模拟集成单元电路.ppt

第六章 模拟集成单元电路,6.5 有源负载差动放大器,图6.42 带有有源负载的差动放大器,Q1和Q2是由电流源IQ,提供偏置的差分对，Q3、Q4和Q5构成负载电流源（改进的镜像电流源）。,6.5.1 直流分析,(6.141),(6.142),忽略基极电流IB5和Io，则,(6.143),所以，当,(6.144),时，图6.42所示电路的直流电流分配是对称的。,6.5.2 小信号分析,由于晶体管Q1的集电极与地之间的交流小信号电阻非常小，该差动放大器的双端输出近似为单端输出，即图6.42中从Q2的集电极输出。,考虑差模信号输入时，输出端小信号等效电路如图6.43所示。,图6.43 输出端小信号等效电路,由图6.43可得,(6.145),小信号差模电压增益为,(6.146),例6.18目的：确定带有有源负载的BJT差动放大器的差模增益。,电路如图6.42所示。,IQ=0.20mA，假设所有BJT的厄利电压VA=100V。,确定开路,时及,时的差模电压增益。,解：,由式(6.146)可得：,时，,时，,说明：由此例可见，负载效应是很严重的。,例6.19目的：确定带有有源负载的MOSFET差动放大器的差模增益。如图6.44所示，求该电路的差模增益,图6.44 带有有源负载的MOSFET差动放大器,解：图6.44的输出端小信号等效电路如图6.45所示。,图6.45 输出端小信号等效电路,(6.147),(6.148),说明：与带有有源负载的BJT差动放大器的差模增益公式基本一致。,例6.20目的：计算带有共源共栅有源负载的MOSFET差动放大器的差模电压增益。电路如图6.46所示。求,图6.46 带有共源共栅有源负载的MOSFET差动放大器,解：由式(6.49)可知共源共栅电流源的输出电阻为,(6.149),所以,(6.150),例6.21目的：计算含差动放大器，中间放大级和输出级的运放的增益。,电路如图6.47所示。电路参数为,假设所有BJT的=100,=100V。求,图6.47 带有三晶体管有源负载、复合晶体管对放大级和简单的射极跟随器输出级的BJT差动放大器,解：图6.47由以下几部分构成：,由BJT Q1、Q2、Q3、Q4和Q5构成图6.42所示的差动放大器;,由BJT Q9、Q10、Q11和电阻R1、R2、R3构成Widlar电流源;,由BJT Q6和Q7复合管构成中间放大级;,由Q8和R4构成射极跟随器输出级;,下面分三级分别计算电压增益：,第一级：差动放大器,由式(6.146)可知，差动放大器的电压增益为,(6.151),式中，,对Q6和Q7构成的放大电路的小信号分析可得,(6.152),式中，,若,所以,(6.153),第二级：中间放大级,由式(6.31)可知，从,集电极看入的电流源的输出电阻为,(6.154),从,基极看入的电阻为,(6.155),所以,的集电极往下看电阻为,(6.156),(6.157),(6.158),(6.159),第三级：射极跟随器的电压增益,(6.160),总的电压增益为,(6.161),式中,分别由式(6.151)、式(6.159)和式(6.160)确定。,输出电阻,(6.162),下面代入数据计算。,由式(6.153)可得,由式(6.151)可得,所以，由式(6.154)可得,所以,由式(6.159)可得,总的增益,由式(6.162)可得,说明：复合晶体管（由,构成）的输入电阻,很高，射极跟随器的输入电阻,和有源负载,都很高，因此小信号增益很大。,的输出电阻,例6.22目的：计算含差动放大器，放大级和输出级的运放增益和输出电阻。,电路如图6.48所示。BJT参数为,。求差模电压增益,图6.48 BJT运算放大电路,解：假设除,和,之外的所有BJT的,电流源的参考电流为,偏置电流,由下式确定(式(6.30),即,用迭代法可求得,=0.4mA,的集电极直流电压为,忽略基极电流，有,和,的集电极直流电压为：,BJT,和电阻,完成直流电位偏移功能。,忽略基极电流，有,BJT,的基极直流电压为,当输入差模电压为零时，上式可保证直流电压为零。,由上面的直流电压值可知，所有BJT都工作在放大区。,总的差模增益,式中,差动放大器的单端差模电压增益为,式中,由式(6.153)可知,所以,由于负载电阻,，所以第二级对差动放大器没有明显的,由式(6.259)可知，,负载效应。,因为Widlar电流源输出电阻,所以,其中,因此,由于,，输出级对第二级没有明显的负载效应。,构成组合射极跟随器,所以,下面计算输出电阻,因为Widlar电流源的输出电阻,