第六章模擬集成單元電路

1、 第六章第六章 模擬集成單元電路模擬集成單元電路 6.5 有源負(fù)載差動放大器有源負(fù)載差動放大器圖圖6.42 帶有有源負(fù)載的差動放大器帶有有源負(fù)載的差動放大器q1和和q2是由電流源是由電流源iq 提供偏置的差分對，提供偏置的差分對，q3、q4和和q5構(gòu)成負(fù)載電流源構(gòu)成負(fù)載電流源（改進(jìn)的鏡像電流源）。（改進(jìn)的鏡像電流源）。 6.5.1 直流分析直流分析43435iiiiibbe(6.141) )1 (1543555iiiieb(6.142) 忽略基極電流忽略基極電流ib5和和io，則，則 qiiiii2143(6.143) 所以，當(dāng)所以，當(dāng) )1 (55qboiii(6.144) 時，圖時，圖6.

2、42所示電路的直流電流分配是對稱的。所示電路的直流電流分配是對稱的。6.5.2 小信號分析小信號分析 由于晶體管由于晶體管q1的集電極與地之間的交流小信號電阻非常小，的集電極與地之間的交流小信號電阻非常小，該差動放大器的雙端輸出近似為單端輸出，即圖該差動放大器的雙端輸出近似為單端輸出，即圖6.42中從中從q2的集電的集電極輸出。極輸出。 考慮差模信號輸入時，輸出端小信號等效電路如圖考慮差模信號輸入時，輸出端小信號等效電路如圖6.43所示。所示。 圖圖6.43 輸出端小信號等效電路輸出端小信號等效電路由圖由圖6.43可得可得242/2midocecelg vvrrr(6.145) 小信號差模電壓

3、增益為小信號差模電壓增益為24(/)odmcecelidvagrrrv(6.146) 例例6.18目的目的：確定帶有有源負(fù)載的：確定帶有有源負(fù)載的bjt差動放大器的差模增益。差動放大器的差模增益。電路如圖電路如圖6.42所示。所示。 iq=0.20ma，假設(shè)所有，假設(shè)所有bjt的厄利電壓的厄利電壓va=100v。 確定開路確定開路 lr時及時及 krl100時的差模電壓增益。時的差模電壓增益。 解解： kivrqace1000220. 010022kivrqace1000220. 0100240.20223.85ma/v0.026qmtigv由式由式(6.146)可得：可得： lr2424(/

4、)/3.851000/10001925dmcecelmceceagrrrgrr時，時， krl100時，時， 24()3.851000/1000/100321dmcecelag r r r說明說明：由此例可見，負(fù)載效應(yīng)是很嚴(yán)重的。：由此例可見，負(fù)載效應(yīng)是很嚴(yán)重的。例例6.19目的目的：確定帶有：確定帶有有源負(fù)載的有源負(fù)載的mosfet差差動放大器的差模增益。動放大器的差模增益。如圖如圖6.44所示，求該電所示，求該電路的差模增益路的差模增益 dodvva 圖圖6.44 帶有有源負(fù)載的帶有有源負(fù)載的mosfet差動放大器差動放大器解解：圖：圖6.44的輸出端小信號等效電路如圖的輸出端小信號等效電

5、路如圖6.45所示。所示。圖圖6.45 輸出端小信號等效電路輸出端小信號等效電路242/2mdodsdsg vvrr(6.147) 24(/)odmdsdsdvagrrv(6.148) 說明說明：與帶有有：與帶有有源負(fù)載的源負(fù)載的bjt差差動放大器的差模動放大器的差模增益公式基本一增益公式基本一致。致。例例6.20目的目的：計算帶有共源共柵有源負(fù)載的：計算帶有共源共柵有源負(fù)載的mosfet差動放大差動放大器的差模電壓增益。電路如圖器的差模電壓增益。電路如圖6.46所示。求所示。求 dodvva 圖圖6.46 帶有共源帶有共源共柵有源負(fù)載的共柵有源負(fù)載的mosfet差動放大器差動放大器解解：由式

6、：由式(6.49)可知共源共柵電流源的輸出電阻為可知共源共柵電流源的輸出電阻為4641dsmdsdsorgrrr(6.149) 所以所以 2(/)odmdsodvagrrv(6.150) 例例6.21目的目的：計算含差動放大器，中間放大級和輸出級的運(yùn)放：計算含差動放大器，中間放大級和輸出級的運(yùn)放的增益的增益 。電路如圖電路如圖6.47所示。電路參數(shù)為所示。電路參數(shù)為krkrmaimaiicqc2 . 0,10,1,2 . 03487假設(shè)所有假設(shè)所有bjt的的=100, av=100v。求。求 oorvvvav和21圖圖6.47 帶有三晶體帶有三晶體管有源負(fù)載、復(fù)合管有源負(fù)載、復(fù)合晶體管對放大級

7、和晶體管對放大級和簡單的射極跟隨器簡單的射極跟隨器輸出級的輸出級的bjt差動差動放大器放大器 解解：圖：圖6.47由以下幾部分構(gòu)成：由以下幾部分構(gòu)成：由由bjt qbjt q1 1、q q2 2、q q3 3、q q4 4和和q q5 5構(gòu)成圖構(gòu)成圖6.42所示的所示的差動放大器差動放大器;由由bjt qbjt q9 9、q q1010、q q1111和電阻和電阻r r1 1、r r2 2、r r3 3構(gòu)成構(gòu)成widlar電流源電流源; 由由bjt qbjt q6 6和和q q7 7復(fù)合管構(gòu)成復(fù)合管構(gòu)成中間放大級中間放大級 ;由由q8和和r4構(gòu)成射極跟隨器構(gòu)成射極跟隨器輸出級輸出級; 下面分三

8、級分別計算電壓增益：下面分三級分別計算電壓增益：第一級：差動放大器第一級：差動放大器 2121vvvaov由式由式(6.146)可知，差動放大器的電壓增益為可知，差動放大器的電壓增益為1224/vmceceiagrrr(6.151) 式中，式中， 2,2422qacecetqmivrrvig對對q6和和q7構(gòu)成的放大電路的小信號分析可得構(gòu)成的放大電路的小信號分析可得 7661bebeirrr(6.152) 式中，式中， 66667677777111ttbebeebttbecqvvrriivvriiqciirr732,則若若 所以所以 qtbebeiivrrr7676761211(6.153)

9、第二級：中間放大級第二級：中間放大級 232oovvva由式由式(6.31)可知，從可知，從 11q集電極看入的電流源的輸出電阻為集電極看入的電流源的輸出電阻為 1111113111/ccemberrgrr(6.154) 從從 8q基極看入的電阻為基極看入的電阻為48881rrrbeb(6.155) 所以所以 7q的集電極往下看電阻為的集電極往下看電阻為 7118/lcbrrr(6.156) 76677777731lblblcoriririv(6.157) iobrvi26(6.158) 7672312lioovrrvva(6.159) 第三級：射極跟隨器的電壓增益第三級：射極跟隨器的電壓增益

10、 33oovvva48848113rrrabev(6.160) 總的電壓增益總的電壓增益為為32121vvvovaaavvva(6.161) 式中式中 1va2va3va分別由式分別由式(6.151)、式、式(6.159)和式和式(6.160)確定。確定。 輸出電阻輸出電阻 81174/1becceorrrrr(6.162) 下面代入數(shù)據(jù)計算。下面代入數(shù)據(jù)計算。kivrrvmavigqacecetqm100022 . 01002/85. 3026. 022 . 02422由式由式(6.153)可得可得 kivrqti26262 . 0026. 0100)1001 (212由式由式(6.151)

11、可得可得 1224/3.85 1000/1000/26261617vmceceiagrrrkivrvmavigkivrcacetcmctbe5002 . 0100/70. 7026. 02 . 0132 . 0026. 0100711711711所以，由式所以，由式(6.154)可得可得111111311888841/5001 7.700.2/131.270.0261002.6112.6 (1 100) 101.01ccembetbecbberrgrrmvrkirrrm所以所以 7118/1.27/1.010.563lcbrrrm由式由式(6.159)可得可得997. 010)1001 (6

12、. 210)1001 (112165563. 0626. 2)1001 (1001484372rrrarrabevliv總的增益總的增益 63211049. 3997. 021651617vvvvaaaakivrqace5002 . 01007由式由式(6.162)可得可得81174/12.6 1270/50010/2.641 100becceorrrrrk說明說明：復(fù)合晶體管（由：復(fù)合晶體管（由 6q7q構(gòu)成）的輸入電阻構(gòu)成）的輸入電阻 mri626. 2很高，射極跟隨器的輸入電阻很高，射極跟隨器的輸入電阻 m01. 1和有源負(fù)載和有源負(fù)載 11qm27. 1都很高，因此小信號增益很大。都很

13、高，因此小信號增益很大。 的輸出電阻的輸出電阻例例6.22目的目的：計算含差動放大器，放大級和輸出級的運(yùn)放增益和：計算含差動放大器，放大級和輸出級的運(yùn)放增益和輸出電阻。輸出電阻。電路如圖電路如圖6.48所示。所示。bjt參數(shù)為參數(shù)為 ，av100。求差模電壓增益。求差模電壓增益 oorvvvav和輸出電阻21圖圖6.48 bjt運(yùn)算放大電路運(yùn)算放大電路解解：假設(shè)除：假設(shè)除 8q9q和和之外的所有之外的所有bjt的的 vvbe7 . 0on(）電流源的參考電流為電流源的參考電流為 mai13 .19)10(7 . 0101偏置電流偏置電流 qi由下式確定由下式確定(式式(6.30) qtqiiv

14、ri12ln即即 qqii1ln266 .59用迭代法可求得用迭代法可求得 qi=0.4ma maiiiqcc2 . 02212q的集電極直流電壓為的集電極直流電壓為 marvvivrivonbeorcco4 . 05 .117 . 02626202 . 010104)(2224忽略基極電流，有忽略基極電流，有maiirr4 . 0453q4q和和的集電極直流電壓為：的集電極直流電壓為：53510100.4 58vorvi r5q6rbjt和電阻和電阻完成直流電位偏移功能。完成直流電位偏移功能。 忽略基極電流，有忽略基極電流，有 60.4marqiibjt6q的基極直流電壓為的基極直流電壓為6

15、63()680.70.4 16.50.7vbobe onrvvvi r當(dāng)輸入差模電壓為零時，上式可保證直流電壓為零。當(dāng)輸入差模電壓為零時，上式可保證直流電壓為零。 770( 10)2ma5orvvir 由上面的直流電壓值可知，所有由上面的直流電壓值可知，所有bjt都工作在放大區(qū)。都工作在放大區(qū)?？偟牟钅Ｔ鲆婵偟牟钅Ｔ鲆?21vvvvaaaa 式中式中 1232323,ooovvvidoovvvaaavvv差動放大器的單端差模電壓增益為差動放大器的單端差模電壓增益為1221/2ovmciidvagrrv式中式中 4321bebeirrr由式由式(6.153)可知可知kivrrti13134 .

16、0026. 0)1001 (10021242vmavigtqm/70. 7026. 024 . 02所以所以 117.70201313772va 由于負(fù)載電阻由于負(fù)載電阻 cirr2，所以第二級對差動放大器沒有明顯的，所以第二級對差動放大器沒有明顯的由式由式(6.259)可知，可知， 23521ivir rar負(fù)載效應(yīng)。負(fù)載效應(yīng)。因為因為widlar電流源輸出電阻電流源輸出電阻 671berr所以所以 7665311rrrrrbebei其中其中 kivrkivrrtbertbe3 . 12026. 01005 . 64 . 0026. 01007665因此因此 mri8 .525)1001 (3 . 15 .16)10