模拟电子技术经典教程 半导体电路设计基础

第九章上页下页返回第四章4半导体电路设计基础第九章上页下页返回§4.1半导体放大电路的构建准则第四章选择合适的器件建立合适的直流偏置具备良好的交流信号通道P103图4.1-1例题选取合适的器件参数，比如ICM、BVCEO、PCM、fT等。BJT：保证BE结正偏，BC结反偏；FET:不同类型下保证其处于线性放大区。采用合适的耦合方式第九章上页下页第四章返回§4.2放大电路中器件的偏置技术几种常用的偏置技术1.单电阻法CCBE(on)BQbVVIR缺点：工作点稳定性差2.分压法CCBE(on)BE(on)BQ12bbVVVIRR缺点：仍存在工作点随温度变化的问题3.自给偏压法GSQDQSVIR缺点：只适用于耗尽型的FET4.混合偏置法CCB212bbbVVRRR212GSGSgDDDggVVVRVIRRR第九章上页下页第四章返回集成电路中的偏置技术采用恒流源进行直流偏置采用三极管或恒流源作有源负载1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Apr-2003SheetofFile:D:\long\T_MD\T_MD42201.schDrawnBy:IiOvCCVCROv第九章上页下页第四章返回§4.3放大电路中的信号耦合技术单级放大器中的耦合技术常常采用电容进行信号的耦合第九章上页下页第四章返回多级放大器中的耦合技术多级放大器的概念将多个单级放大器串接在一起，即可组成一个多级放大器第一级第二级第n级输入输出第九章上页下页第四章返回多级放大器中的耦合技术1.阻容耦合优点：各级放大器的静态工作点互不干扰缺点：无法传递直流信号2.直接耦合优点：简单方便，易于集成缺点：各个放大器的静态工作点互相干扰，需在电路上采取措施加以改进。3.变压器耦合优点：可实现阻抗匹配，达到最佳级间配合。缺点：隔直流，且体积笨重，不易于集成。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:25-Apr-2003SheetofFile:D:\long\T_MD\T_MD43201.schDrawnBy:122TR+1TR第二级CCRTvTSS＋++V第一级+第九章上页下页第四章返回多级放大器中电压放大倍数的求解oVivAv3121210nooooioovvvvvvvv12VVVnAAAP111例题4.3.3-1第一级AV1第二级AV2第n级AVnvivovo1vo2第九章上页下页第四章返回§4.4电流源及有源负载(1)电流源电路是指电流不随电压变化的电路。(2)电流源电路用于模拟集成放大器中，以稳定静态工作点。(3)用电流源做有源负载，可获得增益高、动态范围大的特性。电流源概述第九章上页下页第四章返回(4)用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。(5)电流源还可单独制成稳流电源使用。(6)在模拟集成电路中，常用的电流源电路有：镜象电流源、比例电流源、微电流源、多路电流源等。电流源概述第九章上页下页第四章返回基本镜像电流源电路要求电路工作原理三极管T1、T2为对称管，即其器件参数完全相同。RI12CBII22CBII221CI2CIIC2和IR是镜像关系，且2CCBECCCRVVVIIRR2第九章上页下页第四章返回改进型镜像电流源RI13CBII321ECII2211CI2CI电路工作原理221BCII由于有T3存在，IB3将比镜像电流源中的2IB小1＋β3倍。因此IC2和IREF更加接近。第九章上页下页第四章返回多路镜像电流源通过一个基准电流源带动多个三极管的输出电流，即可构成多路电流源，即一个基准电流IREF可获得多个恒定电流。此时，Iom与IR之间的误差将由原来的（m+1)IB的减小为m1(1)BI（）第九章上页下页第四章返回微电流源在镜像电流源中接入Re电阻，可以得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，适用微功耗的集成电路中。1BEV222BEEeVIR122e2RBEBEEVVIBEtVVEESIIelnEBEtESIVVI12e22lnRtEEEVIII122e22lnRtECEEVIIIIIES1=IES2第九章上页下页第四章返回比例电流源在镜像电流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成比例电流源。1e12e2RREEIIe121e2RROEREFEIIII第九章上页下页第四章返回有源负载电路恒流源由于其动态输出电阻很大，故在电路中可用作放大器的有源负载，从而提高电路的电压放大倍数。T2、T3组成恒流源，作为T1的有源负载第九章上页下页第四章返回§4.5复合管及复合结构电路复合管当两个三极管组合在一起时，可等效为一个管子，称为复合管（达林顿管）。两个相同类型的管子组成的复合管，等效后管子的类型与原类型相同。两个不同类型的管子组成的复合管，等效后管子的类型取决于第一个管子的类型。第九章上页下页第四章返回同类型管子组成的复合管ibib2ic1ic2icie1212ccciii122bbii1211bbiicbii1211bbbiii121112ber112(1)beberr第九章上页下页第四章返回互补型管子组成的复合管两个不同类型的管子组成的复合管，等效后管子的类型取决于第一个管子的类型。第九章上页下页第四章返回组成复合管的原则管内电流方向要一致能组成复合管不能组成复合管第九章上页下页第四章返回复合结构电路CECB电路共射和共基放大电路组合在一起，组成复合结构电路，常称为串接放大器。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Apr-2003SheetofFile:D:\long\T_MD\T_MD43304.schDrawnBy:+vICc2B－O＋II1c1e2b1I(a)||VRR2CCTR22+T2C3RTC31CRvSVC1ECSRRRTo+VE(b)1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Apr-2003SheetofFile:D:\long\T_MD\T_MD43304.schDrawnBy:+vICc2B－O＋II1c1e2b1I(a)||VRR2CCTR22+T2C3RTC31CRvSVC1ECSRRRTo+VE(b)交流通路第九章上页下页第四章返回CECB电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Apr-2003SheetofFile:D:\long\T_MD\T_MD43304.schDrawnBy:+vICc2B－O＋II1c1e2b1I(a)||VRR2CCTR22+T2C3RTC31CRvSVC1ECSRRRTo+VE(b)交流通路oViVAVb2be22b2Cb1be1b2be2rIIRIrIr12C2be11Rr1b12b21II小信号等效电路第九章上页下页第四章返回§4.6差分放大差分放大电路及其工作原理电路形式差分放大电路是由对称的两个基本共射放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的。对称的含义为两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。第九章上页下页第四章返回差分电路的作用抑制零点漂移零点漂移当电路没有输入信号时，由于电源电压或外界环境因素的变化，会使得电路的输出电压不为零，而有缓慢而无规则的飘动，这种现象称为零点漂移。由于外界对电路的干扰是一致的，而电路又是左右对称的，所以当电路从C1和C2之间输出时，其干扰相互抵消，故起到消除零点漂移的作用。第九章上页下页第四章返回差模信号和共模信号差模信号21iiidVVV共模信号221iiicVVV纯差模输入12iiVV纯共模输入12iiVV任意输入信号都可以分解为差模信号和共模信号之和。12idiicVVV22idiicVVV第九章上页下页第四章返回输入输出方式差分放大电路有两个输入端可以实现双端输入和单端输入差分放大电路可以有两个输出端:一个是集电极C1，另一个是集电极C2。从C1和C2输出称为双端输出，仅从集电极C1或C2对地输出称为单端输出。。双入－双出双入－单出单入－双出单入－单出第九章上页下页第四章返回静态分析120iivv120.7EEBEVVVV12e0.72REEEEVII1121EBBIII1211CECECCCCEVVVRIV10.7CCCEVRI第九章上页下页第四章返回动态分析对于纯差模输入信号，公共发射极E点相当于交流短路。12120iioccvvvvv对于纯共模输入信号：12120iioccvvvvv双端输出时，差分电路能放大差模信号，抑制共模信号第九章上页下页第四章返回差分放大器的性能表征差分放大器的性能主要可用以下几个参数表征差模放大倍数AVD：odVDidvAv共模放大倍数AVC：ocVCicvAv共模抑制比CMRR：VDVCACMRRA20log()VDVCACMRRdBA除此以外，还有输入输出电阻、频响特性等。第九章上页下页第四章返回差模放大倍数当电路为纯差模输入时，其交流通路如下所示：011//2cLibeRRvvr021//2cLibeRRvvrodVDidvAv12ooiivvvv122oVDivAv1//2cLbeRRr第九章上页下页第四章返回单端输出差模放大倍数从C1端输出11oVDidvAv//2cLbeRRr从C2端输出22oVDidvAv//2cLbeRRr第九章上页下页第四章返回差模输入输出电阻差模输入电阻idididvRi12ibvibe2r差模输出电阻单端输出odCRR双端输出2odCRR第九章上页下页第四章返回共模电压放大倍数当电路为纯共模输入信号时，其交流等效电路为：12e12RcooibeRvvvr双端输出时ocVCicvAv120ooivvv单端输出时112oVCVCicvAAv1oivve12cbeRrR共模微变等效电路第九章上页下页第四章返回带恒流源的差分放大电路静态时，恒流源提供电路直流电源；动态时恒流源等效于阻值很大的电阻。r0112oVCVCicvAAv12cbeoRrr2CoRr为降低共模放大倍数，可采用恒流源替代射极电阻Re。第九章上页下页第四章返回共模输入输出电阻共模输入电阻iiccicvRi2ibvie112R2ber共模输出电阻单端输出ocCRR双端输出2ocCRR第九章上页下页第四章返回电路单端输入时的情况单端输入可看成是双端输入的特例，即可将单端输入转换成双端输入。0,21isivvv假设：1212,22iisicidiisvvvvvvvv12,22ididiiciicvvvvvv单端输入转换成双端输入时，差模信号为vid，共模信号为vic，与原来单端输入时相同。此时电路总的输出电压为：oVDidVCicvAvAv第九章上页下页第四章返回共模抑制比共模抑制比用来表征电路对共模信号的抑制能力。CMRR越大，表明电路对共模信号的抑制能力越强，抗干扰能力越好。理想时CMRR=。20log()VDVDVCVCAACMRRdBAA双端输出时：因为AVC=0，所以CMRR=单端输出时：为提高共模抑制比，采用恒流源代替射极公共电阻。第九章上页下页)(idC1vfi)(idC2vfi图中纵坐标为0C1/Ii传输特性曲线1234ABCD4321DCBATi