模拟电路分析：4.第5章-集成放大电路基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章 模拟集成放大电路基础,电流源电路及基本应用,差分放大电路,电流源电路及基本应用,二、电流源的主要应用,一、常用的三极管电流源电路,一、常用的三极管电流源电路,基本镜像电流源,比例电流源,微电流源,威尔逊电流源,电流源电路特点：,输出直流电流、直流电阻小、交流电阻大、温度特性好、受电源电压等因素的影响小。,电流源电路及基本应用,1.,基本镜像恒流源,则基准电流：,若,若,有：,I,O,似,I,R,的,镜像,故称为,镜像电流源电路,。,I,B1,=I,B2,I,c1,=I,c2,电路优点：,结构简单，两管参数对称符合集成电路特点、动态电阻大,。,电路缺点：,I,c1,数值仍受电源电压、,R,和,U,be,影响，且不易得到小电流（,A,级),一、常用的电流源电路,I,R,I,C1,则：,2.,比例恒流源,在基本恒流源的,T,1,、,T,2,管接入射极电阻,R,1,、,R,2,，构成比例电流源。,由于电路对称：,U,E1,=U,E2,所以,I,E1,R,1,=I,E2,R,2,显然，调整,R,1,/R,2,比值，即可调整,I,O,与,I,R,的比例关系。所以称为比例恒流源。,I,C1,R,1,=I,C2,R,2,一、常用的电流源电路,3.,微电流源,通过接入,R,2,电阻得到一个比基准电流小许多倍的微电流源（,A,级）,，适用微功耗的集成电路中。,I,o,U,be1,=,U,be2,+,I,e2,R,2,I,o,I,e2,=(,U,be1,-,U,be2,)/,R,2,=,U,be,/,R,2,由,PN,结电流方程可知：,U,be1,=,U,T,ln,(,I,e1,/,I,es1,),U,be2,=,U,T,ln,(,I,e2,/,I,es2,),ln,(,I,e1,/,I,e2,)=,ln,(,I,r,/,I,o,)=,I,o,R,2,/,U,T,一般,I,es1,=,I,es2,由,I,r,=(,E,c,-,U,be1,)/,R,而,I,o,=,U,be,/,R,2,所以,I,o,R,b,+,h,ie,（,2,）,动态分析（续）,工作原理,u,oc,R,c,u,ic1,T,1,R,b,2,R,ee,i,ec1,u,oc1,R,c,u,ic2,T,2,R,b,2,R,ee,i,ec2,u,oc2,因此，共模输入电阻,（对于,u,ic,来说，两个输入端并联）：,从单端看入输入电阻：,单端共模输出电压增益：,双端共模输出电压增益：,一、差分放大电路的工作原理,输出电阻：,工作原理,u,oc,R,c,u,ic1,T,1,R,b,2,R,ee,i,ec1,u,oc1,R,c,u,ic2,T,2,R,b,2,R,ee,i,ec2,u,oc2,共模输入电阻,小结：,差放电路对共模信号具有很强的抑制能力，理论上双端,输出增益为,0,。单端输出时,R,ee,越大，抑制能力越强，,A,uc,远小于,1,。,因此由,外界因素产生的同向漂移将有效的被抑制，如温度漂移等。,单端共模输出电压增益：,双端共模输出电压增益：,一、差分放大电路的工作原理,输出电阻：,3,）共模抑制比,CMRR,共模抑制比,CMRR,衡量差放的一个重要指标。,或,双端输出：,单端输出：,（,2,）,动态分析（续）,一、差分放大电路的工作原理,差模信号电压增益与共模信号电压增益之比。,小结：,差放对共模信号的抑制作用有重要的意义。,1.,对电源扰动、及温度变化，在直接耦合放大电路中被逐级放大，从而引起较大输出误差。,(,零点漂移,),2.,对差放电路这些现象会引起两管同时产生同样的漂移，这种大小相等、极性相同的漂移电压就是,共模电压,。,3.,差放电路是利用电路对称的特点，将一个管子产生的漂移用来补偿另一只管子产生的漂移，从而抑制漂移。,4.,这种对称性在集成工艺中较易实现。因此，集成电路中广泛使用差分电路。,4,）对,任意,输入信号的分析方法,u,i1,=,u,ic1,+,u,id1,u,i2,=,u,ic2,+,u,id2,u,ic1,=,u,ic2,=(,u,i1,+,u,i2,)/2,u,id1,=-,u,id2,=(,u,i1,-,u,i2,)/2,对于两个任意信号,u,i1,、,u,i2,，,分析时可将它们,分解成一对共模信号和一对差模信号,，然后分别由差模和共模增益来求。,例,：,u,i1,=10mV,u,i2,=8mV,u,ic1,=,u,ic2,=(,u,i1,+,u,i2,)/2=9mV,u,id1,=-,u,id2,=(,u,i1,-,u,i2,)/2=1mV,u,i1,=9+1=,u,ic1,+,u,id1,u,i2,=9-1=,u,ic2,+,u,id2,（,2,）,动态分析（续）,分解任意输入信号的一般公式为：,一、差分放大电路的工作原理,5,）单端输入差放电路的分析,u,i1,=,u,i,，,u,i2,=0,处理方法,：按任意信号处理,u,id1,=-,u,id2,=(,u,i,-0)/2=,u,i,/2,u,ic1,=,u,ic2,=(,u,i,+0)/2=,u,i,/2,说明,:,对于单端输入，等效于双端输入，相当于差模信号,u,i,/2,，,-,u,i,/2,和,共模信号,u,ic1,=,u,ic2,=,u,i,/2,共同作用的结果。,（,2,）,动态分析（续）,一、差分放大电路的工作原理,总结：,由于单端输入等效于双端输入,，因此,差放电路的主要性能指标只与输出方式有关，而与输入方式无关。,双端输出方式,单端输出方式,差模电压增益,共模电压增益,共模抑制比,差模输入电阻,共模输入电阻,差模输出电阻,共模输出电阻,例题,：,E,c,=12V,E,e,=6V,=,h,fe,=60,r,bb,=100,R,c,=,R,b,=,R,ee,=10K,R,W,=100,u,i1,=5mV,u,i2,=-3mV,求,（）,输入差模电压,u,id1,、,u,id2,和,共模电压,u,ic,，（）双端输出差模电压,U,od,和共模电压,U,oc,解：（,1,）,求静态值,h,ie,（,2,）求,U,id1,、,U,id2,、,U,ic,u,id1,=-,u,id2,=(,u,i1,-,u,i2,)/2,u,ic1,=,u,ic2,=(,u,i1,+,u,i2,)/2,=,（,5-3,）,/2=1mV,=,（,5+3,）,/2=4mV,（,3,）求,A,Ud,U,od,=-31,=-31,8=-248mV,（,4,）,A,Uc,U,oc,双端输出：,A,Uc,=0,U,oc,=0,u,i1,=5mV,u,i2,=-3mV,求,（）,输入差模电压,u,id1,、,u,id2,和,共模电压,u,ic,，（）双端输出差模电压,U,od,和共模电压,U,oc,二、改进型差分放大电路,为了提高共模抑制比应加大,R,ee,。但,R,ee,加大后,，为保证工作点不变，必须,提高负电源,，这是不经济的。同时,集成电路难以制造大电阻,，为此可用恒流源,T,3,来代替,R,e,。,恒流源动态电阻大,，可提高共模抑制比。并可,提供一个稳定的偏流,。同时恒流源的管压降只有几伏，可,不必提高负电源,之值。这种电路称为恒流源差动放大电路,1.,具有恒定电流源负载的差分放大电路,用恒流源输出等效高阻代替,实体电阻,，称该电阻为有源负载。,电路分析,U,be,+,I,3,R,3,=2,U,D,+,I,2,R,2,由于,I,B3,很小,I,1,I,2,如果,R,1,=,R,2,，,U,be,=,U,D,2.,有源负载,提供大动态电阻,R,b3,=,R,1,/,R,2,推导过程略,二、改进型差分放大电路,重点与难点,1,、各电流源电路的工作原理、电流源的应用；,2,、差分放大电路的组成和工作原理；,3,、重点掌握基本和改进型差分放大电路的静态和动态分析。,第,5,章结束,（,1,）静态工作点。,（,2,）差模电压放大倍数。,（,3,）单端输出共模电压放大倍数。,已知,1,=,2,=,r,be1,=,r,be2,=,h,ie,及,I,o,值,U,GS,0,，,而,N,沟道结型管要求,U,GS,0,Rs,在,U,GS,0,，,满足,N,沟道增强型,MOS,管要求,U,GS,=0,而,N,沟道增强型,MOS,管要求,U,GS,0,P,沟道耗尽型,MOS,管,-,I,D,R,S,U,GS,=,U,G,-,U,S,U,GSQ,和,I,DQ,U,DSQ,=,V,DD,-,I,DQ,(,R,S,+,R,D,),1,无自举电容,C,时，电路的输入电阻。,2,有自举电容,C,时，电路的输入电阻。,