第六章模拟集成

ID2 (W / L)2 Kn 2 (VGS2 VT2 )2 Kn2 (VGS2 VT2 )2
常用的镜像电流源
6.1.2 FET电流源
2. MOSFET多路电流源
IREF ID0 Kn0 (VGS0 VT0 )2
I D2

W2 W1
/ /
L2 L1
I REF
I D3

W3 W1
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
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1. CMOS差分式放大电路
双端输出差模电压增益
Avd

vo1 vo2 vi1 vi2

2vo1 vid
而:
vo1 gmvi1 (ro3 // ro1 )
总输出电压
vo = vo vo
Avdvid Avcvic
KCMR =
Avd Avc
共模抑制比
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 vid = vi1 vi2
vic
=
1 2
(vi1

vi2 )
有
vi1
=
vic

vid 2
vi2
=
vic

vid 2
3.78k
Ri2 rbe3 (1 3 )Re3
245.3k
Avd2

β2 ( Rc2 // Ri2 ) 2(rbe Rb1 )
50
Av 2


β3 ( Rc3 // RL ) rbe (1 3 )Re3

3.9
Av Avd2 Av2 195
不计共模输出电压时 vO 975mV
(4) RL 12k时
Av 2


β3 ( Rc3 // RL ) rbe (1 β3 )Re3

1.95
Av Avd2 Av2 97.5
4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路《模拟电子技术》
动态电阻
ro
( iC2 )1 vCE2
（2）在T2的发射极加入稳压管
RB1
ui
RC1百度文库
R
T1 Uz
RC2 T2
Dz
+VCC
uo
《模拟电子技术》
（3）利用NPN型管和PNP型管进行电平移动
RB1 RC1
T1
ui
RE2
T2
RC2
+ VCC
uo
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
1. 镜像电流源
3. 高输出阻抗电流源
1. 电路结构和工作原理
2. 电路技术指标的分析计算
(1)直流分析
IREF Io VDD VSS VSG5 RREF VDD VSS VGS5 RREF
IREF KP5 (VGS5 VT )2
已知VT 和KP5 ，可求出IREF 根据各管子的宽长比 ，可求出其它支路电流。
2rbe
2rbe rce2 rce4
则
Avd2

vo2 vid

(rce2 // rce4)
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
4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路
又 vO1＝VCC－iC1Rc1 vO2＝VCC－iC2Rc2
可得传输特性曲线 vO1，vO2＝f（vid）
vO1，vO2＝f（vid）的传输特性曲线
6.4 集成电路运算放大器
6.4.1 集成电路运算放大器CMOS MC14573 6.4.2 集成运算放大器741
6.4.1 CMOS MC14573 集成电路运算放大器
动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻高
6.1.1 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
I REF

VCC
VEE
VBE1 R1
VEB4
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源
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
vid = vi1 vi2 差模信号
vic
=
1 2
(vi1
vi2 )
共模信号
Avd
=
vo vid
差模电压增益
Avc
=
vo vic
共模电压增益
其中 vo ——差模信号产生的输出
vo ——共模信号产生的输出
IO

I D2

I REF

VDD
VSS R
VGS
当器件具有不同的宽长比时
IO

W2 W1
/ /
L2 L1

I REF
（=0）
ro= rds2
MOSFET基本镜像电路流
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源
用T3代替R，T1~T3特性相同，
且工作在放大区，当=0时，输出
电流为
（3）共模抑制比
KCMR
Avd Avc
KCMR

20 lg
Avd Avc
dB
双端输出，理想情况 KCMR
单端输出
KCMR
Avd1 Avc1
ro
rbe
KCMR 越大， 抑制零漂能力 越强
单端输出时的总输出电压
（4）频率响应
vo1

Avd1vid (1
vic K CMRvid
3. 主要指标计算
（1）差模情况
<A> 双入、双出
Avd
= vo vid

vo1 vo2 vi1 vi2
2vo1 Rc
2vi1
rbe
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力
接入负载时
Avd
=

β( Rc
// 1 2
rbe
RL )
3. 主要指标计算
（1）差模情况
<B> 双入、单出
Avd1
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；差模信 号大小相等，相位相反。
《模拟电子技术》
《模拟电子技术》
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
1. 电路组成及工作原理
2. 微电流源
4. 组合电流源
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源 2. MOSFET多路电流源 3. JFET电流源
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
T1、T2的参数全同 即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2
VBE2 = VBE1 IC2 = IC1
IE2 = IE1
当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略
IB2
rce
一般ro在几百千欧以上
静态
IE6 IREF VCC VEE VBE6 R Re6
IO
＝
IE5
RE6 RE5
IE6
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）
ic4

ic2

vo2 rce2

vo2 rce4

0
vid ( vid ) vo2 vo2 0
)
高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。
例 T1、T2、T3均 为 硅 管 ，
β1 β2 50，β3 80， 求: 当vi 0时 ，vO 0V。
(1) I C 3、I C2、I E、VCE3、VCE2 及Re2的值;
(2) Av Avd2 Av2; (3)当vi 5mV 时，vO ? (4)当输出接一个12k负载
2. 电路技术指标的分析计算
(2)小信号分析
vgs1


vid 2
vgs2


vid 2
设 gm1 = gm2 = gm

gm
vid 2
(ro3
//
ro1 )
所以：
Avd gm (ro3 // ro1 )
gm (rds3 // rds1 )
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1. CMOS差分式放大电路
单端输出差模电压增益
vo2＝(id4-id2)(ro2// ro4)
[gm
vid 2
(gm
多级放大电路的耦合方式
《模拟电子技术》
1. 前、后级静态工作点的相互影响
当 T2 接入后, 有UCE1 = UBE2 0.6V, 使T1进入饱和
状态, T1的动
态范围很小。 R B1
R C1
R C2
+VCC
解决办法：
提高VE2。
ui T1
UCE1 T2 R E2
uo
(1)加入电阻RE2
《模拟电子技术》
vid 2
)](ro2// ro4)
＝gm vid（ro2 // ro4）
Avd

vo2 vid
＝ gm(ro2 // ro4 )
与双端输出相同
6.3 差分式放大电路的传输特性
根据 iE IESevBE /VT iC1= iE1，iC2= iE2 vBE1= vi1= vid/2 vBE2= vi2 = -vid/2
静态
IC1
=
IC2

IC

1 2
IO
VCE1 = VCE2
VCC ICRc2 VE
VCC ICRc2 (0.7V)
IB1

IB2

IC β
1. 电路组成及工作原理
动态 仅输入差模信号，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。
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。且变化趋势是相 同的，
其效果相当于在两个输 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。所 以，即使电路处于单端输出方 式时，仍有较强的抑制零漂能 力。
差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用
(3) 差分电路的共模增益
Avc2


rbe

Rb1
β2 ( Rc2 // Ri2 ) (1 β2 )2( Re1

Re2 )

0.3
共模输入电压
vic

1 2
(vi1

vi2
)

1 2
(5mV

0)

2.5mV
vO vO2 Av2 ( Avd2 vid Avc2 vic ) Av2 [50 5 (0.3) 2.5] (3.9) 972mV
时的差模电压增益.
解： (1)静态
0 (12V)
IC3
Rc3
1mA
VCE3 VC3 VE3 0 (12V IE3 Re3 ) 9V
IC2

IE3 Re3 VBE3 Rc2

0.37mA
VCE2 12V IC2Rc2 VE2
12 0.3710 (0.7)V
Io＝IC2≈IREF＝
VCC VBE (VEE ) VCC VEE
R
R
代表符号
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 动态电阻
ro
( iC2 )1 vCE2
IB2
rce
一般ro在几百千欧以上
6.1.1 BJT电流源电路
2. 微电流源
IO
IC2 IE2
/ /
L3 L1
I REF
I D4

W4 W1
/ /
L4 L1
I REF
6.1.2 FET电流源
3. JFET电流源
(a) 电路
(b) 输出特性
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
=
vo1 vid

vo1 2vi1

1 2 Avd
Rc
2rbe
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
ro re 等效于双端输入
指标计算与双端 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
9V
IE 2IE2 2IC2 0.74mA
Re2

VE

IE Re1 IE

(12)



0.7

0.74 0.74
10

12

k

5.2k
(2)电压增益
rbe3

200

(1


3
)
26mV I E3
2.3k
rbe2

200

(1


2
)
26mV I E2
电极电压有相同的变化。
所以 voc voc1 voc2 0
共模增益
Avc

voc vic
0
3. 主要指标计算
（2）共模情况
<B> 单端输出
Avc1

voc1 vic

voc2 vic

Rc
Rc
rbe (1 )2ro
2ro
ro Avc1 抑制零漂能力增强
VBE1 VBE2 Re2
VBE Re2
由于 VBE 很小， 所以IC2也很小。
ro≈rce2（1＋
Re2 ）
rbe2 Re2
6.1.1 BJT电流源电路
3. 高输出阻抗电流源
I REF

VCC
VBE3
VBE2 R
VEE
Io

IC2

A3 A1
IREF
A1和A3分别是T1和T3的相对结面积