电子科大课堂讲义模拟电路第5章.PPT
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1、第五章 模拟集成单元电路 5-1 概述 1、集成电路中的元器件特性 (1)元器件相对误差小,绝对误差大; (2)电阻、电容数值有限; (3)无法集成电感; (4)制做器件比制做元件容易,且占用芯片面积最小; (5)NPN型管比PNP型管制做容易,且PNP管受限。,模拟集成电路中的几种单元电路 5-2 恒流源 一、电路功能 (1)作各级的偏置电路 (2)作有源负载,2、集成电路特点 (1)采用直接耦合方式 (2)输入级电路采用差动放大电路以抑制零点漂移; (3)各级偏置电路采用电流源(恒流源); (4)用有源负载代替电阻负载。,二、恒流源模型和恒流源电路原理,实现恒流源的电路原理 (1)固定基流
2、恒流源 此时ro0.5rce,(2)固定发射结电压恒流源 此时rorce,(3)加射极电阻的恒流源,rorce,三、 模拟IC中的恒流源(实用恒流源电路) 1、基本镜象恒流源(属于UBE固定的恒流源),电路形式,IC2:恒流源提供的偏置电流 IR: 参考电流,推导IC2与IR关系:,当,当不大时,IC2的镜象精度较差,可采用 2、带共集管的镜象恒流源,IC2与IR关系:,内阻 ro= rce2,为提高电流源ro 及减小基区宽度调制效应对电流精度的影响,改进电路为,3、微电流恒流源(IC2IR),电路形式,推导IC2与IR关系式,4、比例电流源,电路形式,作业:5-1,5-2,5、作有源负载的恒
3、流源,电路形式,等效电路,交流通路,练习1(单选)如图两电流间关系是( ) (1)Io1Io2 (2)Io1Io2 (3)Io1Io2,Io1Io2,练习2(多选)电路( ) (1)称为基本镜象恒流源 (2)称为比例恒流源 (3)Io=0.5mA (4)Io=1mA (5)Io=2mA,比例恒流源; Io=0.5mA,练习3 电路中T1T3均为Si管,求IC1。(1),解:T2、T3、Rr构成基本 镜象电流源,作有源负载。 IC2=IR 又IC1=IC2 IC1=IR 由KVL:UBE3+IRRr=15+15,练习4: 设计一个微电流输出的电流源,若 VCC=15V, R=19k,要求输出电流
4、IC2=10A,R2应选多大, 若IC2=0.1mA,R2又为多大?,解:采用微电流源。,IC2=10-2mA,R2=11.2k IC2=10-1mA,R2=520,直接耦合放大电路最主要的问题是零点漂移,而且以第一级的零漂影响最大,为此IC在输入级采用差动放大电路以抑制零漂。,5-3 差动放大电路,抑制原理: (1)利用电路结构及元件参数的对称性; (2)利用发射极电阻的负反馈作用 来抑制零漂。,一、差动放大电路特点和性能指标 1、电路组成(长尾式差动放大电路),要求T1、T2参数对称,元件对称,电路对称。 差放电路有两个对地输入端(b1、b2); 两个对地输出端(c1、c2)。,故有两种输
5、入方式 单端输入:从一个输入端与地之间输入 双端输入:从两个输入端浮地输入 两种输出方式 单端输出:从一个输出端与地之间输出 双端输入:从两个输出端浮地输出 共有四种组合方式 双入双出:(a)图 双入单出:(b)图 单入双出:(c)图 单入单出:(d)图,2、差模信号与共模信号,定义差模信号: 一对大小相等、极性相反的输入信号。 用uid表示差模输入电压, 并设两管输入信号电压 分别为 us1、us2,,它们为一对差模信号,即 uS1=uid1=uid , uS2=uid2=-uid 。,当 us1=-us2 即,定义共模信号: 一对大小相等、极性相同的输入信号。 用uic表示共模输入电压,
6、当us1=us2=uic时,为一对共模信号。,对任意两输入信号us1、us2(uS1uS2), 可认为它们是某差模信号分量和某共模信号分量的组合:,从而解出,差模输入电压分量: 共模输入电压分量:,图(a)共模输入(并联输入) (b)差模输入(双端浮动输入)方式。,(2)差模输入电阻,(1)差模电压增益 分为Aud(双出),Aud(单出),3、差动放大电路性能指标,(3)共模电压增益,(4)共模输入电阻,(5)共模抑制比,二、差动放大电路的分析方法和工作特点 1、静态Q点求解(us1=us2=0) 由IEUCE (或UC),由于电路对称,元器件对称, 故两管对应的电流电压对称, 只需对半边电路
7、列方程求解。,(1)画出直流通路,标出各管电流、电压; (2)对一半电路(直流通路)列电路方程求解。,uS1=uS2=0(不作用),工程估算法: 若令UB1=0 ,则UE1=-UBE ,可直接求出上式。 对输出回路: UCE1=UCE2=UCC+UEE-IE(RC+2Rcm) 或 UC1=UC2=UCC-ICRC,2、动态特性分析 (1)对差模信号的放大特性 差模输入电压Uid 加在两管输入端(双端输入),两管各分得一大小相等、极性相反的差模信号。,公共电阻Rcm、RL对差模信号的等效: Uid引起两管电流、电压的变化是大小相等,极性相反 (a)Rcm对差模信号短路; (b)交流地电位在RL处
8、。,得差模等效电路(VEE、VCC对信号短路),由半边小信号等效电路,Rod(双出)=2RC,差模半边等效电路,对单端输出,Au(半)=,若从C2单端输出,仅Aud(单出)改变符号,其余均不变。 结论:差动电路对差模信号的放大能力强。,c1,(2)对共模信号的抑制特性,公共电阻Rcm、RL对共模信号的等效: 共模信号引起两管电流、电压增量的大小、极性相同, (a)Rcm对共模信号相当于2Rcm; (b)RL两端等电位(电压为零)。,故双端输出的共模信号为零,利用对称性抑制了共模信号。,AC(单出)的求解 先画共模交流等效电路(VCC 、VEE仍为短路处理):,再画共模半边等效电路,AC(单出)
9、=,可见由于2Rcm的存在,使Au(单出)很小,即抑制了单端输出的共模增益。 归纳: 差动放大电路依靠对称性抑制了双端输出的共模信号,依靠发射极电阻Rcm抑制了单端输出的共模信号。,3、差放电路能放大有用信号而抑制零点漂移的原因,由于差放电路能区别对待差模信号(放大) 共模信号(抑制), 故放大有用信号要以差模方式输入(对地浮动输入)或者单端输入; 而零点漂移可等效为共模信号输入。 共模抑制比(KCMR)是专门表征差放电路这一性能的指标,其值越大,差放电路性能越好。 差放电路正是利用比单管电路多一倍的元器件为代价,换来了抑制零点漂移的能力。,1、抑制原理 电路区别对待差模、共模信号(有用信号、
10、零漂), 利用对称性和射极电阻抑制零漂。,小结,Au(半)=,或Au(半)=,(1)画出差模等效电路(VCC、VEE、Rcm短路); (2)画出对应差模半边电路的小信号等效电路; (3)根据输出(双出、单出)写出Au(半)定义式并求解;,2、差模增益Aud的求解,(4)根据Aud(双出)、Aud(单出)定义式与u(半)的关系求出Aud。 对Aud(单出)符号的确定方法: 同一管输入、输出时,Aud(单出)为负; 不同管输入、输出时, Aud(单出)为正。,(1)画出共模等效电路 (VCC、VEE短路,各管射极电阻为2Rcm); (2)画出对应的共模半边小信号等效电路; (3)求解此时的Au(半
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