[工学]模电课件第5章

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1、第5章模拟集成电路基础5.1概述5.3差动放大电路5.2晶体管电流源电路及有源负载放大电路5.4集成运算放大电路5.1概述集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元器件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成电路体积小、重量轻、耗电少、可靠性高，已成为现代电子器件的主体。集成电路分数字与模拟两大类。集成电路体积小、重量轻、耗电少、可靠性高，已成为现代电子器件的主体。集成电路分数字与模拟两大类。模拟集成电路的种类很多，有集成运算放大器(简称集成运放)，集

2、成功率放大器，集成模拟乘法器，集成锁相环，集成稳压器等。在模拟集成电路中，集成运算放大器是最为重要、用途最广的一种，这里主要介绍集成运放的内部电路、工作原理、性能指标及常用等效模型。（1）集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的，邻近的器件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰的影响后的变化也相同，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成工艺制造的电阻、电容数值范围有一定的限制。集成电路中的电阻是使用半导体材料的体电阻制成的，因而很难制造大的电阻，其阻值一般在几十欧姆到几十千欧姆之间;集成电路中的电容是用PN结的结电容作的。（3）集成工艺制造晶体管、场效应

3、管最容易，众多数量的晶体管通过一次综合工艺完成。集成晶体管有纵向NPN型管(β值高、性能好)、横向PNP型管(β值低、但反向耐压高）和场效应管，另外，集成工艺比较容易制造多极晶体管，如多发射极管、多集电极管等。集成二极管、稳压管等一般用NPN管的发射结代替。5.1.1集成电路中的元器件特点（1）利用元器件参数的对称性来提高电路稳定性（2）利用有源器件代替无源元件（3）一般采用直接耦合方式5.1.2集成电路结构形式上的特点（4）采用较复杂的电路结构（5）适当利用外接分立元件根据集成工艺的特点，模拟集成放大电路中的偏置电路、集电极或发射极负载等，一般采用晶体管电流源。这不

4、仅能使电路性能具有不随温度及电源电压变化而变化的良好稳定性(做偏置)，而且能获得高增益、大动态范围的特性(做有源负载)。5.2晶体管电流源电路及有源负载放大电路电流源电路是指能够输出恒定电流的电路。由第1章晶体管的特性已知，晶体管本身便具有近似恒流的特性。在集成电路中，常用的电流源电路有：镜像电流源、精密电流源、微电流源、比例电流源和多路电流源等。它主要提供集成运放中各级合适的静态电流或作为有源负载代替高阻值电阻，以提高放大电路的放大倍数。5.2.1电流源电路1.镜像电流源两管参数对称，工作在临界饱和状态。∵UBE1=UBE2=UBE，β1=β2=β∴IB1=IB2=

5、IB，IC1=IC2=IC=βIB基准电流当β>>2时，Io基本恒定镜像电流源的温度补偿作用T(OC)↑→IC↑→IR↑→UR↑→UB↓→IB↓→IC↓若要求Io大，则IR及R的功耗大；若要求Io小，则IR小，R很大，使R集成困难。镜像电流源的缺点2.改进型镜像电流源T1、T2、T3、完全相同β1=β2=β3IB1=IB2=IBUBE1=UBE2=UBE整理得IO更接近IR(与IO=βIR/(β+2)相比)精密镜像电流源3.微电流源因ΔUBE很小，使Re及不需很大就可以使Io很小。一般有IS1=IS2，所以有4.比例电流源UBE1+IE1Re1=UBE2+IE2Re2

6、因UBE1≈UBE2，则IE1Re1≈IE2Re2而IR≈IE1，IO≈IE25.多路电流源T1分别与T2、T3、T4组成比例电流源例1:在下图电路中，T1、T2管的特性相同，已知VCC=15V，β1=β2=β，UBE1=UBE2=0.6V。（1）试证明当β>>2时，IC2≈IR；（2）若要求IC2=28μA，电阻R应取多大？解：（1）在镜像电流源中已推出当β>>2时，IC2=IO≈IR（2）IC2=IO≈IR≈IC1例2:在下图电路中（1）指出电路为何种电流源电路；（2）根据二极管电流方程，导出T1、T2管的工作电流IC1、IC2的关系式；（3）若测得I

7、C2＝28μA，IC1＝0.73mA，估算电阻Re和R1的阻值；（4）说明微电流源和上题所示镜象电流源的异同。（1）为微电流源解：（2）见微电流源推导过程（3）在共射放大电路中，为了提高Au，行之有效的方法是增大集电极电阻Rc。然而，为了维持晶体管的静态电流不变，在增大Rc时必须提高电源电压。当电源电压增大到一定程度时，电路的设计就变得不合理了。另外在集成电路中，不能使用过大的电阻，而且Rc增大，直流功耗也增大，对电源电压的要求也会提高，因此Au的增加受到Rc取值的限制。如果用恒流源来代替Rc，则由于恒流源的直流电阻不大，故恒流源两端的直流电压并不