称管，即 T1 为对称管 其器件参数完全相同。 其器件参数完全相同。
电路工作原理
I R = I C1 + 2 I B = I C 2 + 2 I B
2 = I C 2 1 + ≈ I C 2 β
Q I E1 R e1 = I E 2 R e 2
∴ IO I REF
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I E 2 R e1 ≈ = I E1 R e 2
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第九章 第四章
有源负载电路
恒流源由于其动态输出电阻很大， 恒流源由于其动态输出电阻很大，故在电路中可用作放 大器的有源负载，从而提高电路的电压放大倍数。 大器的有源负载，从而提高电路的电压放大倍数。
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第九章 第四章
差分电路的作用
抑制零点漂移 抑制零点漂移
零点漂移 当电路没有输入信号时， 当电路没有输入信号时， 由于外界对电路的干扰是一 由于电源电压或外界环境 致的， 致的，而电路又是左右对称 因素的变化， 因素的变化，会使得电路 所以当电路从C1和 的，所以当电路从 和C2 的输出电压不为零， 的输出电压不为零，而有 之间输出时， 之间输出时，其干扰相互抵 缓慢而无规则的飘动， 缓慢而无规则的飘动，这 消种现象称为零点漂移 ，故起到消除零点漂移的 零点漂移。 种现象称为零点漂移。 作用。 作用。 上页 下页 返回
第九章 第四章
差模信号和共模信号
任意输入信号都可以分 解为差模信号和共模信 号之和。 号之和。
差模信号
& Vid & & Vi1 = + Vic 2 & −Vid & & Vi 2 = + Vic 2
纯差模输入
& & & Vid = Vi1 − Vi 2
共模信号
& & Vi1 + Vi 2 & Vic = 2
VBE Vt
∴ IE2
IES1=IES2
Vt I E1 = ln R e2 IE2
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第九章 第四章
比例电流源
在镜像电流源电路的基础上， 在镜像电流源电路的基础上，增 加两个发射极电阻， 加两个发射极电阻，使两个发射 极电阻中的电流成一定的比例关 即可构成比例电流源。 系，即可构成比例电流源。
第九章 第四章
组成复合管的原则
管内电流方向要一致
能组成复合管
不能组成复合管 上页 下页 返回
第九章 第四章
复合结构电路
共射和共基放大电路组合在一起， 共射和共基放大电路组合在一起，组成复 合结构电路，常称为串接放大器。 合结构电路，常称为串接放大器。 CE CB 电 路
vS
V CC
R1
RC vO
第九章 第四章
4 半导体电路设计基础
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第九章 第四章
§4.1 半导体放大电路的构建准则
选择合适的器件 P103图4.1-1例题 4.1选取合适的器件参数，比如 选取合适的器件参数，比如ICM、BVCEO、PCM、fT等。
建立合适的直流偏置
BJT：保证BE结正偏，BC结反偏； ：保证 结正偏 结正偏， 结反偏 结反偏； FET: 不同类型下保证其处于线性放大区。 不同类型下保证其处于线性放大区。
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第九章 第四章
动态分析
对于纯差模输入信号， 对于纯差模输入信号， 公共发射极E 公共发射极E点相当于 交流短路。 交流短路。
vi1 = −vi 2 vo = vc1 − vc 2 ≠ 0
对于纯共模输入信号： 对于纯共模输入信号：