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1、电子技术基础电子技术基础 模拟部分模拟部分 （第六版第六版） 华中科技大学 刘勃 2华中科技大学 刘勃 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 3 非线性电子器件分析方法总结归纳 详述了二极管、BJT和MOSFET工作机理 非线器件的分析方法： 静态工作点图解微变等效电路 非线器件的分析要素： 受控电源动态电阻静态工作点 求解参数： 加电压观电流 求解工具： 回路电压节点电流 技巧：
2、输入输出电压之比，除掉两边共有量Ib/Vgs/Vbe 频率响应 Q，Av， Ri， Ro fL，fH 4 问题： 1.差模信号的特点是： 2.差模信号为什么能够抑制零漂好噪声？ 3.共模信号的特点是： 4.放大电路的共模信号的产生原因是： 5.差分放大器的组成原理是： 6.差分放大器能否放大共模信号： 7.共射极差分放大器的动静态射极电位等于多少： 8.共射极差分放大器的增益特点是： （等于单个，与输出） 9.共射极差分放大器的差模输入电阻是： 10. 共射极差分放大器的共模模输入电阻是： 5 问题： 1.电流源的伏安特性是： 2.BJT和FET那些特性可以看作电流源： 3.如何用BJT和FE
3、T构成电流源： 4.BJT和FET构成电流源在电路中的作用是 ： 5.BJT和FET构成电流源主要要掌握的内容是： 6.模拟集成电路中，为什么采用电流源实现直流偏置？ 7.电流源与电流阱的区别（至少两个）？ 8.微电流源的特征是什么？ 华中科技大学 刘勃6 7 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 7 主要内容 集成电路运算放大器中的电流源 差
4、分式放大电路 集成电路运算放大器 集成运放应用中的实际问题 学时数 7 8 集成电路内部的工作原理和外部的主要技术参数。 主要内容 n第一部分：为了分析集成电路运算放大器内部如何工 作，首先分析集成电路运算放大器内部采用的一些专 门电路，包括电流源电路和差分式放大电路。 n第二部分以两个集成运算放大电路内部电路为例，分 析它们内部的工作原理。 n第三部分介绍集成运放的技术参数和参数对构成电路 时产生的影响。 9 *第四部分介绍变跨导模拟乘法器及其应用 *第五部分介绍放大电路中的噪声问题。 前三个部分为要求学习内容，后两个部分为扩展 学习内容。 10 基本要求 了解各种电流源的工作原理、特点和主
5、要用途(认出来） 掌握差模信号、共模信号、差模电压增益、共模电压增益和共 模抑制比等基本概念（小重点） 了解差分放大电路的工作原理、静态和动态指标的计算（小重点） 了解集成运算放大器的基本组成和主要参数 掌握集成运放非理想参数带来的影响（失调电压、失调电流、 偏置电流、共模抑制比、转换速率、轨到轨输入/输出），掌握 输入端直流通路、运放在单电源下工作等实际应用问题 11 7.0 模拟集成电路简介 什么是集成电路？ 将大量晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等电路 元件及其导电线路集成在很小的半导体单晶硅片上 构成特定功能的电子电路 不是所有的器件都能集成不能集成的，外接或替代 最初多用于各种模
6、拟信号的运算（比例、求和差、积分、微分。 。）故称运算放大器 12 集成电路分类： 数字 模拟集成电路 发展了四代通用运放： 专用运放： 高速型 低温漂型 低功耗型 。 集成运放 功能化集 成单片 集成稳压器 信号处理和信号发生电路等 集成化功率放大器 电压比较器 模拟乘法器 。 13 模拟集成电路？ 一种高放大倍数的直接耦合放大电路 第一代：沿用分立放大电路的思想，采用了数字电路 的制造工艺，利用少量横向PNP管，构成以恒流源做偏 置电路的三级直接耦合放大电路。 第二代：普遍采用有源负载，开环增益提高 第三代：采用超管，减小热效应的影响，从而减小失 调电压电流和温漂，增大共模抑制比。 第四代
7、：采用斩波稳零和动态稳零技术，各性能指标 参数更加理想化。 解决增益稳定是模拟集成电路发展的主线 14 模拟集成电路的结构特点： n不能制作大电容，电路结构只能采用直接耦合方式 n集成运放的偏置电流通常较小，以降低电路的功耗。 n为克服直接耦合电路的温漂，采用差动放大电路。 n大量采用BJT或FET构成恒流源，代替大电阻。 n采用复合管提高性能。 n元件参数一致性好，适合对称式结构电路。 nMOS器件体积小，功耗低，输入阻抗高，工艺简单，成本低 被广泛采用 n集成度高，允许采用复杂的电路形式，以达到提高各方面的性能。 15 目前模拟电子电路应用概况： 低压小功率：集成电路已经完全取代分立 元件
8、电路。 低压电和大功率电路方面：集成电路和分立 元件混合应用。 高压大电流仍需使用分立元件。 16 集成电路运算放大器的内部组成单元 图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图 差分电路输入电阻 大,抗干扰能力强,前 放的放大倍数不要 太大,要求低噪声. 使放大倍数达到要求 能够驱动负载一 般用跟随器适当 选择输出功率 正负电源 中点作为 参考电位 三级放大的特点 华中科技大学 刘勃 17 7.1 模拟集成电路中的 直流偏置技术 7.1.1 FET电流源电路 7.1.2 BJT电流源电路 1. 镜像电流源 2. 微电流源 3. 高输出阻抗电流源 4. 组合电流源 1. MOSFET镜像电流源
9、2. MOSFET多路电流源 3. JFET电流源 n理解集成电路电流源的工作原理、特性。 n掌握电流源的识别、使用和恒流值的计算。 18 p集成电路制作中遇到的问题： 电阻占用面积太大 p解决方案 p集成电路内部需要什么电阻？ 不利于缩小体积 寻找替代 可用动态电阻 p什么器件有动态电阻？ 受控器件 三端器件的输出电阻（rce、rds） 19 p如何实现？ 1 2 3 4 UCE(V)3 6912 IC(mA ) 三端器件的输出电阻（rce、rds） 对其他电路呈现大电阻特性 观察右图 注意红圈处交流电阻和直 流电阻的区别： 白线的斜率是交流电阻 绿线的斜率是直流电阻 显然红圈处的交流电阻很
10、大 即：三端器件的输出电阻很大 可以用三端器件输出电阻构建有源负载 有源负载-加电源工作时才产生电阻效应 20 1 2 3 4 UCE(V)3 6912 IC(mA ) 有源负载-加电源工作时才产生电阻效应 具体反映为电流恒流 比较直流电阻，如果电压变 化时，通过的电流会有较大 变化！ 结论：用三端器件可替代大 的电阻 p三端器件如何使用？ 让三端器件工作在放大区（饱和区） p如何让三端器件工作在放大区（饱和区）？ 21 1 2 3 4 UCE(V)3 6912 IC(mA ) p如何让三端器件工作在放大区（饱和区）？ 合理偏置三端器件输入端电压 （电流），使其工作在放大区 （饱和区） p三端
11、器件构成的有源负 载应该有什么样的要求？ 输出电流稳定 输出电流大小可调整 输出电阻大小可调整 22 集成电路中恒流源的作用： n为各级提供合适的静态电流 n做为有源负载替代高阻值动态电阻 23华中科技大学 刘勃 7.1.1 FET电流源电路 1. MOSFET镜像电流源 T1、T2的参数全同 只要满足 VGS VTN 必有 VDS1 VGS-VTN T1一定工作在饱和区 又因为 VGS2 = VGS1 = VGS T2漏极接负载构成回路后，只要 满足VDS2 VGS-VTN ，就一定工 作在饱和区，且有 24华中科技大学 刘勃 7.1.1 FET电流源电路 1. MOSFET镜像电流源 分析
12、： 1.为什么称为镜像电流源？ 因为： 两臂电流互相相等。 称为电流源是因为工作在饱和区 2.为什么采用这样的结构？ 用T1管为T2提供稳定的VGS电压使 T2管工作在饱和区。 25华中科技大学 刘勃 7.1.1 FET电流源电路 1. MOSFET镜像电流源 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（ VDS2 VGS-VTN），IO的电流值将保 持不变，反映出IO的恒流特性。 26华中科技大学 刘勃 7.1.1 FET电流源电路 1. MOSFET镜像电流源 动态电阻(交流电阻) 电流源是双口网络还是单口网络？电流源是双口网络还是单口网络？ 代表符号 27
13、华中科技大学 刘勃 7.1.1 FET电流源电路 1. MOSFET镜像电流源 当器件具有不同的宽长比时 （=0） ！用器件的宽长比调节电流！用器件的宽长比调节电流 28华中科技大学 刘勃 7.1.1 FET电流源电路 用T3代替R，T1T3特性相同 1. MOSFET镜像电流源 T1T3便可工作在饱和区 由于 所以 只要满足 输出电流为 29华中科技大学 刘勃 7.1.1 FET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 需要注意，T4漏极接负载构 成回路后，需要满足 例4.4.2 rds4 rds2 30华中科技大学 刘勃 7.1.1 FET电流源电路 3. 组合电流源除
14、宽长比外， T0T3特性相同， T4、T5特性相同 需保证所有管子工作在饱和区 用宽长比调节电流大小 31华中科技大学 刘勃 7.1.1 FET电流源电路 4. 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 32华中科技大学 刘勃 7.1.2 BJT电流源电路 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 33华中科技大学 刘勃 7.1.2 BJT电流源电路 动态电阻 一般ro在几百千欧以上 1. 镜像电流源 34华中科技大学 刘勃 7.1.2 BJT
15、电流源电路 其他形式 1. 镜像电流源 NPN镜像电流源（电流阱）PNP镜像电流源 35 镜像电流源的缺陷： （1）若Ic1较大，R上的功耗就会大，对集成电路来说 ，空间很小，发热不易散发。 （2）若要求Ic1较小，R就必须大，对集成电路来说， 很难做大电阻。 因此，需要改进电路。 36华中科技大学 刘勃 7.1.2 BJT电流源电路 由于很小， 所以IC2也很小。 rorce2（1 ） （参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ） 2. 微电流源 37 38 输出电阻 输出电阻 其中 则 当时，一般（） （2）放大电路指标分析 输入回路 输出回路 列出输入和输出回路 方程： 39 微电流源小结 ： 增加一个射极电阻Re， 在BJT一章已经证明rec 电阻扩大了。 恒流当然减少了。 40 7.1.2 BJT电流源电路 3. 高输出阻抗电流源 （Wilson电流源） IC3是输出电流 T2管的ce串联在T3的发射 极，作用等同Re 动态输出电阻ro比微电流源的动态输出电阻高/2倍 41华中科技大学 刘勃 7.1.2 BJT电流源电路 3. 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 42 高输出阻抗电流源小结： 用恒流源替代Re，rc
