《华中科技大学》模拟电子技术课件 第06章 模拟集成电路

ro >> re
等效于双端输入
指标计算与双 端输入相同。 端输入相同。
3. 主要指标计算 （2）共模情况 ）
<A> 双端输出 共模信号的输入使两管 集电极电压有相同的变化。 集电极电压有相同的变化。 所以 voc = voc1 − voc2 ≈ 0
voc ≈0 共模增益 Avc = vic
3. 主要指标计算 （2）共模情况 ）
代替R， 特性相同， 用T3代替 ，T1~T3特性相同， 且工作在放大区， 且工作在放大区，当λ=0时，输出 时 电流为
′ I D2 = (W / L)2 K n 2 (VGS2 − VT2 )2 = K n 2 (VGS2 − VT2 )2
常用的镜像电流源
6.1.2 FET电流源 电流源
2. MOSFET多路电流源 多路电流源
(a) 电路
(b) 输出特性
end
6.2 差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构 6.2.2 射极耦合差分式放大电路 6.2.3 源极耦合差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
1. 用三端器件组成的差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2. 有关概念
v id = v i1 − v i2 差模信号
βvid
2rbe
vo2 vo2 )− − (− − =0 2rbe rce2 rce4
βvid
Avd2
vo2 β ( rce2 || rce4 ) = = vid rbe
单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益
4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路
差模输入电阻 Rid＝2rbe 输出电阻
Ro = rce2 || rce4
I O = I D2 = I REF VDD + VSS − VGS = R
当器件具有不同的宽长比时
W2 / L2 IO = ⋅ I REF （λ=0） =0） W1 / L1
ro= rds2
MOSFET基本镜像电路流 基本镜像电路流
6.1.2 FET电流源 电流源
1. MOSFET镜像电流源 镜像电流源
(3) 差分电路的共模增益
Avc2 = −
β 2 ( Rc2 || Ri2 ) ≈ − 0. 3 rbe + Rb1 + (1 + β 2 )2( Re1 + Re2 )
v ic = 1 1 (v i1 + v i2 ) = ( 5mV + 0) = 2.5mV 2 2
共模输入电压
vO = vO2 ⋅ Av 2 = ( Avd2 ⋅ v id + Avc2 ⋅ vic ) ⋅ Av 2
1 RL ) 2
rbe
3. 主要指标计算 （1）差模情况 ）
<B> 双入、单出 双入、
Avd1
vo1 vo1 = = v id 2v i1
βRc 1 = Avd = − 2rbe 2
接入负载时
Avd = − β ( Rc || RL ) 2rbe
3. 主要指标计算 （1）差模情况 ）
<C> 单端输入
例
T1、T2、T3均为硅管， 均为硅管， β1 = β2 = 50，β3 = 80， 当vi = 0时，vO = 0V。
求: (1) I C 3、I C2、I E、VCE3、VCE2
及Re2的值; ( 2) Av = Avd2 ⋅ Av 2 ; ( 3)当vi = 5mV时， vO = ? (4)当输出接一个 当输出接一个12kΩ负载 当输出接一个 Ω 时的差模电压增益。 时的差模电压增益。 解： (1)静态 I C3 = 0 − ( −12V ) = 1mA 静态 Rc3
1. 镜像电流源 2. 微电流源 3. 高输出阻抗电流源 4. 组合电流源
6.1.2 FET电流源 电流源
1. MOSFET镜像电流源 镜像电流源 2. MOSFET多路电流源 多路电流源 3. JFET电流源 电流源
6.1.1 BJT电流源电路 电流源电路
1. 镜像电流源
T1、T2的参数全同 即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2
= Avd v id + Avc v ic
Avd K CMR = 共模抑制比 Avc 反映抑制零漂能力的指标
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2. 有关概念 根据 v id = v i1 − v i2 1 v ic = (v i1 + v i2 ) 2 v 有 v = v + id i1 ic 2 v id v i2 = v ic − 2
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
两输入端中的共模信号 大小相等，相位相同； 大小相等，相位相同；差模信 号大小相等，相位相反。 号大小相等，相位相反。
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
I REF = I D0 = K n0 (VGS0 − VT0 ) 2
I D2 I D3 I D4
W2 / L2 I REF = W1 / L1 W3 / L3 I REF = W1 / L1 W4 / L4 I REF = W1 / L1
6.1.2 FET电流源 电流源
3. JFET电流源 电流源
1. 电路组成及工作原理 静态
I C1 = I C2
VCE1 = VCE2
1 = IC = IO 2
= VCC − I C Rc2 − VE = VCC − I C Rc2 − ( − 0.7 V )
I B1 = I B2
IC = β
1. 电路组成及工作原理 动态
v O1 和
大小相等，相位相反。 仅输入差模信号， 仅输入差模信号，v i1 和 v i2 大小相等，相位相反。 大小相等， 相位相反。 v O2大小相等， 相位相反。 v o = v O1 − v O2 ≠ 0 ，
βRe2
rbe2 + Re2
）
′ （参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 Ro）
6.1.1 BJT电流源电路 电流源电路
3. 高输出阻抗电流源
VCC − VBE 3 − VBE2 + VEE I REF = R A3 I O ≈ I C2 = ⋅ I REF A1
A1和A3分别是 1和T3的相对结面积 分别是T 动态输出电阻r 动态输出电阻 o远比微电流源的动态输出电阻为高
6.1.1 BJT电流源电路 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
I REF
VCC + VEE − VBE1 − VEB4 = R1
6.1.2 FET电流源 电流源
1. MOSFET镜像电流源 镜像电流源
1 v ic = ( v i1 + v i2 ) 共模信号 2 v′ Avd = o 差模电压增益 v id v ′′ Avc = o 共模电压增益 v ic
其中 v o ——差模信号产生的输出 差模信号产生的输出 ′ 共模信号产生的输出 ′ v o′ ——共模信号产生的输出
总输出电压 v o = v ′ + v ′′ o o
<B> 单端输出
Avc1 voc1 voc2 = = v ic v ic
− βRc Rc = ≈− rbe + (1 + β )2ro 2ro
ro ↑ → Avc1 ↓
抑制零漂能力增强
（3）共模抑制比 ）
K CMR Avd = Avc
K CMR Avd = 20 lg Avc dB
双端输出， 双端输出，理想情况 单端输出
信号被放大。 信号被放大。
2. 抑制零点漂移原理 温度变化和电源电压波 动 ， 都将使集电极电流产 生变化。 生变化 。 且变化趋势是相 同的， 同的， 其效果相当于在两个 输入端加入了共模信号。 输入端加入了共模信号。
2. 抑制零点漂移原理
这一过程类似于分压式射 极偏置电路的温度稳定过程。 极偏置电路的温度稳定过程 。 所以， 所以 ， 即使电路处于单端输出 方式时， 方式时 ， 仍有较强的抑制零漂 能力。 能力。
4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路
静态 IE6 ≈ IREF
VCC + VEE − VBE6 = R + Re6
RE6 IO ＝ IE5 ≈ ⋅ I E6 RE5
4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路
差模电压增益 负载开路） （负载开路） 则
v v ic4 − ic2 − o2 − o2 = 0 rce2 rce4
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 6.2 差分式放大电路 6.3 差分式放大电路的传输特性 6.4 集成电路运算放大器 6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路 的影响 6.6 变跨导式模拟乘法器 6.7 放大器中的噪声和干扰
6.1 模拟集成电路中的 直流偏置技术
6.1.1 BJT电流源电路 电流源电路
= [50 × 5 + ( −0.3) × 2.5] × ( −3.9)mV ≈ −972mV
不计共模输出电压时
vO = −975mV
(4) RL = 12kΩ时
β 3 ( Rc3 || RL ) Av 2 = − = −1.95 rbe + (1 + β 3 ) Re3
Av = Avd2 ⋅ Av 2 = −97.5
vo1 = − gm vi1 ( ro3 || ro1 ) vid ( ro3 || ro1 ) = − gm 2
VCE3 = VC3 − VE3 = 0 − (12V − I E3 Re3 ) = −9V
I C2
I E3 Re3 + VBE3 = = 0.37mA Rc2
= [12 − 0.37 × 10 − ( −0.7 )] V = 9V
VCE2 = 12 V − I C2 Rc2 − VE2
I E = 2 I E2 = 2 I C2 = 0.74mA
Ri2 = rbe3 + (1 + β 3 ) Re3 = 245 .3kΩ
Avd2
β2 ( Rc2 || Ri2 ) = ≈ 50 2( rbe + Rb1 )
Av 2 = −
β3 ( Rc3 || RL ) = − 3 .9 rbe + (1 + β 3 ) Re3
Av = Avd2 ⋅ Av 2 = −195
K CMR = ∞
Avd1 Avc1
K CMR =
≈
β ⋅ ro
rbe
K CMR 越大， 抑制零漂能力 越强 越大，
单端输出时的总输出电压 vo1 = Avd1v id (1 +
v ic K CMRΒιβλιοθήκη Baiduv id
)
（4）频率响应 ）
高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。 高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。
差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用
3. 主要指标计算 （1）差模情况 ）
双入、 <A> 双入、双出
vo1 − vo2 vo Avd = = vi1 − vi2 vid = 2vo1 βR =− c rbe 2v 2vi1
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力 接入负载时
Avd = −
β ( Rc ||
VBE2 = VBE1 I C2 = I C1
I E2 = I E1
较大时， 当BJT的β较大时，基极电流 B可以忽略 的 较大时 基极电流I
VCC − VBE − ( −VEE ) VCC + VEE ≈ Io＝IC2≈IREF＝ R R
代表符号
6.1.1 BJT电流源电路 电流源电路
1. 镜像电流源 动态电阻
4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路
共模输入电阻 Ric＝rbe＋2(1＋β)ro5 ＋
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1. CMOS差分式放大电路 差分式放大电路
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1. CMOS差分式放大电路 差分式放大电路
双端输出差模电压增益
vo1 − vo2 2vo1 Avd = = vi1 − vi2 vid
Re2 = VE − I E Re1 − ( −12)V IE
− 0.7 − 0.74 × 10 + 12 ) kΩ = 5.3kΩ =( 0.74
(2)电压增益 电压增益
rbe3
rbe2
26mV = 200 + (1 + β 3 ) = 2.3kΩ I E3
26mV = 200 + (1 + β 2 ) = 3.78kΩ I E2
∂iC 2 − 1 ro = ( ) ∂vCE 2
= rce
IB 2
一般r 一般 o在几百千欧以上
6.1.1 BJT电流源电路 电流源电路
2. 微电流源
I O = I C2 ≈ I E2 =
VBE1 − VBE2 Re2
∆VBE = Re2
很小， 由于 ∆VBE 很小， 所以I 也很小。 所以 C2也很小。 ro≈rce2（1＋ ＋