康华光-电子技术基础(第六版)模拟部分ch07

IC2＝IO
+
T2
VBE2 -
Re2
由于 VBE 很小， 所以IC2也很小。
ro≈rce2（1＋
Re2 ）
rbe2 Re2
－VEE
（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 R）o
15
7.1.2 BJT电流源电路
3. 高输出阻抗电流源
＋VCC
I REF

VCC
VBE3
VBE2 R
VEE
21
VDD
差分放大器输出信号也可以分为共
RD
+ vo -
RD
模信号和差模信号。
vo1 voc vod / 2
vod vo1 vo2
T1
vo1 vo2
T2
vo2 voc vod / 2
voc (vo1 vo2 ) / 2
vo1

voc

vod
/
2

A vcvic

1 2
Rd2 vO －
vO2 d2 iD2

vO1
t vO2
vi1 g1
T1
T2
g2 vi2
t ＋
+vid/2
＋
s1
VGS1 －1
vS
s2
＋
－ VGS2
＋ -vid/2
VDQ
VDQ
－
IO
－

t
t
-VSS
27
7.2.2 FET差分式放大电路
2. 工作原理
vi1和vi2大小相等，相位相同。vO1和vO2大小相等，
T1
T2
g2 vi2

vO1
t vO2
t
＋
s1
＋
VGS1 －1
vS
s2
＋
－ VGS2
＋
VDQ
VDQ
vic －
IO
ro
vic －

t
t
-VSS
28
7.2.2 FET差分式放大电路
2. 工作原理
抑制零点漂移原理
温度变化和电源电压波动，都将使两个漏极电流产生变化，
3. 动态工作原理
动态：仅输入差模信号
vi1
vi2
vi1和vi2大小相等，相位相反。vO1和vO2大小相等， 相位相反。 vO = vO1-vO2 0，信号被放大
vO

vGS1
VGSQ
t vGS2
VGSQ
t

t +VDD

t
t
iD1
iD2
IDQ
IDQ
Rd1 ＋
iD1 d1 vO1
IREF R
d1
+ VDS1
-
NMOS
T1
g T2
+
VGS -
-VSS
IO

I D2

I REF

VDD
VSS R
VGS
d2 ID2=IO
+ VDS2 -
5
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
+VDD
IO

I D2

I REF

VDD
VSS R
VGS
再根据 IREF ID1 Kn VGS VTN 2
7.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 7.2 差分式放大电路 7.3 差分式放大电路的传输特性 *7.4 带有源负载的差分放大电路 7.5 集成运算放大器 7.6 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电
路的影响 7.7 变跨导式模拟乘法器 7.8 放大电路中的噪声与干扰
3
7.1 模拟集成电路中的 直流偏置技术
7.1.1 FET电流源电路 7.1.2 BJT电流源电路
4
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
+VDD
T1、T2的参数全同 只要满足 VGS > VTN 必有 VDS1 > VGS-VTN
T1一定工作在饱和区 又因为 VGS2 = VGS1 = VGS
T2漏极接负载构成回路后，只要 满足VDS2 > VGS-VTN ，就一定工 作在饱和区，且有
g4
T4 (W/L)4
－ VGS3 ＋ ＋ VGS4 －
ID1
ID2
VDS4 VGS4 VTN4
(W/L)1T1
T1
T2 (W/L)2
－ VSS
9
7.1.1 FET电流源电路
3. 组合电流源
除宽长比外，
＋VDD
ID0＝IREF
d0
T0
g0 NMOS
＋ ＋VGS0 －
I2 d2
－
VGS4
s4
动态电阻
ro
( iC2 )1 vCE2
IB2 rce
＋VCC
IREF
R 2IB
IC1 c1 b1
T1
c2 iC2=IC2 = IO= IREF
b2
T2 vCE
一般ro在几百千欧以上
－VEE
13
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 其他形式
＋VCC
IREF
R 2IB
IC1 c1 b1
动态：仅输入共模信号 相位相同。 vO = vO1-vO2= 0，双端无信号输出
vi1
vi2
vO
实际上单端输出时也有很

t
t
强的共模信号抑制能力
vGS1
vGS2

t
VGSQ
VGSQ
+VDD

t
t
iD1
iD2
IDQ
IDQ
Rd1 ＋
iD1
vO1
d1
Rd2 vO －
vO2
iD2
d2
vi1 g1

(W (W
/ /
L)5 L)4
I4

(W (W
/ /
L)5 L)4
I3
－VSS
需保证所有管子工作在饱和区

(W (W
/ /
L)5 L)4
(W (W
/ /
L)3 L)1
I REF
10
7.1.1 FET电流源电路
4. JFET电流源
JFET是耗尽型
iD＝IO
iD
管，所以VGS=0
d
时工作在饱和区
+
IO
R
IREF
IB3
IO

IC2

A3 A1
IREF

IREF
IC1
5
2IB
T1
A1和A3分别是T1和T3的相对结面积
动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻高
IC3=IO T3
IC2
5
T2 －VEE
16
7.1.2 BJT电流源电路
4. 组合电流源
T1、R1 和T4支路产生基准电流IREF
T1和T2、T4和T5构成镜像电流源
RD
+ vo -
RD
T1
vo1 vo2
T2
+
-
vic
+
RSS
- vid 2
VSS
+
vic -
vid 2
+
-
vi1

vi1
vi2 2

vi1
vi2 2
vi2

vi1
vi2 2

vi1
vi2 2
, vic (vi1 vi2 ) 2 vid vi1 vi2
vi1 vic vid 2 vi2 vic vid 2
＋ g4
－
VGS5
g5 ＋
s5
T4
T5
d4
PMOS I4
d5 I5
d3 I3
T0~T3特性相同， T4、T5特性相同
I2

(W (W
/ /
L)2 L)1
I REF
I3

(W (W
/ /
L)3 L)1
I REF
T1
g1
g2
T2
＋ NMOS ＋
VGS1 －
VGS2 －
g3 ＋
T3 NMOS
VGS3 －
I5
IC2 = IC1 IREF
IREF
R 2IB
IC1 c1 b1
T1
c2 iC2=IC2 = IO= IREF
b2
T2 vCE
= VCC VBE VCC
R
R
－VEE
Rc的值在一定范围内变化时，IC2的电流值将保持不变，反 映出IC2的恒流特性。
12
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
由于 ID1 ID3 IREF Kn (VGS VTN )2
所以
VG S3
VGS

1 2
(VDD
VSS
)
只要满足 VDD VSS 2VTN
T1~T3便可工作在饱和区 输出电流为
ID2 K n (VGS VTN )2
＋VDD IREF
T3 T1
－VSS
+
- VGS3
g
vDS
－
s
iD IO
IDSS (1 vDS )
1
ro I DSS
－VSS (a)
1
ro= 斜率 可用范围
|VTP| (b)
耗尽型MOS管也可采用类似的方式构成电流源
vD
VBR
S
11
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
＋VCC
T1、T2的参数全同
VBE2 = VBE1
IE2 = IE1
A vdvid
+
-
vic
+
RSS
- vid 2
VSS
+
vic -
vid 2
+
-
vo2

voc

vod
/
2

A vcvic

1 2
A vdvid
vo vo1 vo2 A vd (vi1 vi2 )
KCMR =
Avd Avc
反映抑制零漂能力的指标
22
7.2.1 差分放大器概述
4. 零点漂移
输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象。 产生零漂的主要原因：（1）温度变化引起，也称温漂
（2）电源电压波动 温漂指标： 温度每升高1ºC，输出漂移电压按电压增益折
算到输入端的等效输入漂移电压值。
23
7.2.1 差分放大器概述
5. 三端器件组成的差分式放大电路
V+
R1 vO1
R2 vO2
I1
T1和T3，T4和T6构成了微电流源
I REF

VCC
VEE
VBE1 R1
VEB4
T4
R1 IREF
T1
＋VCC
R2
T5
T6
I5
I6
I2
I3
T2
T3
R3 －VEE
17
7.2 差分式放大电路
7.2.1 差分式放大电路的概述 7.2.2 FET差分式放大电路 7.2.3 BJT差分式放大电路
iD2=iO
（ =0） IO ID2 (W / L)2
ID2
IREF ID1 (W / L)1
斜率＝ 1 ro
击穿
可用范围
+
VDS2 -
电流源是双口网络还是单口网络？
0 VGS-VTN VDS
7
VBR
vDS2
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
用T3代替R，T1~T3特性相同
＋ vi1
－
O1 T1
iic
＋ vO －
O2 I2
T2
＋
iid
vi2 －
e
Io
iic
V－
24
7.2.2 FET差分式放大电路原理分析
1. MOSFET电路组成
+VDD
T1、T2对称
源极共用电流
源支路
vi1
＋
+vid/2－ ＋
vic －
Rd1 ＋
iD1 d1 vO1
g1
T1
＋
s1
VGS1 －1
IO
Rd2 vO －
T1
c2 iC2=IC2 = IO= IREF
b2
T2 vCE
－VEE
＋VCC
T1
I来自百度文库1
2IB
IREF R －VEE
T2 iC2
14
7.1.2 BJT电流源电路
＋VCC
2. 微电流源
IO IC2 IE2
VBE1 VBE2 Re2
VBE Re2
IREF
R 2IB
IC1
T1 + - VBE1
+VDD
Rd1
Rd2
iD1 g1
＋ d1 T1 vDS1
＋
s1 － vS
VGS1 －1
＋
vDS2
d2 T2
iD2 g2
－ s2
＋
－ VGS2
IO
VDS1 VDS2 Vd1 Vs1
-VSS
VDD IDQ Rd1 (VGSQ )
最后需要校验是否工作在饱和区
26
7.2.2 FET差分式放大电路
便可求出电流值
IO的电流值与Rd无关
Rd 的 值 在 一 定 范 围 内 变 化 时 （VDS2 > VGS-VTN），IO的电流值将 保持不变，反映出IO的恒流特性。
IREF R d1 + VDS1 -
-VSS
NMOS
T1
g T2
+
VGS -
d2 RIDd2=IO d2 ID2=IO
+
VDS2 -
18
7.2.1 差分放大器概述
1 电路结构
基本电路
差分放大器，又称差动放大器，广泛应用于集成电路中。它 是由两个对称的共源放大器通过源极电阻RSS相耦合而组成的。
19
2 性能特点
差模信号
两输入端作用着数值相 等、极性 相反的输入信号电压，即vi1=-vi2，则称 它们为一对差模输入信号；表示为： vid= vi1-vi2; 输出：vo1, vo2, vo=vo1- vo2
+ VGS
-
ID2＝IO T2
8
7.1.1 FET电流源电路
2. 串级镜像电流源
VDD
ro
动态电阻更大，恒流特性更好
ro rds4 rds2 (1 gmrds4 ) gmrds4 rds2
需要注意，T4漏极接负载构 成回路后，需要满足
IREF ID3
d4 ID4=IO
(W/L)3 T3
《电子技术基础》
模拟部分 （第六版）
电子技术基础模拟部分
1 绪论 2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 场效应三极管及其放大电路 5 双极结型三极管及其放大电路 6 频率响应 7 模拟集成电路 8 反馈放大电路 9 功率放大电路 10 信号处理与信号产生电路 11 直流稳压电源
2
7 模拟集成电路
vO2 d2 iD2
vS -VSS
T2
g2 vi2
s2
＋
－ VGS2
＋ -vid/2
－
＋
vic
－
25
7.2.2 FET差分式放大电路
2. 静态工作原理
静态
I D1Q
=
I D2Q

I DQ

1 2
IO
VGS1Q = VGS2Q = VGSQ
由 IDQ Kn (VGSQ VTN )2
可求得 VGSQ
共模信号
若设差分放大器的两输入端分别作用着数值相 等、
极性相同的输入信号电压，即vi1=vi2，则称它们为一对 共模输入信号；表示为：
vic1 vic2 vic
vo=vo1- vo2=0
20
实际信号：
实际加到差分放大器两输入端的信号电压往往为任意信号， 它们既不是差模信号，又不是共模信号
VDD
6
7.1.1 FET电流源电路
+VDD
1. MOSFET镜像电流源
IREF R
Rd
动态电阻(交流电阻)
+VDD
d1
NMOS
d2 ID2=IO
ro

( iD2 vDS2
)1
VGS 2
Rd
+ VDS1
T1
g T2
-
+
1
rds2 ID2
ro
IO= ID2
VGS
-
-VSS
-VSS
当器件具有不同的宽长比时