[工学]模电课件 第5章

中南大学信息科学与工程学院
模 拟电子技术 5.1.1 集成电路中的元器件特点
（1）集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的， 邻近 的器件具有良好的对称性， 而且受环境温度和干扰的影响后的变 化也相同， 因而特别有利于实现需要对称结构的电路。
（2）集成工艺制造的电阻、 电容数值范围有一定的限制。集成电 路中的电阻是使用半导体材料的体电阻制成的， 因而很难制造大 的电阻， 其阻值一般在几十欧姆到几十千欧姆之间; 集成电路中的 电容是用PN结的结电容作的。
集成电路体积小、 重量轻、 耗电少、 可靠性高， 已成为现 代电子器件的主体。 集成电路分数字与模拟两大类。
模拟集成电路的种类很多， 有集成运算放大器(简称集成运放)， 集成功率放大器， 集成模拟乘法器， 集成锁相环， 集成稳压器等。 在模拟集成电路中， 集成运算放大器是最为重要、 用途最广的一 种， 这里主要介绍集成运放的内部电路、 工作原理、 性能指标及 常用等效模型。
Io
I C
2IR
112
IR
当β>>2时，IC2 = IO≈IR
（2）IC2 = IO≈IR≈IC1 V U
R CC BE1 51(k4) I
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1. 镜像电流源
两管参数对称，工作在临界饱和状态。
∵UBE1= UBE2 = UBE，β1 = β2 = β ∴IB1= IB2 = IB， IC1= IC2 = IC = βIB
基准电流
V U
I
I CC BEI 2I I 2C
R
R
C BC
Io
I C
2IR
因 UBE1≈UBE2 ，则IE1Re1 ≈IE2Re2
而IR ≈IE1 ， IO≈IE2
IR
R
所以O e1，I e1 I
I R
Re2
O Re2 R
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5. 多路电流源
T1分别与 T2、 T3、 T4组成比例电流源
R e1 I C3 Re3 R
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第5章 模拟集成电路基础
5.1 概述 5.2 晶体管电流源电路及有源负载放大电路 5.3 差动放大电路 5.4 集成运算放大电路
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5.1 概述
集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件， 它以半 导体单晶硅为芯片， 采用专门的制造工艺， 把晶体管、 场效应 管、 二极管、 电阻和电容等元器件及它们之间的连线所组成的完 整电路制作在一起， 使之具有特定的功能。 集成电路体积小、 重量轻、 耗电少、 可靠性高， 已成为现代电子器件的主体。 集 成电路分数字与模拟两大类。
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模 拟电子技术 5.1.2 集成电路结构形式上的特点 （1）利用元器件参数的对称性来提高电路稳定性 （2）利用有源器件代替无源元件 （3）一般采用直接耦合方式 （4）采用较复杂的电路结构 （5）适当利用外接分立元件
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5.2 晶体管电流源电路及有源负载放大电路
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2. 改进型镜像电流源
T1、 T2、 T3、完全相同
β1 = β2 = β3
IB1= IB2 = IB
UBE1= UBE2 = UBE
I I I I C1 C2 R B3
I 2I 2I 而 I E3 B C1
B3 1 1 (1)
整理得
精密镜像电流源
IO更接近 IR (与IO=βIR/(β+2)相比)
（3）集成工艺制造晶体管、 场效应管最容易， 众多数量的晶体管 通过一次综合工艺完成。 集成晶体管有纵向NPN型管(β值高、性能 好)、 横向PNP 型管(β值低、但反向耐压高）和场效应管， 另外， 集成工艺比较容易制造多极晶体管， 如多发射极管、 多集电极管等。 集成二极管、 稳压管等一般用NPN管的发射结代替。
1 1 2
IR
当β>>2时，
V U
Io IR
CC
R
BE
Io基本恒定
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模 拟电子技术 镜像电流源的温度补偿作用
T(OC) ↑→IC ↑→ IR↑→ UR↑→ UB↓→ IB↓→ IC↓
V U
Io IR
CC
R
BE
镜像电流源的缺点
若要求Io大，则IR及R的功耗大； 若要求Io小，则IR小，R很大， 使R集成困难。
根据集成工艺的特点， 模拟集成放大电路 中的偏置电路、 集电极或发射极负载等， 一般 采用晶体管电流源。 这不仅能使电路性能具有 不随温度及电源电压变化而变化的良好稳定性 (做偏置)， 而且能获得高增益、 大动态范围的 特性(做有源负载)。
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模 拟电子技术 5.2.1 电流源电路
II
得 UU U U(lnRlnO)
I BE B1E B2 E T
I
S1
S2
一般有IS1 = IS2，所以有
U U I
I BE T ln R
O R RI
e
e
O
V U
可以 I 解 ，出 其 I C 中 C BE
O
R
R
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4. 比例电流源
UBE1+IE1Re1 = UBE2+IE2Re2
R I e1 I C4 Re4 R
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例1:在下图电路中， T1、T2管的特性相同， 已知 VCC=15V ，β1=β2=β，UBE1=UBE2=0.6V。 （1）试证明当β >>2时， IC2≈IR ； （2）若要求IC2=28μA，电阻R应取多大？
解：（1）在镜像电流源中已推出
I I I
O
C1
C2
1
I I
1 2
R
R
(1 )
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模 拟电 3.微电流源
子技术
U U U
I I I B1E B2 E BE
O C2 E2
R
R
e
E
因ΔUBE很小，使Re及不需很大就 可以使Io很小。
由IR IO
I E1
I E2
I eUBE1/UT S1
I eUBE2/UT S2
电流源电路是指能够输出恒定电流的电路。由第1章 晶体管的特性已知， 晶体管本身便具有近似恒流的特性。
在集成电路中， 常用的电流源电路有： 镜像电流源、 精密电流源、 微电流源、 比例电流源和多路电流源等。 它主要提供集成运放中各级合适的静态电流或作为有源 负载代替高阻值电阻， 以提高放大电路的放大倍数。