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1、电子电路与系统基础电子电路与系统基础I 理论课第十三讲理论课第十三讲 双晶体管电路双晶体管电路 cascode、电流镜和差分对、电流镜和差分对 李国林李国林 清华大学电子工程系清华大学电子工程系 双晶体管电路双晶体管电路 大纲大纲 单支路双管级联单支路双管级联Cascode FET：共源共栅级联：共源共栅级联 BJT：共射共基级联：共射共基级联 电流镜电流镜Current Mirror 电流源电流源 电流镜电流镜 差分对差分对Differential Pairs 差分对差分对 以电流镜为有源负载以电流镜为有源负载 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 2 一、一、Ca
2、scode Cascode Cascaded cathode， 阴极阴极级联级联 第一级第一级 电子管电子管 的输出的输出 和第二和第二 级管子级管子 的阴极的阴极 连接连接 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 3 BVinINI vVv0DDVoutOUTOvVv02M1MDRM1跨导器跨导器 inmdvgi11M2电流缓冲器：电流缓冲器： 1112gsmdd vgii整体效果是跨导放大器整体效果是跨导放大器 11gsmdvgi 11gsDmoutvRgv和单管的区别在哪里？和单管的区别在哪里？ 更接近理想跨导器更接近理想跨导器 1di2didi直流偏置使得所有晶
3、体管都位于有源区，原理性阐述直流偏置使得所有晶体管都位于有源区，原理性阐述 共源共栅级联共源共栅级联cascode 小信号交流分析小信号交流分析 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 4 BVinINI vVv0DDVoutOUTO vVv02M1MDR1MBV2MinvDR11gsmvg1gsv1dsr2sgv2dsr22sgmvg DRinvDDV两级放大器的级联两级放大器的级联 CS组态组态 CG组态组态 级联级联 outvoutv高高 度度 抽抽 象象 不不 考考 虑虑 厄厄 利利 效效 应应 李国林 电子电路与系统基础 5 11gsmvg1gsv1dsr2s
4、gv2dsr22sgmvg DRinvCS组态组态 CG组态组态 级联级联 outv11gsmvg1gsv2sgv22sgmvg DRinvCS组态组态 CG组态组态 级联级联 outv1122gsmsgmovgvgi1 21 2gs mm sgvggv电流源两端电压自适应调整，使得电流源两端电压自适应调整，使得KCL方程必然满足方程必然满足 11gsDmoutvRgv晶体管的理想压控流源模型晶体管的理想压控流源模型 考考 虑虑 厄厄 利利 效效 应应 分分 析析 结结 果果 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 11gsmvg1gsv1dsr2sgv2dsr22sg
5、mvg DRinvinr12212221dsmdsdsdsmdsdsoutrgrrrgrrrg1 d1 s1 s2 d2 g2 oioioutv012 1o dssg inmirvvg22 22 dsDosg sgmorRivvgi2 2221 sg dsDdsm ovrRrgiindsDdsmdsm sgvrRrg rgv22211 211 indsmdsDdsm ovrgrR rgi 11122211inDmrrindsmdsDdsDm DooutvRgvrgrR rRgRivdsds12221121111 6 高度化简的适用性条件高度化简的适用性条件 李国林 电子电路与系统基础 清华大学
6、电子工程系 2015年春季 7 outdsdsmdsdsdsmdsDds dsmdsD ininmggindsin inmindsmdsDdsm odrrrgrrrgrRrrgrRrvggggvgvrgrR rgiidsin 1111122212211 222 21 212 122211 112 分流系数近似为分流系数近似为1 CG组态组态M2晶体管的输入电阻晶体管的输入电阻 11gsmvg1gsv1dsr2sgv2dsr22sgmvg DRinvinr12221dsdsmdsdsoutrrgrrrg1 d1 s1 s2 d2 g2 oioioutv222 21dsmdsD inrgrRr负载
7、电阻不是特别的大即可负载电阻不是特别的大即可 Cascode的跨导器等效的跨导器等效 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 8 inmggindsin inmodoutdsdsmDvggggvgiirrrgRdsin1 212 1112212inDmDooutvRgRiv1负载电阻不是很大时负载电阻不是很大时 Cascode可视为跨导增益为可视为跨导增益为gm1的跨导器的跨导器 12221dsdsmdsdsoutrrgrrrinr电压增益和单管基本一致电压增益和单管基本一致 但但cascode比单管更接近理想跨导器，体现在它具有更大的输出电阻比单管更接近理想跨导器，体
8、现在它具有更大的输出电阻 带负载分析结果，对负载有要求带负载分析结果，对负载有要求 不带负载分析：二端口网络自身电特性分析不带负载分析：二端口网络自身电特性分析 二端口等效电路二端口等效电路 网络参量的级联分析网络参量的级联分析 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 9 11111111 1111bemcebemmcem CErgrrggrgABCD 222222222222222222 1111cebembecebemcebecebembecemcecem CBrrgrrrgrr rrgrrgr rgABCDBVinBEvV01Q2QoutCiI0共射共基级联共射共
9、基级联cascode 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 10 22 212121122 21221221222222221111221222222222222222222111111111|1 |111|111111111111111111111cem bececebebecebecem bececebececemmbecebemcebebecebecebececemmcebembecebemcebecebembecemcecembemcebemmcemCBCECascodergrrr rrrrrgrrr rrrggrrrgrr rrrrrr rggrrgrrrg
10、rr rrgrrgr rgrgrrggrgABCDABCDABCD级联端口阻抗并联级联端口阻抗并联 传输参量矩阵传输参量矩阵 1Q2Q李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 11 22 212121122 212212211|1 |111|1111cem bececebebecebecem bececebececemmCBCEcascodergrrr rrrrrgrrr rrrggABCDABCDABCD 212222221211|1111 |10111bececemcecembececembeT cascoderrrgr rgrrrgrADBy导纳参量矩阵导纳参量矩阵
11、 小信号等效电路小信号等效电路 李国林 电子电路与系统基础 12 BVinBEvV01Q2QoutCiI011 bemvg1bev1cer2ebv2cer22ebmvg DRinv1ber2bericascodemvg,ivDRinvinroutr1222121 1,212211| ,mmcebecebece mcascodembecemceoutbeinggrrrrrggrrgrrrr 复杂网络复杂网络 简单电路模型简单电路模型 这个模型对这个模型对RD无要求：实际上无要求：实际上RD可以很大可以很大 从从y参量电路模型角度参量电路模型角度 入手考察，会降低理入手考察，会降低理 解偏差解偏差
12、 自行确认自行确认MOSFET二端二端 口网络等效电路口网络等效电路 二、电流镜二、电流镜 Current Mirror 偏置在有源区的晶体管，偏置在有源区的晶体管，CE（DS）端口对外就）端口对外就 是电流源是电流源 集成电路中，电流源的用途集成电路中，电流源的用途 为放大器提供直流偏置通路为放大器提供直流偏置通路 作为小信号放大器的有源负载作为小信号放大器的有源负载 电流镜方法获得稳定恒流输出电流镜方法获得稳定恒流输出 BJT MOSFET 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 13 2.1 晶体管电流源晶体管电流源 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系
13、 2015年春季 14 DSVDIO0GSVonBEVVBCEEC0CI0CA IVsatCECEVV,0DI0DE IVTHGSsatDSDSVVVV,THGSVVGDSDScerdsrDSQVDQI0DIsatDSV,晶体管电流源：晶体管电流源：P型和型和N型型 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 15 0BEVBCEEC0CI0CAn IVsatCECEVV,0DI0DEn IVsatDSDSVV,0GSVGDSDScerdsr0EBVB CEEC0CI0CAp IVsatECECVV,0DI0DEp IVsatSDSDVV,0SGVGDSDScerdsr0E
14、BV正偏导通正偏导通 THpSGVV0THnGSVV00BEV正偏导通正偏导通 虽然等效为电流源，但晶体管本身是消耗能量的电阻：晶体管吸收直流电能虽然等效为电流源，但晶体管本身是消耗能量的电阻：晶体管吸收直流电能 2.2 用途用途1：偏置电流源：偏置电流源 李国林 电子电路与系统基础 16 BiasVIvCCVOvBiasVIvDDVOv射极跟随器射极跟随器 Emitter Follower 源极跟随器源极跟随器 Source Follower IvCCVOvIvDDVOvBiasIBiasI11mogr 1Q2Q1Q1M2M1M1vA电压缓冲器：可驱动较重的负载电压缓冲器：可驱动较重的负载 VvO2 . 0 satDSOVv, 2VVvCCO2 . 0satDSDDOVVv, 1偏置电流源：为放大晶体管提供直流偏置，使其具有工作在有源区的可能性偏置电流源：为放大晶体管提供直流偏置，使其具有工作在有源区的可能性 清华大学电子工程系 2015年春季 作业作业1：推导该公式：推导该公式 用途用途2：有源负载：有源负载 李国林 电子电路与系统基础 清华大学电子工程系 2015年春季 17 BVIvCCVOv21|ceceorrr cemcecemomvrgrrgrgA5 . 0|2111
