电子技术基础模拟部分(第六版康华光)第7章 模拟集成电路

《电子技术基础》模拟部分（第六版）华中科技大学张林2华中科技大学张林电子技术基础模拟部分1绪论2运算放大器3二极管及其基本电路4场效应三极管及其放大电路5双极结型三极管及其放大电路6频率响应7模拟集成电路8反馈放大电路9功率放大电路10信号处理与信号产生电路11直流稳压电源华中科技大学张林37模拟集成电路7.1模拟集成电路中的直流偏置技术7.2差分式放大电路7.3差分式放大电路的传输特性*7.4带有源负载的差分放大电路7.5集成运算放大器7.6实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响7.7变跨导式模拟乘法器7.8放大电路中的噪声与干扰华中科技大学张林47.1模拟集成电路中的直流偏置技术7.1.1FET电流源电路7.1.2BJT电流源电路5华中科技大学张林7.1.1FET电流源电路+VDDRIREF+-VDS1-VSST1T2+-VGSID2=IOd2+-VDS2NMOSd1g1.MOSFET镜像电流源RVVVIIIGSSSDDREFD2OT1、T2的参数全同只要满足VGSVTN必有VDS1VGS-VTNT1一定工作在饱和区又因为VGS2=VGS1=VGST2漏极接负载构成回路后，只要满足VDS2VGS-VTN，就一定工作在饱和区，且有6华中科技大学张林7.1.1FET电流源电路1.MOSFET镜像电流源RVVVIIIGSSSDDREFD2O2TNGS1DREFVVKIIn再根据便可求出电流值IO的电流值与Rd无关Rd的值在一定范围内变化时（VDS2VGS-VTN），IO的电流值将保持不变，反映出IO的恒流特性。+VDDRIREF+-VDS1-VSST1T2+-VGSID2=IOd2+-VDS2NMOSd1g+VDDRIREF+-VDS1-VSST1T2+-VGSID2=IOd2+-VDS2NMOSd1gRd7华中科技大学张林7.1.1FET电流源电路1.MOSFET镜像电流源当器件具有不同的宽长比时12D1D2REFO)/()/(LWLWIIII（=0）+VDDRIREF+-VDS1-VSST1T2+-VGSID2=IOd2+-VDS2NMOSd1gRd动态电阻(交流电阻)2G12DS2Do)(SVirvD2ds21Ir+VDDIO=ID2Rdro-VSSiD2=iO斜率＝1ro可用范围vDS20击穿VGS-VTNID2VBRVDS电流源是双口网络还是单口网络？8华中科技大学张林7.1.1FET电流源电路2TNGSnD2)(VVKI用T3代替R，T1~T3特性相同1.MOSFET镜像电流源＋VDD－VSST1T2ID2＝IOT3IREF+-VGS+-VGS3T1~T3便可工作在饱和区2TNGSnREFD3D1)(VVKIII由于)(21SSDDGSGS3VVVV所以只要满足TNSSDD2VVV输出电流为9华中科技大学张林7.1.1FET电流源电路动态电阻更大，恒流特性更好2.串级镜像电流源ds2ds4mds4mds2ds4o)1(rrgrgrrrg4＋ID4=IOd4T1VDDIREFID3T3(W/L)3－VGS3VGS4T4(W/L)4T2(W/L)2－VSST1(W/L)1ID1ID2－＋ro需要注意，T4漏极接负载构成回路后，需要满足TN4GS4DS4VVV10华中科技大学张林7.1.1FET电流源电路3.组合电流源＋VDD－VSST1T2I2T0ID0＝IREF＋VGS0－＋－VGS1T3I3＋－VGS2＋－VGS3d0g1NMOSg2NMOSd2NMOSd3I4d4s4d5I5s5g5g4T4T5PMOS＋－VGS4VGS5＋－g3＋g0除宽长比外，T0~T3特性相同，T4、T5特性相同REF122)/()/(ILWLWIREF133)/()/(ILWLWIREF13453454455)/()/()/()/()/()/()/()/(ILWLWLWLWILWLWILWLWI需保证所有管子工作在饱和区11华中科技大学张林7.1.1FET电流源电路(b)iDvDSVBR|VTP|IO可用范围iD＝IOg+－vDS－VSSd(a)ro=1斜率s4.JFET电流源JFET是耗尽型管，所以VGS=0时工作在饱和区耗尽型MOS管也可采用类似的方式构成电流源)1(DSDSSODvIIiDSSo1Ir12华中科技大学张林7.1.2BJT电流源电路BE1BE2=VVREFIE1E2=IIC1C2=IIRVVBECC=RVCCRc的值在一定范围内变化时，IC2的电流值将保持不变，反映出IC2的恒流特性。T1、T2的参数全同1.镜像电流源IREF＋VCC－VEEIC1T1T2iC2=IC2=IO=IREFR2IBc2c1b1b2vCE13华中科技大学张林7.1.2BJT电流源电路动态电阻2B12CE2Co)(Ivir一般ro在几百千欧以上cer1.镜像电流源IREF＋VCC－VEEIC1T1T2iC2=IC2=IO=IREFR2IBc2c1b1b2vCE14华中科技大学张林7.1.2BJT电流源电路IREF＋VCC－VEEIC1T1T2iC2=IC2=IO=IREFR2IBc2c1b1b2vCEIREF＋VCC－VEEIC1T1T2iC2R2IB其他形式1.镜像电流源15华中科技大学张林7.1.2BJT电流源电路e2BE2BE1RVVE2C2OIIIe2BERV由于很小，BEV所以IC2也很小。IREF＋VCC－VEEIC1T1T2IC2＝IOR2IB++--VBE2Re2VBE1ro≈rce2（1＋）e2be2e2RrR（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻）oR2.微电流源16华中科技大学张林7.1.2BJT电流源电路RT1IC15IREFIB32IBT3T2IC25IC3=IO＋VCC－VEE3.高输出阻抗电流源A1和A3分别是T1和T3的相对结面积动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻高RVVVVIEEBE23BECCREFREF13C2OIAAII17华中科技大学张林7.1.2BJT电流源电路T4T5T6I5I6I2I3IREFR1T1T2T3R3R2＋VCC－VEET1、R1和T4支路产生基准电流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVIT1和T2、T4和T5构成镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了微电流源4.组合电流源华中科技大学张林187.2差分式放大电路7.2.1差分式放大电路的一般结构7.2.2FET差分式放大电路7.2.3BJT差分式放大电路19华中科技大学张林1.差模信号和共模信号的概念7.2.1差分式放大电路的一般结构差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv差模信号)(21=i2i1icvvv共模信号idod=vvvA差模电压增益icoc=vvvA共模电压增益icciddooo=vvvvvvvAA总输出电压其中ov——差模信号产生的输出ov——共模信号产生的输出共模抑制比反映抑制零漂能力的指标cdCMR=vvAAK20华中科技大学张林7.2.1差分式放大电路的一般结构＋－＋－+vid/2-vid/2vidvi1vi2＋－vic＋－差放根据2=idici1vvv2=idici2vvvi2i1id=vvv)(21=i2i1icvvv有共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。用vid、vic表示vi1和vi21.差模信号和共模信号的概念21华中科技大学张林7.2.1差分式放大电路的一般结构差模等效输入方式差放+-vid差放+-vid(a)(b)共模等效输入方式差放+-vic两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放vo2+-+-vid+-vo22华中科技大学张林7.2.1差分式放大电路的一般结构2.零点漂移输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象。产生零漂的主要原因：温漂指标：（1）温度变化引起，也称温漂（2）电源电压波动温度每升高1ºC，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。23华中科技大学张林7.2.1差分式放大电路的一般结构vO1vO2O2R2R1＋I1I2－vi1vi2T1T2V－Io＋－V+O1e＋－vO3.三端器件组成的差分式放大电路24华中科技大学张林7.2.2FET差分式放大电路vO1vO2Rd2Rd1+VDDvOd2＋vi2＋IO-VSSvST2s2VGS2iD2d1T1s11iD1g1vi1－＋－＋－＋－vicvic+vid/2＋VGS1＋－g2－－-vid/21.MOSFET电路组成T1、T2对称源极共用电流源支路25华中科技大学张林7.2.2FET差分式放大电路静态ODQD2QD1Q21=IIIIGSQGS2QGS1Q==VVVDDVd1DQRI)(GSQV2TNGSQnDQ)(VVKI2.工作原理vDS1vDS2Rd2Rd1+VDD＋＋d2＋IO-VSSvST2s2VGS2iD2d1T1s11iD1g1＋VGS1－－g2－－s1d1DS2DS1VVVV由可求得VGSQ最后需要校验是否工作在饱和区26华中科技大学张林7.2.2FET差分式放大电路vO1vO2Rd2Rd1+VDDvOd2＋vi2＋IO-VSSvST2s2VGS2iD2d1T1s11iD1g1vi1－＋－+vid/2＋VGS1＋－g2－－-vid/2vi1和vi2大小相等，相位相反。vO1和vO2大小相等，相位相反。vO=vO1-vO20，信号被放大2.工作原理动态：仅输入差模信号vi1tvi2ttvGS1VGSQtvGS2VGSQtiD1IDQtiD2IDQtvOtvO1VDQtvO2VDQ27华中科技大学张林7.2.2FET差分式放大电路vO1vO2Rd2Rd1+VDDvOd2vi2＋IO-VSSvST2s2VGS2iD2d1T1s11iD1g1vi1＋－＋－vicvic＋VGS1＋－g2－－rotvOvi1和vi2大小相等，相位相同。vO1和vO2大小相等，相位相同。vO=vO1-vO2=0，双端无信号输出2.工作原理动态：仅输入共模信号vi1ttvGS1VGSQvi2ttvGS2VGSQtiD1IDQtiD2IDQ实际上单端输出时也有很强的共模信号抑制能力tvO1VDQtvO2VDQ28华中科技大学张林7.2.2FET差分式放大电路温度变化和电源电压波动，都将使两个漏极电流产生变化，且变化趋势相同。其效果相当于在两个输入端加入了共模信号2.工作原理抑制零点漂移原理vO1vO2Rd2Rd1+VDDvOd2vi2＋IO-VSSvST2s2VGS2iD2d1T1s11iD1g1vi1＋－＋－vicvic＋VGS1＋－g2－－ro29华中科技大学张林7.2.2FET差分式放大电路RL（1）差模情况A双入、双出3.主要指标计算vi1和vi2大小相等，相位相反iD1的增加量等于iD2的减小量（或者相反）流过源极公共支路的电流不变，即公共源极s电位没变化相当于s节点交流量为零，即vs=0，故得交流通路双端输出接负载vo1vo2Rd2Rd1＋＋vod2＋vi2＋vs=0T2s2id2d1T1s11id1g1vi1－＋－+vid/2＋vgs1＋－－－g2－－-vid/2vgs2svO1vO2Rd2Rd1+VDDvOd2＋vi2＋IO-VSSvST2s2VGS2iD2d1T1s11iD1g1vi1－＋－+vid/2＋VGS1＋－g2－－-vid/2ro30华中科技大学张林7.2.2FET差分式放大电路RL（1）差模情