模拟电子技术-第六版-第7章-模拟集成电路

VGS1
v T1 DS1 s1 － vS 1 － IO
T2 g2 ＋ － s2 V － GS2
可求得 VGSQ
VDS1 VDS2 Vd1 Vs1
VDD I DQ Rd1 (VGSQ )
最后需要校验是否工作在饱和区
-VSS
27
7.2.2 FET差分式放大电路
2. 工作原理
vi1
T1
T2 (W/L)
2
－ VSS
vo ro io
rds 4 rds 2 1 g m rds 4 g m rds 4 rds 2
7.1.1 FET电流源电路
3. 组合电流源
＋VDD ID0＝IREF d0 T0 g0 ＋ ＋VGS0 － T1 g1 NMOS I2 d2 d3 T2 g2 ＋ NMOS ＋ VGS1 VGS2 － － I3 g3 T3 NMOS ＋ VGS3 － － VGS4 s4 ＋ g4 T4 d4 I4 PMOS d5 － VGS5 g5 ＋ s5 T5 I5
－VEE
Re2
rbe2 Re2
）
） （参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 Ro
16
7.1.2 BJT电流源电路
3. 高输出阻抗电流源
I REF VCC VBE 3 VBE2 VEE R
＋VCC R IREF IC3=IO T3 IC1
5
IB3
I O I C2
A3 I REF A1
vO1
vO2
＋ vO －
I1 vi1 － ＋
I2 ＋ vi2 －
e Io V－
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7.2.2 FET差分式放大电路
1. MOSFET电路组成
T1、T2对称 源极共用电流 源支路
vi1 ＋ +vid/2 － ＋ vic － g1 ＋ Rd1 iD1 d1 T1 s1 1 － IO -VSS ＋ vO1 vO － vO2 +VDD Rd2 d2 T2 s2 － iD2 g2 vi2 ＋ ＋ -vid/2 － ＋ vic －
S
1 ro I DSS
耗尽型MOS管也可采用类似的方式构成电流源
12
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
T1、T2的参数全同
VBE2 = VBE1 I C2 = I C1 I REF I E2 = I E1
IREF IC1 T1 ＋VCC R c1
2IB c2 b1 b2
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
＋VCC R2 T6 I6
I3 T3 R3 －VEE
I REF
VCC VEE VBE1 VEB4 R1
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7.2 差分式放大电路
7.2.1 差分式放大电路的一般结构 7.2.2 FET差分式放大电路 7.2.3 BJT差分式放大电路
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7.2.1 差分式放大电路的一般结构
1. 差模信号和共模信号的概念
用T3代替R，T1~T3特性相同 由于 I D1 I D3 I REF Kn (VGS VTN ) 所以
VGS3 VGS 1 (VDD VSS ) 2
2
＋VDD IREF T3 + ID2＝IO VGS3 T2 + VGS －VSS
T1
只要满足 VDD VSS 2VTN T1~T3便可工作在饱和区 输出电流为
输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象。 （1）温度变化引起，也称温漂 产生零漂的主要原因：
（2）电源电压波动
温漂指标： 温度每升高1º C，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。
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7.2.1 差分式放大电路的一般结构
3. 三端器件组成的差分式放大电路
V+ R1 O1 T1 R2 O2 T2
2
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2 d2
Rd ID2=IO ID2=IO + VDS2 -
再根据 I REF I D1 K n VGS VTN 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。
I D2 Kn (VGS VTN )2
8
7.1.1 FET电流源电路
2. 串级镜像电流源
动态电阻更大，恒流特性更好
ro rds4 rds2 (1 gmrds4 ) gmrds4 rds2
IREF d4 ID3 (W/L)3 T 3 ID1 g4 － VGS3 ＋ ＋ VGS4 － ID2 ID4=IO T4 (W/L) VDD ro
需要注意，T4漏极接负载构
4
成回路后，需要满足
VDS4 VGS4 VTN4
(W/L)1
T1
T1
T2 (W/L)
2
－ VSS
9
管子参数完全对称时，等效电路：
io + vgs4 vo rds2
ID1 VDD IREF d4 ID3 ID4=IO T4 (W/L) ID2 ro
rds4 gmvgs4 ro +
ro
T1
-VSS
iD2=iO ID2
-VSS
1 斜率＝ ro 击穿
当器件具有不同的宽长比时
IO I (W / L)2 D2 I REF I D1 (W / L)1
（=0）
可用范围
电流源是双口网络还是单口网络？
0
7
VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
T1
2IB T2
IC2
5
A1和A3分别是T1和T3的相对结面积
－VEE
动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻高
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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 T1和T3，T4和T6构成了微电流源
T4 T5 I5 R1 IREF I2 T1 T2
VGS1
vS
VGS2
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7.2.2 FET差分式放大电路
2. 工作原理
静态
I D1Q = I D2Q I DQ 1 IO 2
g1 ＋ Rd1 iD1 d1 ＋ ＋ vDS2 +VDD Rd2 d2 iD2
VGS1Q = VGS2Q = VGSQ
由
I DQ Kn (VGSQ VTN )2
－VSS
需保证所有管子工作在饱和区
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7.1.1 FET电流源电路
4. JFET电流源
JFET是耗尽型
管，所以VGS=0 时工作在饱和 区
iD I O I DSS (1 vDS )
g s d
iD＝IO
iD ro=
1 斜率
+ vDS －
IO 可用范围
vD －VSS (a) |VTP| (b) VBR
总输出电压
vo = v o vo Avdvid Avcvic
K CMR Avd = 共模抑制比 Avc
——共模信号产生的输出 v o
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反映抑制零漂能力的指标
7.2.1 差分式放大电路的一般结构
1. 差模信号和共模信号的概念 v ＋ ＋ v = v v 根据 +v /2 id i1 i2 － 差放 v 1 － vic = (vi1 vi2 ) ＋ -v /2 v 2 － ＋ － v 有 v = v vid i1 ic 2 用vid、vic表示vi1和vi2 vid vi2 = vic 2 两输入端中的共模信号
VCC VBE = R
VCC 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。
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7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
动态电阻
＋VCC IREF
I B 2 rce
i C 2 1 ro ( ) vCE 2
R c1 T1
2IB c2 b1 b2
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
除宽长比外， T0~T3特性相同， T4、T5特性相同
I2 (W / L)2 I REF (W / L)1
I3
I5
(W / L)3 I REF (W / L)1
(W / L)5 (W / L)5 I4 I3 (W / L)4 (W / L)4 (W / L)5 (W / L)3 I REF (W / L)4 (W / L)1
(a)
+
vi1
-
+ vid +
差放
+
vid
-
差放
(b)
差模等效输入方式
vi2 -
+ vo +
+
vo2 -
vo1 -
差分式放大电路输入输出结构示意图
两输入端中的共模信号
+
-
vic
差放
大小相等，相位相同；差模信
号大小相等，相位相反。
共模等效输入方式
23
7.2.1 差分式放大电路的一般结构
2. 零点漂移
IC1
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
一般ro在几百千欧以上
－VEE
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7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
其他形式
＋VCC IREF IC1 T1 R c1
＋VCC
2IB c2 b1 b2
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
T1 IC1 IREF R －VEE 2 IB
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
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
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS -
(W/L)3 T 3
g4 － VGS3 ＋ ＋ VGS4 －
4
vo vgs 4 io g m vgs rds 4 vgs 4 = io rds 2 r v io ds 2 io g m rds 2 io = o rds 4 rds 4
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T1 (W/L)1
T2 iC2
－VEE
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7.1.2 BJT电流源电路
2. 微电流源
IO IC2 I E2
＋VCC IREF IC1 T1 + VBE1 R
VBE1 VBE2 Re2
VBE Re2
2IB IC2＝IO T2 + VBE2 Re2
由于 VBE 很小，
所以IC2也很小。 ro≈rce2（1＋
vid = vi1 vi2 差模信号
+ + vid +
差放
1 vi1 vic = (vi1 vi2 ) 共模信号 2 v Avd = o 差模电压增益 vid v o 共模电压增益 Avc = vic
其中 v ——差模信号产生的输出 o
vi2 -
+ vo +
+
vo2 -
vo1 -
差分式放大电路输入输出结构示意图
-VSS
6
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
动态电阻(交流电阻)
+VDD Rd
+VDD IREF d1 + VDS1 IO= ID2
R NMOS d2 g T2 + VGS -
Rd ID2=IO + VDS2 -
iD2 1 ro ( ) VGS 2 vDS 2 rds2 1 I D2
i1 id id ic id i2
共模信号相当于两个输入 端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入 端信号中不同的部分
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大小相等，相位相同；差模信
号大小相等，相位相反。
7.2.1 差分式放大电路的一般结构
用三端器件组成的差分式放大电路
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7.2.1 差分式放大电路的一般结构
+ vid -
差放
7 模拟集成电路
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
《电子技术基础》
模拟部分 （第六版）
江苏常熟理工学院
罗韩君
电子技术基础模拟部分
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2
绪论 运算放大器 二极管及其基本电路 场效应三极管及其放大电路 双极结型三极管及其放大电路 频率响应 模拟集成电路 反馈放大电路 功率放大电路 信号处理与信号产生电路 直流稳压电源
R NMOS d2
ID2=IO
+ VDS2 -
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
-VSS
I O I D2 I REF
5
百度文库
VDD VSS VGS R
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
I O I D2 I REF VDD VSS VGS R