BJT有源负载差分放大器TI课件.ppt
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- BJT 有源 负载 差分放大器 TI 课件
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1、第九章上页下页返回第四章4 4 半导体电路设计基础半导体电路设计基础第九章上页下页返回4.1 4.1 半导体放大电路的构建准则半导体放大电路的构建准则第四章选择合适的器件选择合适的器件建立合适的直流偏置建立合适的直流偏置具备良好的交流信号通道具备良好的交流信号通道P P103103图图4.1-14.1-1例题例题选取合适的器件参数,比如选取合适的器件参数,比如ICM、BVCEO、PCM、fT等。等。BJT:保证:保证BE结正偏,结正偏,BC结反偏;结反偏;FET:不同类型下保证其处于线性放大区。不同类型下保证其处于线性放大区。采用合适的耦合方式采用合适的耦合方式第九章上页下页第四章返回4.2
2、4.2 放大电路中器件的偏置技术放大电路中器件的偏置技术几种常用的偏置技术几种常用的偏置技术1.1.单电阻法单电阻法CCBE(on)BQbVVIR缺点:工作点稳定性差缺点:工作点稳定性差2.2.分压法分压法CCBE(on)BE(on)BQ12bbVVVIRR缺点:仍存在工作点随温缺点:仍存在工作点随温度变化的问题度变化的问题3.3.自给偏压法自给偏压法GSQDQSVIR 缺点:只适用于耗尽型缺点:只适用于耗尽型的的FETFET4.混合偏置法混合偏置法CCB212bbbVVRRR212GSGSgDDDggVVVRVI RRR第九章上页下页第四章返回集成电路中的偏置技术集成电路中的偏置技术采用恒流
3、源进行直流偏置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采用三极管或恒流源作有源负载第九章上页下页第四章返回4.3 4.3 放大电路中的信号耦合技术放大电路中的信号耦合技术单级单级放大放大器中器中的耦的耦合技合技术术常常采用电容进行信号的耦合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中的耦合技术多级多级放大放大器的器的概念概念将多个单级放大器串接在一起,即可将多个单级放大器串接在一起,即可组成一个多级放大器组成一个多级放大器第一级第一级第二级第二级第第n级级输输入入输输出出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中的耦合技术1.1
4、.阻容耦合阻容耦合优点:优点:各级放大器的静态工各级放大器的静态工作点互不干扰作点互不干扰缺点:缺点:无法传递直流信号无法传递直流信号2.2.直接耦合直接耦合优点:优点:简单方便,易于集成简单方便,易于集成缺点:缺点:各个放大器的静态工各个放大器的静态工作点互相干扰,需在电路上作点互相干扰,需在电路上采取措施加以改进。采取措施加以改进。3.3.变压器耦合变压器耦合优点:优点:可实现阻抗匹配,达可实现阻抗匹配,达到最佳级间配合。到最佳级间配合。缺点:缺点:隔直流,且体积笨重,隔直流,且体积笨重,不易于集成。不易于集成。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多级放大器中电压放大倍数
5、的求解oVivAv3121210nooooioovvvvv vvv12VVVnA AAP111例题例题4.3.3-1第一级第一级AV1第二级第二级AV2第第n级级AVnvivovo1vo2第九章上页下页第四章返回4.4 4.4 电流源及有源负载电流源及有源负载(1)(1)电流源电路是指电流不随电压变化的电路。电流源电路是指电流不随电压变化的电路。(2)(2)电流源电路用于模拟集成放大器中,电流源电路用于模拟集成放大器中,以稳定静态工作点。以稳定静态工作点。(3)(3)用电流源做有源负载,可获得增益高、用电流源做有源负载,可获得增益高、动态范围大的特性。动态范围大的特性。电电流流源源概概述述第九
6、章上页下页第四章返回(4)(4)用电流源给电容充电,以获得线性电压输出。用电流源给电容充电,以获得线性电压输出。(5)(5)电流源还可单独制成稳流电源使用。电流源还可单独制成稳流电源使用。(6)(6)在模拟集成电路中,常用的电流源电路有: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、镜象电流源、比例电流源、微电流源、多路电流源等。微电流源、多路电流源等。电电流流源源概概述述第九章上页下页第四章返回基本镜像电流源基本镜像电流源电路要求电路要求电路工作原理电路工作原理三极管三极管T1T1、T2T2为对称管,即为对称管,即其器件参数完全相同。其器件参数完全相同。RI 12CBII22
7、CBII221CI2CII IC2C2和和I IR R是镜像关系,且是镜像关系,且2CCBECCCRVVVIIRR 2第九章上页下页第四章返回改进型镜像电流源改进型镜像电流源RI 13CBII321ECII2211CI 2CI电路工作原理电路工作原理221BCII由于有由于有T T3 3存在,存在,I IB3B3将比镜像电流源中的将比镜像电流源中的2 2I IB B小小1 13 3倍。因此倍。因此I IC2C2和和I IREFREF更加接近。更加接近。第九章上页下页第四章返回多路镜像电流源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,通过一个基准电流源带动多个三极管的输出电流,即可
8、构成多路电流源,即一个基准电流即可构成多路电流源,即一个基准电流IREF可获可获得多个恒定电流。得多个恒定电流。此时,此时,Iom与与IR之间的误差将之间的误差将由原由原来的来的(m+1)IB的减小为的减小为m1(1)BI()第九章上页下页第四章返回微电流源微电流源在镜像电流源中接入在镜像电流源中接入Re电阻,电阻,可以得到一个比基准电流小可以得到一个比基准电流小许多倍的微电流源,适用微许多倍的微电流源,适用微功耗的集成电路中。功耗的集成电路中。1BEV222BEEeVIR122e2RBEBEEVVIBEtVVEESII elnEBEtESIVVI12e22lnRtEEEVIII122e22l
9、nRtECEEVIIIIIES1=IES2第九章上页下页第四章返回比例电流源比例电流源在镜像电流源电路的基础上,增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极电阻中的电流成一定的比例关系,即可构成比例电流源。系,即可构成比例电流源。1e12e2RREEIIe121e2RROEREFEIIII第九章上页下页第四章返回有源负载电路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。大器的有源负载,从而提高电路的电压放大倍数。T T
10、2 2、T T3 3组成恒流源,作为组成恒流源,作为T T1 1的有源负载的有源负载第九章上页下页第四章返回4.5 4.5 复合管及复合结构电路复合管及复合结构电路复复合合管管当两个三极管组合在一起时,可等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(达林效为一个管子,称为复合管(达林顿管)。顿管)。两个相同类型的管子组成两个相同类型的管子组成的复合管,的复合管,等效后管子的类型等效后管子的类型与原类型相同。与原类型相同。两个不同类型的管子组成两个不同类型的管子组成的复合管,的复合管,等效后管子的类型取决于等效后管子的类型取决于第一个管第一个管子的类型。子的类型。第九章上页下页第四章
11、返回同类型管子组成的复合管同类型管子组成的复合管ibib2ic1ic2icie1212ccciii122bbii1211bbiicbii1211bbbiii121112 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互补型管子组成的复合管两个两个不同类型的管子不同类型的管子组成的复合管,等效后管组成的复合管,等效后管子的类型取决于子的类型取决于第一个管子的类型第一个管子的类型。第九章上页下页第四章返回组成复合管的原则组成复合管的原则管内电流方向要一致管内电流方向要一致能组成复合管能组成复合管不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复合结构
12、电路CECECBCB电电路路共射和共基放大电路组合在一起,组成复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。合结构电路,常称为串接放大器。交流通路交流通路第九章上页下页第四章返回CECECBCB电电路路交流通路交流通路oViVAVb2 be22b2Cb1 be1b2 be2rII RI rI r12C2be11Rr 1 b12b21II小信号等效电路小信号等效电路第九章上页下页第四章返回4.6 4.6 差分放大差分放大差分差分放大放大电路电路及其及其工作工作原理原理电路形式电路形式 差分放大电路是由差分放大电路是由对对称称的两个基本共射放的两个基本共射放大电路,通过射极公
13、大电路,通过射极公共电阻耦合构成的。共电阻耦合构成的。对称的含义为对称的含义为两个三两个三极管的特性一致,电极管的特性一致,电路参数对应相等。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差分电路的作用抑制抑制零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移当电路没有输入信号时,当电路没有输入信号时,由于电源电压或外界环境由于电源电压或外界环境因素的变化,会使得电路因素的变化,会使得电路的输出电压不为零,而有的输出电压不为零,而有缓慢而无规则的飘动,这缓慢而无规则的飘动,这种现象称为种现象称为零点漂移零点漂移。由于外界对电路的干扰是一由于外界对电路的干扰是一致的,而电路又是左右对称致的,而电路又是左右
14、对称的,所以当电路从的,所以当电路从C1和和C2之间输出时,其干扰相互抵之间输出时,其干扰相互抵消,故起到消除零点漂移的消,故起到消除零点漂移的作用。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和共模信号差模信号差模信号共模信号共模信号纯差模输入纯差模输入纯共模输入纯共模输入任意输入信号都可以分任意输入信号都可以分解为差模信号和共模信解为差模信号和共模信号之和。号之和。12idiicVVV22idiicVVV第九章上页下页第四章返回输入输出方式输入输出方式差分放大电路有两个输入端可差分放大电路有两个输入端可以实现以实现双端输入双端输入和和单端输入单端输入 差分放大电路可以有两个输出
15、端差分放大电路可以有两个输出端:一个是一个是集电极集电极C1,另一个是,另一个是集电集电极极C2。从从C1 和和C2输出称为输出称为双双端输出端输出,仅从集电极,仅从集电极 C1或或C2 对地输出称为对地输出称为单端输出。单端输出。双入双出双入双出双入单出双入单出单入双出单入双出单入单出单入单出第九章上页下页第四章返回静态分析静态分析120iivv120.7EEBEVVVV 12e0.72REEEEVII1121EBBIII1211CECECCCCEVVVR IV10.7CCCEVR I第九章上页下页第四章返回动态分析动态分析对于纯差模输入信号,对于纯差模输入信号,公共发射极公共发射极E E点
16、相当于点相当于交流短路。交流短路。对于纯共模输入信号:对于纯共模输入信号:双端输出时,差分电路能放大差模信号,抑制共模信号双端输出时,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表征差分放大器的性能主要可用以下几个参数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差模放大倍数AVD:odVDidvAv共模放大倍数共模放大倍数AVC:ocVCicvAv共模抑制比共模抑制比CMRR:VDVCACMRRA20log()VDVCACMRRdBA除此以外,还有输入输出电阻、频响特性等。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
17、章返回差模放大倍数差模放大倍数当电路为纯差模输入时,当电路为纯差模输入时,其交流通路如下所示:其交流通路如下所示:011/2cLibeRRvvr021/2cLibeRRvvrodVDidvAv12ooiivvvv 122oVDivAv1/2cLbeRRr第九章上页下页第四章返回单端输出差模放大倍数单端输出差模放大倍数从从C C1 1端输出端输出11oVDidvAv/2cLbeRRr从从C C2 2端输出端输出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输出电阻差模输入电阻差模输入电阻idididvRi12ibvibe2r差模输出电阻差模输出电阻单端输出
18、单端输出双端输出双端输出第九章上页下页第四章返回共模电压放大倍数共模电压放大倍数当电路为纯共模输入信当电路为纯共模输入信号时,其交流等效电路号时,其交流等效电路为:为:双端输出时双端输出时ocVCicvAv120ooivvv单端输出时单端输出时112oVCVCicvAAv1oivve12cbeRrR共模微变等效电路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带恒流源的差分放大电路静态时,恒流源提供电路直流静态时,恒流源提供电路直流电源;动态时恒流源等效于阻电源;动态时恒流源等效于阻值很大的电阻值很大的电阻。r0112oVCVCicvAAv12cbeoRrr2CoRr 为降低共
19、模放大倍数,可采用恒流源替代射极电阻为降低共模放大倍数,可采用恒流源替代射极电阻ReRe。第九章上页下页第四章返回共模输入输出电阻共模输入输出电阻共模输入电阻共模输入电阻iiccicvRi2ibvie112R2ber共模输出电阻共模输出电阻单端输出单端输出双端输出双端输出第九章上页下页第四章返回电路单端输入时的情况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。将单端输入转换成双端输入。0,21isivvv假设:假设:1212,22iisicidiisvvvvvvvv12,22ididiiciicvvvvvv单端输入转换成双
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