模拟电子技术-模拟集成电路

文章目录

  • 一、模拟集成电路中的直流偏置技术
  • 二、差分放大电路

重 点 \color{RED}{重点}
① 镜 像 电 流 源 原 理 \color{RED}{①镜像电流源原理}
② 差 分 放 大 电 路 指 标 计 算 \color{RED}{②差分放大电路指标计算}

一、模拟集成电路中的直流偏置技术

BJT镜像电流源

模拟电子技术-模拟集成电路_第1张图片

  • 在电路中设 T 1 、 T 2 T_1、T_2 T1T2的参数全同
    ▶ \blacktriangleright β 1 = β 2 \beta_1=\beta_2 β1=β2
    ▶ \blacktriangleright I C E O 1 = I C E O 2 I_{CEO1}=I_{CEO2} ICEO1=ICEO2
    ▶ \blacktriangleright λ 1 = λ 2 \lambda_1=\lambda_2 λ1=λ2
  • 集电极电流 I C 2 ≈ I R E F ≈ V C C + V E E R I_{C2}\approx I_{REF\approx \frac{V_{CC}+V_{EE}}{R}} IC2IREFRVCC+VEE
  • 镜像电流源电路适用于较大工作电流(毫安数量级)的场合。
  • 三极管在放大区具有恒流特性。
  • 动态电阻 r o = r c e r_o=r_{ce} ro=rce

二、差分放大电路

差分放大电路是由对称的两个基本共射放大电路构成的,如图所示。对称的含义是两个三极管的特性一致,电路参数一致,Q点相同。

模拟电子技术-模拟集成电路_第2张图片

  • β 1 = β 2 = β \beta_1=\beta_2=\beta β1=β2=β
  • r b e 1 = r b e 2 = r b e r_{be1}=r_{be2}=r_{be} rbe1=rbe2=rbe
  • V B E 1 = V B E 2 = V B E V_{BE1}=V_{BE2}=V_{BE} VBE1=VBE2=VBE
  • I C E O 1 = I C E O 2 = I C E O I_{CEO1}=I_{CEO2}=I_{CEO} ICEO1=ICEO2=ICEO
  • R C 1 = R C 2 = R C R_{C1}=R_{C2}=R_C RC1=RC2=RC
  • R S 1 = R S 2 = R S R_{S1}=R_{S2}=R_S RS1=RS2=RS
  • 差分放大电路一般有两个输入端 B 1 、 B 2 B_1、B_2 B1B2。若信号同时加到两个输入端,称为双端输入;若信号仅从一个输入端对地加入,称为单端输入。
  • 差分放大电路可以有两个输出端,一个是集电极 C 1 C_1 C1、另一个是集电极 C 2 C_2 C2。 从 C 1 C_1 C1 C 2 C_2 C2之间输出称为双端输出,仅从集电极 C 1 C_1 C1 C 2 C_2 C2对地输出称为单端输出。
  • 静态分析:
    ▶ \blacktriangleright v i 1 = v i 2 = 0 v_{i1}=v_{i2}=0 vi1=vi2=0
    ▶ \blacktriangleright I C 1 + I C 2 = I C = I / 2 I_{C1}+I_{C2}=I_C=I/2 IC1+IC2=IC=I/2
    ▶ \blacktriangleright V C 1 = V C 2 = V C C − I C R C = V C V_{C1}=V_{C2}=V_{CC}-I_CR_C=V_C VC1=VC2=VCCICRC=VC
    ▶ \blacktriangleright V O = V C 1 − V C 2 = 0 V_O=V_{C1}-V_{C2}=0 VO=VC1VC2=0
    ▶ \blacktriangleright 没有输入时保证输出为0可以对三极管因温度等因素造成的Q点的漂移加以抑制。
  • 动态分析:

    ▶ \blacktriangleright 输入共模信号( v i 1 = v i 2 v_{i1}=v_{i2} vi1=vi2)是指在两个输入端加上幅度相等,极性相同的信号。(干扰信号)
    ▶ \blacktriangleright v o = c c 1 − v c 2 = 0 v_o=c_{c1}-v_{c2}=0 vo=cc1vc2=0
    ▶ \blacktriangleright 说明差分电路对共模信号不予放大。(双端输出)

    ▶ \blacktriangleright 输入差模信号( v i 1 = − v i 2 v_{i1}=-v_{i2} vi1=vi2)是指在两个输入端加上幅度相等,极性相反的信号。(有用信号)
    ▶ \blacktriangleright v o = c c 1 − v c 2 = − 2 △ v o 1 v_o=c_{c1}-v_{c2}=-2\vartriangle v_{o1} vo=cc1vc2=2vo1
    ▶ \blacktriangleright 说明差分电路对差模信号具有放大能力。

    ▶ \blacktriangleright 输入任意信号: v i 1 ≠ v i 2 v_{i1}\ne v_{i2} vi1=vi2
    ▶ \blacktriangleright 将任意信号分解为共模信号与差模信号的叠加:
    ▶ \blacktriangleright :共模信号: v i c = ( v i 1 + v i 2 ) / 2 v_{ic}=(v_{i1}+v_{i2}) / 2 vic=(vi1+vi2)/2,差模信号: v i d = v i 1 − v i 2 v_{id}= v_{i1}-v_{i2} vid=vi1vi2
    ▶ \blacktriangleright v i 1 = v i c + v i d / 2 v_{i1}=v_{ic}+v_{id}/2 vi1=vic+vid/2 v i 2 = v i c + v i d / 2 v_{i2}=v_{ic}+v_{id}/2 vi2=vic+vid/2
    ▶ \blacktriangleright 差模电压增益: A v d = v o ′ v i d A_{vd}=\frac{v_o'}{v_{id}} Avd=vidvo 共模电压增益: A v c = v o ′ ′ v i c A_{vc}=\frac{v_o''}{v_{ic}} Avc=vicvo
    ▶ \blacktriangleright 共模抑制比: K C M R = ∣ A v d A v c ∣ K_{CMR}=|\frac{A_{vd}}{A_{vc}}| KCMR=AvcAvd,反映抑制干扰能力的指标, K C M R K_{CMR} KCMR越大,抑制零漂能力越强

主要指标计算

模拟电子技术-模拟集成电路_第3张图片

( 1 ) 差 模 情 况 \color{BLUE}{(1)差模情况} 1
①双端输入、双端输出
▶ \blacktriangleright A v d = v o v i d = v o 1 − v o 2 v i 1 − v i 2 = − β R c r b e A_{vd}=\frac{v_o}{v_{id}}=\frac{v_{o1}-v_{o2}}{v_{i1}-v_{i2}}=-\frac{\beta R_c}{r_{be}} Avd=vidvo=vi1vi2vo1vo2=rbeβRc
▶ \blacktriangleright 在微变等效电路中把 R o R_o Ro视为交流短路。
▶ \blacktriangleright 当集电极 c 1 c_1 c1 c 2 c_2 c2两点接入负载电阻 R L R_L RL时, A v d = − β R L ′ r b e A_{vd}=-\frac{\beta R_L'}{r_{be}} Avd=rbeβRL R L ′ = R c / / R L 2 R_L'=R_c//\frac{R_L}{2} RL=Rc//2RL
▶ \blacktriangleright 双端输出接负载时,在差分输入半边小信号等效电路中,负载电阻也按二分之一计算,即 R L 2 \frac{R_L}{2} 2RL
▶ \blacktriangleright 综上,在电路完全对称、双端输入、双端输出的情况下,电路与单边(CE)电路的电压增益相等(带负载时, R L ′ = R c / / ( R L / 2 ) ) R_L'=R_c//(R_L/2)) RL=Rc//(RL/2))。可见该电路用成倍的元器件来换取抑制共模信号的能力。
②双端输入、单端输出
▶ \blacktriangleright A v d 1 = 1 2 A v d = − β R c 2 r b e A_{vd1}=\frac{1}{2}A_{vd}=-\frac{\beta R_c}{2r_{be}} Avd1=21Avd=2rbeβRc
▶ \blacktriangleright A v d 2 = − 1 2 A v d = + β R c 2 r b e A_{vd2}=-\frac{1}{2}A_{vd}=+\frac{\beta R_c} {2r_{be}} Avd2=21Avd=+2rbeβRc
▶ \blacktriangleright 这种接法常用于将双端输入信号转为单端输出信号。集成运放的中间级有时就采用这样的接法。
③单端输入:
▶ \blacktriangleright 单端输入时电路的工作状态与双端输入时近似一致。
▶ \blacktriangleright R o R_o Ro视为开路 V e ≈ 0 V_e\approx0 Ve0
( 2 ) 共 模 情 况 \color{BLUE}{(2)共模情况} 2
①双端输出
A v c = v o c v i c = v o c 1 − v o c 2 v i c ≈ 0 A_{vc}=\frac{v_{oc}}{v_{ic}}=\frac{v_{oc1}-v_{oc2}}{v_{ic}}\approx0 Avc=vicvoc=vicvoc1voc20
②单端输出
▶ \blacktriangleright A v c 1 = v o c 1 v i c = v o c 2 v i c = − β R c r b e + ( 1 + β ) 2 r o ≈ 0 A_{vc1}=\frac{v_{oc1}}{v_{ic}}=\frac{v_{oc2}}{v_{ic}}=\frac{-\beta R_c}{r_{be}+(1+\beta)2r_o}\approx0 Avc1=vicvoc1=vicvoc2=rbe+(1+β)2roβRc0
▶ \blacktriangleright ( 1 + β ) 2 r o > > r b e , β > > 1 (1+\beta)2r_o>>r_{be},\beta>>1 (1+β)2ro>>rbe,β>>1,故可简化为 A v c 1 = − R c 2 r o A_{vc1}=-\frac{R_c}{2r_o} Avc1=2roRc
经 典 习 题 : 习 题 7.2.7 \color{BLUE}{经典习题:习题7.2.7} 7.2.7

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