華中科技大學(xué)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》-CH07-1

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分（第六版）華中科技大學(xué)劉勃電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分1緒論2運(yùn)算放大器3二極管及其基本電路4場效應(yīng)三極管及其放大電路5雙極結(jié)型三極管及其放大電路6頻率響應(yīng)7模擬集成電路8反饋放大電路9功率放大電路10信號處理與信號產(chǎn)生電路11直流穩(wěn)壓電源3非線性電子器件分析方法總結(jié)歸納詳述了二極管、BJT和MOSFET工作機(jī)理非線器件的分析方法：靜態(tài)工作點(diǎn)圖解微變等效電路非線器件的分析要素：受控電源動態(tài)電阻靜態(tài)工作點(diǎn)求解參數(shù)：加電壓觀電流求解工具：回路電壓節(jié)點(diǎn)電流技巧：輸入輸出電壓之比，除掉兩邊共有量Ib/Vgs/Vb’e頻率響應(yīng)Q，Av，Ri，RofL，fH4問題：差模信號的特點(diǎn)是：差模信號為什么能夠抑制零漂好噪聲？共模信號的特點(diǎn)是：放大電路的共模信號的產(chǎn)生原因是：差分放大器的組成原理是：差分放大器能否放大共模信號：共射極差分放大器的動靜態(tài)射極電位等于多少：共射極差分放大器的增益特點(diǎn)是：（等于單個(gè)，與輸出）共射極差分放大器的差模輸入電阻是：共射極差分放大器的共模模輸入電阻是：5問題：1.電流源的伏安特性是：2.BJT和FET那些特性可以看作電流源：3.如何用BJT和FET構(gòu)成電流源：4.BJT和FET構(gòu)成電流源在電路中的作用是：5.BJT和FET構(gòu)成電流源主要要掌握的內(nèi)容是：6.模擬集成電路中，為什么采用電流源實(shí)現(xiàn)直流偏置？7.電流源與電流阱的區(qū)別（至少兩個(gè)）？8.微電流源的特征是什么？7模擬集成電路7.1模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)7.2差分式放大電路7.3差分式放大電路的傳輸特性*7.4帶有源負(fù)載的差分放大電路7.5集成運(yùn)算放大器7.6實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對應(yīng)用電路的影響*7.7變跨導(dǎo)式模擬乘法器*7.8放大電路中的噪聲與干擾77模擬集成電路主要內(nèi)容·集成電路運(yùn)算放大器中的電流源·差分式放大電路·集成電路運(yùn)算放大器·集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問題學(xué)時(shí)數(shù)787模擬集成電路集成電路內(nèi)部的工作原理和外部的主要技術(shù)參數(shù)。主要內(nèi)容第一部分：為了分析集成電路運(yùn)算放大器內(nèi)部如何工作，首先分析集成電路運(yùn)算放大器內(nèi)部采用的一些專門電路，包括電流源電路和差分式放大電路。第二部分以兩個(gè)集成運(yùn)算放大電路內(nèi)部電路為例，分析它們內(nèi)部的工作原理。第三部分介紹集成運(yùn)放的技術(shù)參數(shù)和參數(shù)對構(gòu)成電路時(shí)產(chǎn)生的影響。97模擬集成電路*第四部分介紹變跨導(dǎo)模擬乘法器及其應(yīng)用*第五部分介紹放大電路中的噪聲問題。前三個(gè)部分為要求學(xué)習(xí)內(nèi)容，后兩個(gè)部分為擴(kuò)展學(xué)習(xí)內(nèi)容。107模擬集成電路基本要求·了解各種電流源的工作原理、特點(diǎn)和主要用途(認(rèn)出來）·掌握差模信號、共模信號、差模電壓增益、共模電壓增益和共模抑制比等基本概念（小重點(diǎn)）·了解差分放大電路的工作原理、靜態(tài)和動態(tài)指標(biāo)的計(jì)算（小重點(diǎn)）·了解集成運(yùn)算放大器的基本組成和主要參數(shù)·掌握集成運(yùn)放非理想?yún)?shù)帶來的影響（失調(diào)電壓、失調(diào)電流、偏置電流、共模抑制比、轉(zhuǎn)換速率、軌到軌輸入/輸出），掌握輸入端直流通路、運(yùn)放在單電源下工作等實(shí)際應(yīng)用問題117.0模擬集成電路簡介什么是集成電路？將大量晶體管、場效應(yīng)管、二極管、電阻和電容等電路元件及其導(dǎo)電線路集成在很小的半導(dǎo)體單晶硅片上構(gòu)成特定功能的電子電路不是所有的器件都能集成不能集成的，外接或替代最初多用于各種模擬信號的運(yùn)算（比例、求和差、積分、微分。。。）故稱運(yùn)算放大器12集成電路分類：數(shù)字模擬集成電路發(fā)展了四代通用運(yùn)放：專用運(yùn)放：高速型低溫漂型低功耗型。。。。。集成運(yùn)放功能化集成單片集成穩(wěn)壓器信號處理和信號發(fā)生電路等集成化功率放大器電壓比較器模擬乘法器。。。。。13模擬集成電路？一種高放大倍數(shù)的直接耦合放大電路第一代：沿用分立放大電路的思想，采用了數(shù)字電路的制造工藝，利用少量橫向PNP管，構(gòu)成以恒流源做偏置電路的三級直接耦合放大電路。第二代：普遍采用有源負(fù)載，開環(huán)增益提高第三代：采用超管，減小熱效應(yīng)的影響，從而減小失調(diào)電壓電流和溫漂，增大共模抑制比。第四代：采用斬波穩(wěn)零和動態(tài)穩(wěn)零技術(shù)，各性能指標(biāo)參數(shù)更加理想化。解決增益穩(wěn)定是模擬集成電路發(fā)展的主線14模擬集成電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：不能制作大電容，電路結(jié)構(gòu)只能采用直接耦合方式集成運(yùn)放的偏置電流通常較小，以降低電路的功耗。為克服直接耦合電路的溫漂，采用差動放大電路。大量采用BJT或FET構(gòu)成恒流源，代替大電阻。采用復(fù)合管提高性能。元件參數(shù)一致性好，適合對稱式結(jié)構(gòu)電路。MOS器件體積小，功耗低，輸入阻抗高，工藝簡單，成本低—被廣泛采用集成度高，允許采用復(fù)雜的電路形式，以達(dá)到提高各方面的性能。15目前模擬電子電路應(yīng)用概況：低壓小功率：集成電路已經(jīng)完全取代分立元件電路。低壓電和大功率電路方面：集成電路和分立元件混合應(yīng)用。高壓大電流仍需使用分立元件。16集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元圖2.1.1集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖差分電路輸入電阻大,抗干擾能力強(qiáng),前放的放大倍數(shù)不要太大,要求低噪聲.使放大倍數(shù)達(dá)到要求能夠驅(qū)動負(fù)載一般用跟隨器適當(dāng)選擇輸出功率正負(fù)電源中點(diǎn)作為參考電位三級放大的特點(diǎn)7.1模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)7.1.1FET電流源電路7.1.2BJT電流源電路1.鏡像電流源2.微電流源3.高輸出阻抗電流源4.組合電流源1.MOSFET鏡像電流源2.MOSFET多路電流源3.JFET電流源理解集成電路電流源的工作原理、特性。掌握電流源的識別、使用和恒流值的計(jì)算。18集成電路制作中遇到的問題：電阻占用面積太大解決方案集成電路內(nèi)部需要什么電阻？不利于縮小體積尋找替代可用動態(tài)電阻什么器件有動態(tài)電阻？受控器件三端器件的輸出電阻（rce、rds）19如何實(shí)現(xiàn)？1234UCE(V)36912IC(mA)三端器件的輸出電阻（rce、rds）對其他電路呈現(xiàn)大電阻特性觀察右圖注意紅圈處交流電阻和直流電阻的區(qū)別：白線的斜率是交流電阻綠線的斜率是直流電阻顯然紅圈處的交流電阻很大即：三端器件的輸出電阻很大可以用三端器件輸出電阻構(gòu)建有源負(fù)載有源負(fù)載---加電源工作時(shí)才產(chǎn)生電阻效應(yīng)201234UCE(V)36912IC(mA)有源負(fù)載---加電源工作時(shí)才產(chǎn)生電阻效應(yīng)具體反映為電流恒流比較直流電阻，如果電壓變化時(shí)，通過的電流會有較大變化！結(jié)論：用三端器件可替代大的電阻三端器件如何使用？讓三端器件工作在放大區(qū)（飽和區(qū)）如何讓三端器件工作在放大區(qū)（飽和區(qū)）？211234UCE(V)36912IC(mA)如何讓三端器件工作在放大區(qū)（飽和區(qū)）？合理偏置三端器件輸入端電壓（電流），使其工作在放大區(qū)（飽和區(qū)）三端器件構(gòu)成的有源負(fù)載應(yīng)該有什么樣的要求？輸出電流穩(wěn)定輸出電流大小可調(diào)整輸出電阻大小可調(diào)整22集成電路中恒流源的作用：為各級提供合適的靜態(tài)電流做為有源負(fù)載替代高阻值動態(tài)電阻7.1.1FET電流源電路1.MOSFET鏡像電流源T1、T2的參數(shù)全同只要滿足VGS>VTN

必有VDS1>VGS-VTN

T1一定工作在飽和區(qū)又因?yàn)閂GS2=VGS1=VGST2漏極接負(fù)載構(gòu)成回路后，只要滿足VDS2>VGS-VTN

，就一定工作在飽和區(qū)，且有7.1.1FET電流源電路1.MOSFET鏡像電流源分析：1.為什么稱為鏡像電流源？因?yàn)椋簝杀垭娏骰ハ嘞嗟取７Q為電流源是因?yàn)楣ぷ髟陲柡蛥^(qū)2.為什么采用這樣的結(jié)構(gòu)？用T1管為T2提供穩(wěn)定的VGS電壓使T2管工作在飽和區(qū)。7.1.1FET電流源電路1.MOSFET鏡像電流源再根據(jù)便可求出電流值IO的電流值與Rd無關(guān)

Rd的值在一定范圍內(nèi)變化時(shí)（VDS2>VGS-VTN），IO的電流值將保持不變，反映出IO的恒流特性。7.1.1FET電流源電路1.MOSFET鏡像電流源動態(tài)電阻(交流電阻)電流源是雙口網(wǎng)絡(luò)還是單口網(wǎng)絡(luò)？代表符號7.1.1FET電流源電路1.MOSFET鏡像電流源當(dāng)器件具有不同的寬長比時(shí)（=0）！用器件的寬長比調(diào)節(jié)電流7.1.1FET電流源電路用T3代替R，T1~T3特性相同1.MOSFET鏡像電流源T1~T3便可工作在飽和區(qū)由于所以只要滿足輸出電流為7.1.1FET電流源電路動態(tài)電阻更大，恒流特性更好2.串級鏡像電流源需要注意，T4漏極接負(fù)載構(gòu)成回路后，需要滿足例4.4.2rds4rds27.1.1FET電流源電路3.組合電流源除寬長比外，T0~T3特性相同，T4、T5特性相同需保證所有管子工作在飽和區(qū)用寬長比調(diào)節(jié)電流大小7.1.1FET電流源電路4.JFET電流源JFET是耗盡型管，所以VGS=0時(shí)工作在飽和區(qū)耗盡型MOS管也可采用類似的方式構(gòu)成電流源7.1.2BJT電流源電路

Rc的值在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，IC2的電流值將保持不變，反映出IC2的恒流特性。T1、T2的參數(shù)全同1.鏡像電流源7.1.2BJT電流源電路動態(tài)電阻一般ro在幾百千歐以上1.鏡像電流源7.1.2BJT電流源電路其他形式1.鏡像電流源NPN鏡像電流源（電流阱）PNP鏡像電流源35鏡像電流源的缺陷：（1）若Ic1較大，R上的功耗就會大，對集成電路來說，空間很小，發(fā)熱不易散發(fā)。（2）若要求Ic1較小，R就必須大，對集成電路來說，很難做大電阻。因此，需要改進(jìn)電路。。。。。。7.1.2BJT電流源電路由于很小，所以IC2也很小。ro≈rce2（1＋）

（參考射極偏置共射放大電路的輸出電阻）2.微電流源3738④輸出電阻輸出電阻其中則當(dāng)時(shí)，一般（）（2）放大電路指標(biāo)分析輸入回路輸出回路列出輸入和輸出回路方程：39微電流源小結(jié)：增加一個(gè)射極電阻Re，在BJT一章已經(jīng)證明rec電阻擴(kuò)大了。恒流當(dāng)然減少了。407.1.2BJT電流源電路3.高輸出阻抗電流源（Wilson電流源）IC3是輸出電流T2管的ce串聯(lián)在T3的發(fā)射極，作用等同Re動態(tài)輸出電阻ro比微電流源的動態(tài)輸出電阻高β/2倍7.1.2BJT電流源電路3.高輸出阻抗電流源A1和A3分別是T1和T3的相對結(jié)面積動態(tài)輸出電阻ro遠(yuǎn)比微電流源的動態(tài)輸出電阻高42高輸出阻抗電流源小結(jié)：用恒流源替代Re，rce輸出電阻進(jìn)一步增大。43電流源電路小結(jié)：鏡像電流源高輸出阻抗電流源微電流源無電阻加電阻擴(kuò)大電阻7.1.2BJT電流源電路T1、R1和T4支路產(chǎn)生基準(zhǔn)電流IREFT1和T2、T4和T