模電第九章PPT課件

1,.,第九章電流模式電路,9.1電流模式電路的基本概念9.2跨導(dǎo)線性環(huán),2,.,9.1電流模式電路的基本概念,9.1.1概述9.1.2電流模式電路的特點,3,.,9.1.1概述,一種新型電子電路電流模式電路正在快速發(fā)展。電流模式電路在速度、帶寬、動態(tài)范圍等方面具有優(yōu)良的性能。用電流模式電路實現(xiàn)的電壓放大器，在電流模式領(lǐng)域，可以突破增益帶寬積為常數(shù)的限制，而且使增益帶寬積隨閉環(huán)增益成線性增大。在電流模式領(lǐng)域，多采用匹配技術(shù)，在電路結(jié)構(gòu)上盡量對稱，其結(jié)果是將非線性失真、線性失真以及溫漂等絕大部分相互對消，使得輸出信號與輸入信號極大地逼近。電流模式電路就是能夠有效地傳送、放大和處理電流信號的電路。在電流模式電路中，以電流作為變量分析和標定電路。,4,.,9.1.2電流模式電路的特點,電流模式電路的主要性能特點有：1.阻抗水平不同2.速度高、頻帶寬3.電源電壓小，功耗低4.非線性失真小5.采用跨導(dǎo)線性原理簡化電路運算6.動態(tài)范圍大,5,.,9.2跨導(dǎo)線性環(huán),跨導(dǎo)線性電路的主要性能是借助于雙極型晶體管的跨導(dǎo)參數(shù)與其集電極電流成正比關(guān)系而得到的。它既適用于小信號，又適用于大信號。9.2.1跨導(dǎo)線性與跨導(dǎo)線性環(huán)9.2.2由跨導(dǎo)線性環(huán)構(gòu)成的電流模式電路,6,.,1.線性跨導(dǎo)原理雙極型晶體管的電流與發(fā)射結(jié)電壓的關(guān)系為：即：其跨導(dǎo)定義為：可見，晶體管跨導(dǎo)與集電極電流成線性關(guān)系，這就是跨導(dǎo)線性原理。,7,.,2.跨導(dǎo)線性環(huán)（TL）原理有n個正向偏置的發(fā)射結(jié)構(gòu)成一個閉合環(huán)路（如圖所示，n為偶數(shù)）。,8,.,順時針數(shù)等于逆時針數(shù)即：,即:則:,9,.,因為反向飽和電流等于發(fā)射區(qū)面積與飽和電流密度的乘積：所以：從而得到一個簡潔的關(guān)系式：從而，跨導(dǎo)線性環(huán)原理可描述為：在含有偶數(shù)個正偏發(fā)射結(jié)、且順時針方向結(jié)的數(shù)目與逆時針方向結(jié)的數(shù)目相等的閉環(huán)回路中，順時針方向發(fā)射極電流密度之積等于逆時針方向發(fā)射極電流密度之積。,10,.,上式可改寫為：引入面積比系數(shù)：則有：利用上式可實現(xiàn)跨導(dǎo)線性環(huán)的電流比例運算?？鐚?dǎo)線性電路完全工作在電流域,是一種真正的電流模式電路,除了變化很小的晶體管結(jié)電壓之外,它的輸入變量和輸出變量都是電流。,11,.,9.2.2由跨導(dǎo)線性環(huán)構(gòu)成的電流模式電路,1.甲乙類互補推挽電路,互補跟隨輸出級,12,.,設(shè)各管發(fā)射區(qū)面積相等，即，則有：若負載電流,、處于靜態(tài)，則：可見，靜態(tài)工作電流等于偏置電流。若負載電流，、處于動態(tài)，則：可導(dǎo)出：,，,13,.,如果負載電流，則有：這說明，當(dāng)負載電流很小時，、管處于甲類推挽工作狀態(tài)。而當(dāng)負載電流時，則：，或，可見，此時、管分別工作在乙類狀態(tài)。,，,14,.,2.矢量模電路,對稱式矢量模電路,15,.,這個電路包含兩個相互交疊的TL環(huán)路，組成一個TL環(huán)路，組成另一個TL環(huán)路。假設(shè)具有相同的發(fā)射區(qū)面積，則應(yīng)用跨導(dǎo)線性環(huán)原理可寫出：同時有：聯(lián)立上面三式可得：即輸出電流等于兩個輸入分量的矢量模。,16,.,3.電流增益單元及多級電流放大器,電流增益單元,17,.,假設(shè)T1T4理想匹配，發(fā)射區(qū)面積相等，則根據(jù)跨導(dǎo)線性環(huán)原理得到：由上式得到恒等于，即：它表明，對于所有的偏置電流和的值，對于取值在范圍內(nèi)的任何輸入信號值，對于晶體管的任何幾何尺寸和在任一結(jié)溫上，都有里邊對管（又稱輸出對管）T1、T2的電流變化總是線性地重現(xiàn)外邊對管（又稱輸入對管）T3、T4的電流變化。,18,.,上圖所示電路的差模輸入電流為：差模輸出電流為：差模電流增益為：可見電路的差模電流增益取決于輸出對管偏置電流與輸入對管偏置電流之比，改變或即可調(diào)整的值。因此，圖示的電路是一個電流增益單元電路，而且其增益是可變的。只要設(shè)法配置合適的偏置電流，就能把它級聯(lián)成多級電流放大器。,19,.,兩級可變增益電流放大器,20,.,上圖所示電路的單級電流增益為：n級電路的總電流增益為：當(dāng)取時，單級電流增益,T1T4的典型值為100，單級增益以不超過的十分之一比較合適，這樣可取，這時單級增益。若級聯(lián)數(shù)n5，則總的電流增益可達100dB。,21,.,4.吉爾伯特（Gilbert）電流增益單元及多級電流放大器,吉爾伯特電流增益單元,22,.,電路如圖所示。其中輸入差模電流為：是輸入信號的電流調(diào)制系數(shù)。該電路存在一個由T1、T2、T3、T4組成的跨導(dǎo)線性環(huán)。設(shè)各管發(fā)射區(qū)面積相等，根據(jù)跨導(dǎo)線性原理，有：，且：得：,，,23,.,故差模輸出電流為：那么，電流增益為：式中為外邊對管的每管偏置電流，為里邊對管的偏置電流之和?？梢?，設(shè)定和，即可確定，改變或，即可改變增益。一般在110左右。,24,.,吉爾伯特電流增益單元的級聯(lián)電路,該電路總的電流增益為：,25,.,5.四象限TL乘法器,四象限TL電流乘法器單元,26,.,電路中有兩個跨導(dǎo)線性環(huán)，T1、T2、T3、T4組成TL環(huán)1，T1、T2、T5、T6組成TL環(huán)2。T1、T2接成二極管，其發(fā)射極（集電極）的瞬時電流分別為。T1、T2的偏置電流之和為。T1、T2的差模輸入電流為。T3與T4、T5與T6分別接成兩組共射差分對管形式，T3T6的偏置電流之和為。T3與T4、T5與T6兩組對管的差模輸入電流為。T3T6的集電極交叉連接后產(chǎn)生電流，差模輸出電流為。,27,.,假設(shè)晶體管T1T6是理想匹配的，發(fā)射區(qū)面積相等，值很大，基極電流引起的誤差可以忽略。根據(jù)TL原理，T1、T2、T3、T4組成的環(huán)路1有下列關(guān)系式成立，即：于是得到：由電路圖知，T3、T4的差模輸出電流分量為：,28,.,同理，T1、T2、T5、T6組成的TL環(huán)路2，有：于是得到：總的差模輸出電流為與之差