模拟电子电路基础模拟集成单元电路

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3.3.1差放的偏置，输入和输出信号及连接方式 休息1 休息2
差动放大器是 IC 中应用广泛的核心单元电路
（1） 电路结构 i T1 和 T2 为差分对管（对称）组成对称电路，即：
RC1= RC2= RC ,Rb1= Rb2= Rb
β1=β2=β ,hie1= hie2= hie
EC
ii Ree 为发射极共用的负反馈 偏置电阻
作用：稳定静态工作点
T
IC1
IE1
IC 2 I E2
I EE I E1 I E 2
U E U BE U B U E
IB
IC
1
IC2
对共模输入有强负反馈作用
IC1↓↑
IB1↓
↑
IC1↑
IB2↓
UBE1
UE
UBE2
IE1 ↑ IE2 ↑
ui1 IEE↑
ui2
-Ee
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3.3.1差放的偏置，输入和输出信号及连接方式
UT R2
ln
IR IC2
一般设计中：
根据输出的电流 IC2 和已知电流 I R
Ec R
，
决定发射极电阻： R 2
UT IC2
ln
IR IC2
电路仿真 返回 休息1 休息2 继续
§3.2 带电流源（恒流源）的放大电路
3.2 .1 有源负载共射放大电路的分析 3.2.2 有源负载共集电极电路（射随器)
在基本型电流源中，若要求很小的输出电流，（例如 10μA）
(则3电) 阻输R出的电值阻势： 必很r 大 0 （ 例如1几MrΩ）2 这 2R样R大 2 2的电r阻ce在2 集成电路中
是难以造成的。
（1） 电路结构：R1＝0，R2≠0，
R2 引入了电流负反馈。
(2) 电路分析：
EC IR
IC2
利用上式结果，当 R1＝0 时， I C 2
2
R2
UUIBEC1A2
UT
ln
IC1 IS
IC2 UB
IE2
电路仿真
IC2
IS
exp U BE2 UT
IR
R2 R1
IC2
UT R1
ln
IC2 IC1
U BE2
UT
ln
IC2 IS
IR
R2 R1
IC 2
VBE 2 VBE 1 R1
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2 微电流源 （Widlar 电流源）
rbb‘1
++
ui
_
u1 rb‘e1⚀ u1gm rce1
-
+ rce2 uo
_
Ri
Ro
rbb‘2
+
rbe3 R
u2
-
rb‘e2⚀
u2gm
rce2
rbb‘1
+
+
+
ui
_
u1 rb‘e1⚀ u1gm rce1
uo
_
-
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3.2.2有源负载共集电极电路 1．电路结构
T1 为共集电极放大器
ui
T2，T3 为 NPN 型基本比例电流源电路
uCE1
-
io
ic2 +
uo RL
-
R1
R2
-Ee
（（1）2：）： ui 的ui 正的向负界向限界：限：
当ui↓ ui↑→→ic2i=c1I=Qie不1 在变I→Q(IiCQ1=↓Ic→ 2)的|-i基0|↑础→上↑→uCioE↑1↑→→uoT=1io截RL至↑→uCE1↓
当 ui↑↑→T1 饱合→uCE1=UCE1(sat)
ui
2 空载大信号特性：
可以看出 T2 的输出特性曲线就是 T1的负载线。 放大器应工作在负载线上，
(1) 当 ui=0 时，T1 截至，iC1=0 , 而 T2 饱合
uO=uCE1=Ec-|UCE2(sat)|
ui
(2) 当 ui↑→iB1→uBE1 ↑→uCE1↓ T1 和 T2 工作在放大区。
IR
IC2
IR=IC1+IB2 , IB2=IC2 /β ,
IB2
IC1=IC3 ( UBE1= UBE2= UBE )
IC3=IE2 -2IB=IE2 -2IC3 /β
2IB
IE2
IC1
IC3
IC3 2 IE2
1
IE2
IC 2
1 IC3 2 IC2
+
IE1
UBE
_
IR
1 2
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二 主要镜像电流源
3． 高输出阻抗串接镜像电流源
EC
(1) 电路结构：由两个基本电流源电路串接而成。 IR
2I B
IC2
(2)
电路分析： I R
EC
2 U BE R
IC2
IR
2 IB
I R
2
IC1 UBE1
ro
UBE3
(3) r0
忽略 rμ2: r0≈β2rce2 考虑 rμ2: r0≈0.5β2rce2
IC 2
1
IC 2
I C 2
2 2 2 2
2
I C 2 1
2
2 2
IC 2
相对误差
IR IC2 IC 2
2 2 2
(3) 输出电阻 r0≈0.5β2rce2
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三 对电源电压变化不敏感的偏置电流源
１． 比例电流源
(一1在)般电T: 路I1 R和结T构R2R：发21 射IC极2 接有串联电阻 R1 和 R2
电路仿真
由于 T4 动态电阻 rce4 引入了强电流负反馈使
输出电阻 ro 增加β倍，抗负载波动的能力强。
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二 主要镜像电流源
EC
IC2
IC2
4 威尔逊电流源（高输出阻抗精密电流源） IR
IB2 IB2
IC2
（1） 电路结构： T3 管引入了闭环电流负反馈
IC1 IC1
IE1
2IB IE2
+ UBE _
IE2 IC3
IC3
IR
EC
UBE2 R
UBE3
（不随负载变化）
电路仿真
当负载变化→IC2↑→IB2↑→IC1=(IR-IB2)↓→IC3↓→IE2↓→IC2↓
以上为自动反馈的调节过程。
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二 主要镜像电流源
EC
4 威尔逊电流源（高输出阻抗精密电流源）
(2) 电路分析：
iB
B
·· Q/
IB
Q
U BT 2.1mV T
c0
UBE
休息1 休息2
F
A
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3.1 .1 BJT参数的温度特性
4. BJT 参数的温度特性对放大器工作点的影响 i C
G
一般有：
对 放大器
T
外电路元件
输入直流负载线 输出直流负载线
不变 IC
·· · Q/ Q
β 输出特性曲线间距拉大 Q ICBO ICEO 输 出 特 性 曲 线 上 移 Q VBE 输入特性曲线左移 Q
1. β T 基区扩散速度 复合 β
0.5 1 c 0
T
iC G
IC
·· · Q/ Q
2. ICBO
T
少子浓度 ICB0 ICE0=（1+β）ICB0
UCE
T T0
ICBO(T)ห้องสมุดไป่ตู้ ICBO(T0) 2 10
即增加一倍／100
3 UBE T 禁带宽度 PN 结接触电位 UBE
即：
IS1=IS2=IS
β1=β2=β
UBE1= UBE2=UBE
IB1
IB2
IC1
+
UBE —
IB1= IB2= IB
电路仿真
， T1：为参考电路 ,确定参考电流 IR
T2：提供稳定的偏置电流 IC2
即：为放大电路提供稳定的偏置电流
IC2
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二 主要镜像电流源
１． 基本镜像电流源：
uCE2↓→T2 饱合
∴u∴omuaxo=mEin≈c-UC-EE1(es+atU) CE2(sat)
3 uim传ax=输Ec特-U性CE1方(sat)程+U：BE1
uo
ui
UBE1
ui
UT
ln
IQ
u0 RL
IS1
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§3.3 差动（差分）放大电路的特性与分析：
3.3.1 差放的偏置，输入和输出信号及连接方式 3.3.2 共射差放理想对称时的大信号特性 3.3.3 基本共射差放理想对称时的微变等效分析 3.3.4 有源负载共射差放
IR IC2 IC2
2
1
精度提高了约β倍
(4) 输出电阻
+ IC1
UCE1
-
UBE3 IB1
IE3 IB2
+
UBE2
UBE
ro
—
r ce
UA IC2
较小，易受负载波动的影响。
(5)
U CE 1
U BE3
U BE2
UCE2
Early
IC
效应
IS
exp UBE UT
1
UCE UA
∴ I C 1 I C 2 会产生误差
UCE
F
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为了稳定放大电路中工作点 Q 的稳定性，在集成电路中多采用镜像电流源 等电路来实现偏置，能使放大电路的工作不随温度、负载及电源的变化而变化。
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3.1.2 主要镜像电流源
１． 基本镜像电流源：
(1)电路结构：
EC
IR
IC2
A：T1 和 T2 为 NPN 型对管，要求对称（匹配）
（2）电路分析：
因为 UBE1= UBE2= UBE ,IB1=IB2=IB
EC
IR
IC2
2IB
所以
IC1=IC2=ISexp
U BE UT
IB1
IB2
IC1
+
又因为
IR
IC1
2IB
IC1
1
2
IC1
2
UBE —
IC1 IC2
IR
2
I R
2
当β>>1 时: IC2 IR
而
IR
EC
UBE R
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u3O .2 .1 有源负载共射放ic1=大- ic2电路的分析
·① ·②
·④ ·③ ·②
、 1 电路·结③构：UCE2(sat)
T1 为共发·射④极放大器 ui
·①
ic2
uCE1
uCE2
T2，T3 为 PNP 型基本镜象电流源电路
作为 T1 的集电极负载，代替 RC 的作用。 UCE2(sat)
iii 双电源供电 EC 和 －Ee iv 两个输入端 ui1 和 ui2
两个输出端 uo1 和 uo2
ⅴ 差分放大器具有四种不同的工作状态： uo1
EC
uo2
双端输入，双端输出
单端输入，双端输出
双端输入，单端输出
ui1
单端输入，单端输出 ⅵ 信号的输入方式：
EC R
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1 基本镜像电流源：
（3）讨论
(ⅰ4)电: I流C2源 的IR输出电镜阻像关系 ⅱrⅲ0:=I： rRce2=另EUIRCC外 A2 ，参输考I出电R电-流I阻C与2等=晶2于体I管TB2参管数的无输存关出在，电稳误阻定差，
相(∴∴ 5对)相较当U对 小βC误 （E较1U差=小AU=为时IB,ERE带a≠ Ir动lCy2IU电多CC压2个E，2输较出2大电）流时,
T1 和 T2 工作状态不对称
(例如 n 个),
IR
EC
IR 2IB
IB1
IB2
IC1
+
UBE —
IC2 IC2 ICI3C3 IC4IC4
IC2
ro
IICC（（n+n+1）1）
绝对误差为(n+1)IB,
（n+1）IB
n 个输出电流时的
相对误差= (n+1) /β
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2．精密镜像电流源
（1） 电路结构：
EC
用 T3 代替了基本电流源电路中的短路线 IR
I B3
IC2
(2) 电路分析： 同理有：UBE1=UBE2=UBE
IC1
IB1 IE3 IB2
+
∴
IC1=IC2=IS
exp
U BE UT
UBE —
而， IR
IC1
IC1
2IB
1 3
IB3
IC1
IC1
IE3
1
+ EC uCE2 ic1 +
uo -
EC
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二 有源负载共射放大电路的分析
3 小信号等效电路
Ri= rbb’1+rπ1 , Ro=rce1// rce2
Av=-β(rce1//rce2)/hie
有载时：Av=-β(rce1// RL’)/ hie
ui
+ EC uCE2 ic1 +
uo -
RL’=rce2 // RL
第三章 模拟集成基本单元电路
§3.1 集成电路（IC）中的电流源 §3.2 带电流源（恒流源）的放大电路 §3.3 差动（差分）放大电路的特性与分析 §3.4 乙类推挽输出级电路与功率放大器
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§3.1 集成电路（IC）中的电流源
3.1 .1 BJT参数的温度特性 3.1.2 主要镜像电流源
返回
3.1 .1 BJT参数的温度特性
1
2
1
Ic1
IC 1 1
IB1 IB2
1 3
2
2
IC1
1
EC
2
1
电路仿真
∴
IC1
IR
1
2
1
IR
(其中：β1=β2=β3=β, 注意：IC1=IC2 )
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二 主要镜像电流源
2．精密镜像电流源
EC
(3) 讨论： i: I C 2 I R
IR
I B3
IC2
ii:
EC
UBE RR
uo RL
RR11
RR22
-Ee
uo
电E路C 仿真
Rb
· · + UQBE
C2 ui
+
ui D
-
uo
Re
RL
-
3.2.2有源负载共集电极电路
uo
uomin Ee UCE( sat )
· ·Q
D
+ uomax Ecc UCE( sat ) ui
ui
-
vi
UBE R
EC
+
ic1
（ 可根2）据电R1路和分R析2 的：比U例B1，=U来B调2=节U电B 流源输
EC I
R
IC1
出电流 ICU2 的 BE1大小I E1 R1 U BE 2 I E 2 R2
IE1
(3) 输I出E1电阻I R：
又r0
1
IE2 I C 1R1
IC2 IS erxbpbU2 U2BTER1r2
作为 T1 的发射极负载，代替 Re 的作用。
2 传输特性
（1） 当 ui=UBE1 时，使 iE1=iC2=IQ
∴ io=0,uo=0 确定 Q 点
（2） 当 ui=0 时，uo= - UBE1 , 确定 D 点
所以传输特性：
C1
经过 Q，D 两点的一条直线 ，
Rs
斜率接近 1。
us
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