六章节模拟集成单元电路.ppt

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1、六章节模拟集成单元电路 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望6.5 有源负载差动放大器有源负载差动放大器图图6.42 带有有源负载的差动放大器带有有源负载的差动放大器Q1和和Q2是由电流源是由电流源IQ 提供偏置的差分对，提供偏置的差分对，Q3、Q4和和Q5构成负载电流源构成负载电流源（改进的镜像电流源）。（改进的镜像电流源）。6.5.1 直流分析直流分析(6.141)(6.142)忽略基极电流忽略基极电流IB5和和Io，则，则(6.143)所以，当所以

2、，当(6.144)时，图时，图6.42所示电路的直流电流分配是对称的。所示电路的直流电流分配是对称的。6.5.2 小信号分析小信号分析 由于晶体管由于晶体管Q1的集电极与地之间的交流小信号电阻非常小，的集电极与地之间的交流小信号电阻非常小，该差动放大器的双端输出近似为单端输出，即图该差动放大器的双端输出近似为单端输出，即图6.42中从中从Q2的集电的集电极输出。极输出。考虑差模信号输入时，输出端小信号等效电路如图考虑差模信号输入时，输出端小信号等效电路如图6.43所示。所示。图图6.43 输出端小信号等效电路输出端小信号等效电路由图由图6.43可得可得(6.145)小信号差模电压增益为小信号差

3、模电压增益为(6.146)例例6.18目的目的：确定带有有源负载的：确定带有有源负载的BJT差动放大器的差模增益。差动放大器的差模增益。电路如图电路如图6.42所示。所示。IQ=0.20mA，假，假设设所有所有BJT的厄利的厄利电压电压VA=100V。确定开路确定开路 时及时及 时的差模电压增益。时的差模电压增益。解解：由式由式(6.146)可得：可得：时，时，时，时，说明说明：由此例可见，负载效应是很严重的。：由此例可见，负载效应是很严重的。例例6.19目的目的：确定带有：确定带有有源负载的有源负载的MOSFET差差动放大器的差模增益。动放大器的差模增益。如图如图6.44所示，求该电所示，求

4、该电路的差模增益路的差模增益 图图6.44 带有有源负载的带有有源负载的MOSFET差动放大器差动放大器解解：图：图6.44的输出端小信号等效电路如图的输出端小信号等效电路如图6.45所示。所示。图图6.45 输出端小信号等效电路输出端小信号等效电路(6.147)(6.148)说明说明：与带有有：与带有有源负载的源负载的BJT差差动放大器的差模动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：计算带有共源共栅有源负载的：计算带有共源共栅有源负载的MOSFET差动放大差动放大器的差模电压增益。电路如图器的差模电压增益。电路如图6.46所示。求所示。求 图图6.46 带有共源

5、带有共源共栅有源负载的共栅有源负载的MOSFET差动放大器差动放大器解解：由式：由式(6.49)可知共源共栅电流源的输出电阻为可知共源共栅电流源的输出电阻为(6.149)所以所以(6.150)例例6.21目的目的：计算含差动放大器，中间放大级和输出级的运放：计算含差动放大器，中间放大级和输出级的运放的增益的增益。电路如图电路如图6.47所示。电路参数为所示。电路参数为假设所有假设所有BJT的的=100,=100V。求。求 图图6.47 带有三晶体带有三晶体管有源负载、复合管有源负载、复合晶体管对放大级和晶体管对放大级和简单的射极跟随器简单的射极跟随器输出级的输出级的BJT差动差动放大器放大器

6、解解：图：图6.47由以下几部分构成：由以下几部分构成：由由BJT QBJT Q1 1、Q Q2 2、Q Q3 3、Q Q4 4和和Q Q5 5构成构成图图6.42所示的所示的差差动动放大器放大器;由由BJT QBJT Q9 9、Q Q1010、Q Q1111和电阻和电阻R R1 1、R R2 2、R R3 3构成构成Widlar电流源电流源;由由BJT QBJT Q6 6和和Q Q7 7复合管构成复合管构成中间放大级中间放大级;由由Q8和和R4构成射极跟随器构成射极跟随器输出级输出级;下面分三级分别计算电压增益：下面分三级分别计算电压增益：第一级：差动放大器第一级：差动放大器 由式由式(6.

7、146)可知，差动放大器的电压增益为可知，差动放大器的电压增益为(6.151)式中，式中，对对Q6和和Q7构成的放大电路的小信号分析可得构成的放大电路的小信号分析可得(6.152)式中，式中，若若 所以所以(6.153)第二级：中间放大级第二级：中间放大级 由式由式(6.31)可知，从可知，从 集电极看入的电流源的输出电阻为集电极看入的电流源的输出电阻为(6.154)从从 基极看入的电阻为基极看入的电阻为(6.155)所以所以 的集电极往下看电阻为的集电极往下看电阻为(6.156)(6.157)(6.158)(6.159)第三级：射极跟随器的电压增益第三级：射极跟随器的电压增益(6.160)总

8、的电压增益总的电压增益为为(6.161)式中式中 分别由式分别由式(6.151)、式、式(6.159)和式和式(6.160)确定。确定。输出电阻输出电阻(6.162)下面代入数据计算。下面代入数据计算。由式由式(6.153)可得可得 由式由式(6.151)可得可得 所以，由式所以，由式(6.154)可得可得所以所以 由式由式(6.159)可得可得总的增益总的增益 由式由式(6.162)可得可得说明说明：复合晶体管（由：复合晶体管（由 构成）的输入电阻构成）的输入电阻 很高，射极跟随器的输入电阻很高，射极跟随器的输入电阻 和有源负载和有源负载 都很高，因此小信号增益很大。都很高，因此小信号增益很

9、大。的输出电阻的输出电阻例例6.22目的目的：计算含差动放大器，放大级和输出级的运放增益和：计算含差动放大器，放大级和输出级的运放增益和输出电阻。输出电阻。电路如图电路如图6.48所示。所示。BJT参数为参数为。求差模电压增益。求差模电压增益 图图6.48 BJT运算放大电路运算放大电路解解：假设除：假设除 和和之外的所有之外的所有BJT的的 电流源的参考电流为电流源的参考电流为 偏置电流偏置电流 由下式确定由下式确定(式式(6.30)即即 用迭代法可求得用迭代法可求得=0.4mA 的集电极直流电压为的集电极直流电压为 忽略基极电流，有忽略基极电流，有和和的集的集电电极直流极直流电压为电压为：

10、BJT和和电电阻阻完成直流完成直流电电位偏移功能。位偏移功能。忽略基极电流，有忽略基极电流，有 BJT的基极直流的基极直流电压为电压为当输入差模电压为零时，上式可保证直流电压为零。当输入差模电压为零时，上式可保证直流电压为零。由上面的直流电压值可知，所有由上面的直流电压值可知，所有BJT都工作在放大区。都工作在放大区。总的差模增益总的差模增益式中式中 差动放大器的单端差模电压增益为差动放大器的单端差模电压增益为式中式中 由式由式(6.153)可知可知所以所以 由于负载电阻由于负载电阻，所以第二级对差动放大器没有明显的，所以第二级对差动放大器没有明显的由式由式(6.259)可知，可知，负载效应。负载效应。因为因为Widlar电流源输出电阻电流源输出电阻 所以所以 其中其中 因此因此 由于由于，输出级对第二级没有明显的负载效应。，输出级对第二级没有明显的负载效应。构成组合射极跟随器构成组合射极跟随器 所以所以 下面计算输出电阻下面计算输出电阻 因为因为Widlar电流源的输出电阻电流源的输出电阻