六章節(jié)模擬集成單元電路ppt課件

1、 第六章第六章 模擬集成單元模擬集成單元電路電路 6.5 有源負載差動放大器有源負載差動放大器圖圖6.42 帶有有源負載的差動放大器帶有有源負載的差動放大器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)成負載電流源構(gòu)成負載電流源改良的鏡像電流源。改良的鏡像電流源。 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，那么，那么 QIIIII2143(6.143) 所以，當所以，當 )1 (55QBoIII(6.144) 時，圖時，圖6.42

2、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。 思索差模信號輸入時，輸出端小信號等效電路如圖思索差模信號輸入時，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242/2m idoceceLg vvrrR(6.145) 小信號差模電壓增

3、益為小信號差模電壓增益為24(/)odmceceLidvAgrrRv(6.146) 例例6.18目的：確定帶有有源負載的目的：確定帶有有源負載的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，假設一切，假設一切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闡明：由此例可見，負載效應是很嚴重的。闡明：由此例可見，負載效應是很嚴重的。例例6.19目的：確定帶有目的：確定帶有有源負載的有源負載的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 帶有有源負載的帶有有源負載的MOSFET差動放大器差動放大器解：圖解：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) 闡明：與帶有有闡明：與帶有有源負載的源負載的BJT差差動放大器的差模動放大器的差模增益公式根本一增益公式根本一致。致。例例6.20目的：計算帶有共源共柵有源負載的目的：計算帶有共源共柵有源負載的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載的共柵有源負載的MOSFET差動放大器差動放大器解：由式解

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：計算含差動放大器，中間放大級和輸出級的運放目的：計算含差動放大器，中間放大級和輸出級的運放的增益的增益 。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假設一切假設一切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載、復合管有源負載、復合晶體管對放大級

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：圖解：圖6.47由以下幾部分構(gòu)成：由以下幾部分構(gòu)成：由由BJT Q1BJT Q1、Q2Q2、Q3Q3、Q4Q4和和Q5Q5構(gòu)成圖構(gòu)成圖6.426.42所示的差動放大所示的差動放大器器; ;由由BJT Q9BJT Q9、Q10Q10、Q11Q11和電阻和電阻R1R1、R2R2、R3R3構(gòu)成構(gòu)成WidlarWidlar電流源電流源; ; 由由BJT Q6BJT Q6和和Q7Q7復合管構(gòu)成中間放大級復合管構(gòu)成中間放大級 ; ;由由Q8和和R4構(gòu)成射極跟隨器輸出級構(gòu)成射極跟隨器輸出級; 下面分三級分別計算

8、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,則假設假設 所以所以 QTbebeiIVrrR7676761211(6.153) 第二級

9、：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 33

10、oovvvA48848113RrRAbev(6.160) 總的電壓增益為總的電壓增益為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)可得可

11、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 . 2

12、10)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闡明：復合晶體管由闡明：復合晶體管由 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和有源負載和有源負載 11QM27. 1都很高，因此小信號增益很大。都很高，因此小信號

13、增益很大。 的輸出電阻的輸出電阻例例6.22目的：計算含差動放大器，放大級和輸出級的運放增益和目的：計算含差動放大器，放大級和輸出級的運放增益和輸出電阻。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運算放大電路運算放大電路解：假設除解：假設除 8Q9Q和和之外的一切之外的一切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) QTQIIVRI12ln即

14、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663()680

15、.70.4 16.50.7VBoBE onRVVVI R當輸入差模電壓為零時，上式可保證直流電壓為零。當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，一切由上面的直流電壓值可知，一切BJT都任務在放大區(qū)。都任務在放大區(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 . 0026. 0

16、)1001 (10021242VmAVIgTQm/70. 7026. 024 . 02所以所以 117.70201313772vA 由于負載電阻由于負載電阻 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負載效應。負載效應。由于由于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)100