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1、第九章 电流模式电路,9.1 电流模式电路的基本概念 9.2 跨导线性环,9.1 电流模式电路的基本概念,9.1.1 概述 9.1.2 电流模式电路的特点,9.1.1 概述,一种新型电子电路电流模式电路正在快速发展。电流模式电路在速度、带宽、动态范围等方面具有优良的性能。 用电流模式电路实现的电压放大器，在电流模式领域，可以突破增益带宽积为常数的限制，而且使增益带宽积随闭环增益成线性增大。 在电流模式领域，多采用匹配技术，在电路结构上尽量对称，其结果是将非线性失真、线性失真以及温漂等绝大部分相互对消，使得输出信号与输入信号极大地逼近。 电流模式电路就是能够有效地传送、放大和处理电流信号的电路。
2、在电流模式电路中，以电流作为变量分析和标定电路。,9.1.2 电流模式电路的特点,电流模式电路的主要性能特点有： 1. 阻抗水平不同 2. 速度高、频带宽 3. 电源电压小，功耗低 4. 非线性失真小 5. 采用跨导线性原理简化电路运算 6. 动态范围大,9.2 跨导线性环,跨导线性电路的主要性能是借助于双极型晶体管的跨导参数与其集电极电流成正比关系而得到的。它既适用于小信号，又适用于大信号。 9.2.1 跨导线性与跨导线性环 9.2.2 由跨导线性环构成的电流模式电路,1. 线性跨导原理 双极型晶体管的电流 与发射结电压 的关系为： 即： 其跨导 定义为： 可见，晶体管跨导与集电极电流成线性
3、关系，这就是跨导线性原理。,2. 跨导线性环（TL）原理 有n个正向偏置的发射结构成一个闭合环路（如图所示，n为偶数）。,顺时针 数等于逆时针 数即 ：,即: 则:,因为反向饱和电流 等于发射区面积 与饱和电流密度 的乘积： 所以： 从而得到一个简洁的关系式： 从而，跨导线性环原理可描述为：在含有偶数个正偏发射结、且顺时针方向结的数目与逆时针方向结的数目相等的闭环回路中，顺时针方向发射极电流密度之积等于逆时针方向发射极电流密度之积。,上式可改写为： 引入面积比系数 ： 则有： 利用上式可实现跨导线性环的电流比例运算。 跨导线性电路完全工作在电流域,是一种真正的电流模式电路,除了变化很小的晶体管
4、结电压之外,它的输入变量和输出变量都是电流。,9.2.2 由跨导线性环构成的电流模式电路,1. 甲乙类互补推挽电路,互补跟随输出级,设各管发射区面积相等，即 ，则有： 若负载电流 , 、 处于静态，则： 可见，静态工作电流等于偏置电流 。 若负载电流 ， 、 处于动态，则： 可导出：,，,如果负载电流 ，则有： 这说明，当负载电流很小时， 、 管处于甲类推挽工作状态。 而当负载电流 时，则： ， 或 ， 可见，此时 、 管分别工作在乙类状态。,，,2. 矢量模电路,对称式矢量模电路,这个电路包含两个相互交叠的TL环路， 组成一个TL环路， 组成另一个TL环路。假设 具有相同的发射区面积，则应用
5、跨导线性环原理可写出： 同时有： 联立上面三式可得： 即输出电流等于 两个输入分量的矢量模。,3. 电流增益单元及多级电流放大器,电流增益单元,假设T1T4理想匹配，发射区面积相等，则根据跨导线性环原理得到： 由上式得到 恒等于 ，即： 它表明，对于所有的偏置电流 和 的值，对于 取值在 范围内的任何输入信号值，对于晶体管的任何几何尺寸和在任一结温上，都有里边对管（又称输出对管）T1、T2的电流变化总是线性地重现外边对管（又称输入对管）T3、T4的电流变化。,上图所示电路的差模输入电流为： 差模输出电流为： 差模电流增益为： 可见电路的差模电流增益取决于输出对管偏置电流 与输入对管偏置电流 之
6、比，改变 或 即可调整 的值。因此，图示的电路是一个电流增益单元电路，而且其增益是可变的。只要设法配置合适的偏置电流，就能把它级联成多级电流放大器。,两级可变增益电流放大器,上图所示电路的单级电流增益为： n级电路的总电流增益为： 当取 时，单级电流增益 ,T1T4的典型值为100，单级增益以不超过 的十分之一比较合适，这样可取 ，这时单级增益 。若级联数n5，则总的电流增益可达100dB。,4. 吉尔伯特（Gilbert）电流增益单元及多级电流放大器,吉尔伯特电流增益单元,电路如图所示。其中输入差模电流为： 是输入信号的电流调制系数。 该电路存在一个由T1、T2、T3、T4组成的跨导线性环。
7、设各管发射区面积相等， ，根据跨导线性原理，有： ， 且： 得：,，,故差模输出电流 为： 那么，电流增益 为： 式中 为外边对管的每管偏置电流， 为里边对管的偏置电流之 和 。可见，设定和，即可确定 ，改变 或 ，即可改变增益。一般 在110左右。,吉尔伯特电流增益 单元的级联电路,该电路总的电流增益 为：,5. 四象限TL乘法器,四象限TL电流乘法器单元,电路中有两个跨导线性环，T1、T2、T3、T4组成TL环1，T1、T2、T5、T6组成TL环2。T1、T2接成二极管，其发射极（集电极）的瞬时电流分别为 。T1、T2的偏置电流之和为 。T1、T2的差模输入电流为 。T3与T4、T5与T6
8、分别接成两组共射差分对管形式，T3T6的偏置电流之和为 。T3与T4、T5与T6两组对管的差模输入电流为 。T3T6的集电极交叉连接后产生电流 ，差模输出电流为 。,假设晶体管T1T6是理想匹配的，发射区面积相等， 值很大，基极电流引起的误差可以忽略。根据TL原理，T1、T2、T3、T4组成的环路1有下列关系式成立，即： 于是得到： 由电路图知 ，T3、T4的差模输出电流分量为：,同理，T1、T2、T5、T6组成的TL环路2，有： 于是得到： 总的差模输出电流为 与 之差，即： 所以：,上式表明，在理想情况下，图示六管单元的差模输出电流 与T1T6的两个差模输入电流 与 之积成正比，比例系数即乘积系数为 ， 为直流偏置电流，因此 与 之积呈线性关系。由于 与 均可变换极性，所以该电路是由TL电路组成的四象限电流乘法器。,
