华中科技大学《模拟电子技术基础》——CH07-1
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华中科技大学《模拟电子技术基础》——CH07-2
差模等效输入方式
vi2 -
+ vo +
+
vo2 -
vo1 -
差分式放大电路输入输出结构示意图
两输入端中的共模信号
+
-
vic
差放
大小相等，相位相同；差模信
号大小相等，相位相反。
共模等效输入方式
21
华中科技大学 刘勃
7.2.1 差分式放大电路的一般结构
2. 零点漂移
输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象。 （1）温度变化引起，也称温漂 产生零漂的主要原因：
7
共模信号介绍：
定义：两信号的振幅相等，相位相同， 两路信号之差作为信号 vi1
t
vid
vid=vi1 -vi2 t
vi2
t
=0 ！！！
特点：共模两信号同向等幅变化 特点：共模信号幅值零
8
差模和共模信号混合工作： vi1
t
vi1
t
vi2
t
vi2
t
vid
vid=vi1 -vi2 t =2vi1
9
现实生活中的差模信号： USB 单端信号： 同轴电缆
5
2.差模信号和共模信号 (1)单端信号易受噪声干扰的原因： 信号与噪声使用相同的参考点（地）！ vi+vn
vi
vn
解决方案：信号不与噪声使用相同的参考点！
6
差模信号介绍：
定义：两信号的振幅相等，相位相反， 两路信号之差作为信号 vi1
t
vid
vid=vi1 -vi2 t
vi2
t
=2vi1
特点：差模两信号反向等幅变化 特点：差模信号幅值为正向信号幅值的两倍
vi2 -
+ vo +
+
vo2 -
vo1 -
差分式放大电路输入输出结构示意图
两输入端中的共模信号
+
-
vic
差放
大小相等，相位相同；差模信
号大小相等，相位相反。
共模等效输入方式
21
华中科技大学 刘勃
7.2.1 差分式放大电路的一般结构
2. 零点漂移
输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象。 （1）温度变化引起，也称温漂 产生零漂的主要原因：
7
共模信号介绍：
定义：两信号的振幅相等，相位相同， 两路信号之差作为信号 vi1
t
vid
vid=vi1 -vi2 t
vi2
t
=0 ！！！
特点：共模两信号同向等幅变化 特点：共模信号幅值零
8
差模和共模信号混合工作： vi1
t
vi1
t
vi2
t
vi2
t
vid
vid=vi1 -vi2 t =2vi1
9
现实生活中的差模信号： USB 单端信号： 同轴电缆
5
2.差模信号和共模信号 (1)单端信号易受噪声干扰的原因： 信号与噪声使用相同的参考点（地）！ vi+vn
vi
vn
解决方案：信号不与噪声使用相同的参考点！
6
差模信号介绍：
定义：两信号的振幅相等，相位相反， 两路信号之差作为信号 vi1
t
vid
vid=vi1 -vi2 t
vi2
t
=2vi1
特点：差模两信号反向等幅变化 特点：差模信号幅值为正向信号幅值的两倍
模拟电子技术0CH07-1
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13
反馈的分类：
按交直流分： 按正负分： 直流反馈、交流反馈 正反馈、负反馈
按输入端关系分： 串联反馈、并联反馈
按输出端关系分： 电压反馈、电流反馈
以上分类均能交叉组合 主要讨论交流反馈
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14
7.1.2 直流反馈与交流反馈
根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存 在，来进行判别。
直流反馈 判断交流反馈时， 耦合和旁路电容要 短路 判断直流反馈时， 耦合和旁路电容要 开路 交、直流 反馈
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15
7.1.2 直流反馈与交流反馈
引言 前述有源器件的参数往往不够精确不够稳定
不同类型的晶体管增益不同，且与温度有关 即使前述的差分电路能消除共模干扰，但增益 稳定仍是问题 另一方面由电阻、电容和电感组成的无源网络却能 设计成任意精度，缺点是没有功率增益 能否将无源电路的准确性和有源电路的功率增益结合互补 构成具有精确增益的稳定放大电路
电压负反馈
xf=Fvo ， xid= xi－xf
RL
vo vo
xf
xid
电压负反馈稳定输出电压 电压负反馈使输出电压不受负载变化的影 响
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30
7.1.5 电压反馈与电流反馈
电流负反馈
xf=Fio ， xid= xi－xf
并联：输入以电流形式求和（KCL） ii-iid-if=0 反馈回到相同端
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13
反馈的分类：
按交直流分： 按正负分： 直流反馈、交流反馈 正反馈、负反馈
按输入端关系分： 串联反馈、并联反馈
按输出端关系分： 电压反馈、电流反馈
以上分类均能交叉组合 主要讨论交流反馈
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14
7.1.2 直流反馈与交流反馈
根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存 在，来进行判别。
直流反馈 判断交流反馈时， 耦合和旁路电容要 短路 判断直流反馈时， 耦合和旁路电容要 开路 交、直流 反馈
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7.1.2 直流反馈与交流反馈
引言 前述有源器件的参数往往不够精确不够稳定
不同类型的晶体管增益不同，且与温度有关 即使前述的差分电路能消除共模干扰，但增益 稳定仍是问题 另一方面由电阻、电容和电感组成的无源网络却能 设计成任意精度，缺点是没有功率增益 能否将无源电路的准确性和有源电路的功率增益结合互补 构成具有精确增益的稳定放大电路
电压负反馈
xf=Fvo ， xid= xi－xf
RL
vo vo
xf
xid
电压负反馈稳定输出电压 电压负反馈使输出电压不受负载变化的影 响
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7.1.5 电压反馈与电流反馈
电流负反馈
xf=Fio ， xid= xi－xf
并联：输入以电流形式求和（KCL） ii-iid-if=0 反馈回到相同端
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华中科技大学《模拟电子技术基础》——CH01-1省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件
绝大部分电路使用 电压恒定，电流随负载改变
电流源
电路中恒流用
不能成为电路系统电源
18/7118
模拟电子电源表示： 电源在哪里？
图二
图一
图三
电源省略
19/71
电源是什么样：
20/71
模拟电路电源大小：
直流电压源：5V，±5V， ±12V ，±15V 直流电压源：1.8V，2.7V， 3.3V ， 特点：弱电
2/71 2
1.0 引言
我们生存自然界中存在大量物理量
温度 电量
压力 重量
光亮 流量
声音 风速 XX
速度 液位 XX
位移 转速 XX
3/71 3
1.0 引言
物理量改变就是信息
IT是什么？
信息技术
问题：怎样获取这些物理量改变？
传感器
4/71 4
1.0 引言
传感器怎样反应物理量改变？
温度 重量 压力 流量 光亮 液位 速度 转速 位移 XX 电压 XX
48/7148
1.4.3 放大电路模型类型
AS
Vo VS
AVO
RL Ro RL
Ri Rs Ri
源电压放大倍数是对信号纯放大，应该尽可能确保
信号源电阻会消耗一部分信号源电压造成开环放大倍数降低 为降低开环放大倍数降低，输入电阻应尽可能大
输出电阻会消耗一部分输出电压造成开环放大倍数降低 为降低开环放大倍数降低，输入电阻应尽可能小
模拟电路电源对电路电位限制：
普通情况下，电路中各点电位不会超出电源电压
21/71
放大器
信号源
电源 放大器
负载
n模电关键 n为何要放大？ n什么是放大？ n对放大有什么要求？ n怎样满足对放大要求？ n什么器件能够进行放大？ n怎样组成放大系统？
华中科技大学模拟电子技术课件
半导体二极管
1. 半导体二极管的结构和符号 (2) 面接触型二极管
PN结面积大，一般用于 工频、大电流整流电路。
（a）面接触型 （b）集成电路中的平面型
（c）代表符号
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
半导体二极管
1. 半导体二极管的结构和符号 2. 二极管的伏安特性 i IS (e
u / UT
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
半导体二极管
1. 半导体二极管的结构和符号 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。 二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。 (1) 点接触型二极管
PN结面积小，结电 容小，用于检波和 变频等高频电路。
点接触型二极管结构示意图
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
2. PN结外加反向电压
• 高电阻 • 很小的反向漂移电流
由此可以得出结论： PN结具有单向导电性。
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
PN结的单向导电性
PN结的伏安特性
3. PN结的击穿
PN结的反向电压增加到一定数值 时，反向电流突然快速增加，此 现象称为PN结的反向击穿。 热击穿——不可逆 雪崩击穿 电击穿——可逆 齐纳击穿
充填空穴来实现的。 华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
1.1 半导体基础知识
• 半导体材料 硅Si和锗Ge • 半导体的共价键结构 • 本征半导体 • 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。
掺入的杂质主要是三价或五价元素。 掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
(3) 结电容CJ
模拟电子技术基础习题答案
（1）静态分析。二极管采用恒压降模型，等效电路如解图 1.3.6（a）所示。此电路中 只有直流分量，称为直流通路，它反映电路的静态工作情况。根据直流通路可知
ID
10 - 0.7
10 103
0.93 （mA）
（2）小信号工作情况分析。二极管采用交流小信号模型，等效电路如解图 1.3.6（b）
所示。此电路中只有交流分量，称为交流通路，它反映电路的动态工作情况。
当ui 17V时，D1截止，D2导通，uO 17V 17V ui 18V时，D1导通，D2导通，uO ui ui 18V时，D1导通，D2截止，uO 18V
图略
1.4.1 现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为 6V 和 8V，正向导通电压为 0.7V。试问：
（1）若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？ （2）若将它们并联相接，则又可得到几种稳压值？各为多少？ 解：（1）两只稳压管串联时可得 1.4V、6.7V、8.7V 和 14V 等四种稳压值。
中各二极管是否导通，并求出电路的输出电压 Uo。
1
图 P1.3.1
解：二极管 D1 截止，D2 导通，UO=-2.3V 1.3.2 电路如图 P1.3.2 所示，已知 ui＝10sinω t(v)，试画出 ui 与 uO 的波形。设二极管正向导
通电压可忽略不计。
图 P1.3.2
解：当 ui>0V 时，D 导通，uo =ui；当 ui≤0V 时，D 截止，uo=0V。ui 和 uo 的波形如解图 1.3.2 所示。
模拟电子技术基础习题答案
电子技术课程组 2016.9.15
目录
第 1 章习题及答案 ................................................................................................................... 1 第 2 章习题及答案 ................................................................................................................. 14 第 3 章习题及答案 ................................................................................................................. 36 第 4 章习题及答案 ................................................................................................................. 45 第 5 章习题及答案 ................................................................................................................. 55 第 6 章习题及答案 ................................................................................................................. 70 第 7 章习题及答案 ................................................................................................................. 86 第 8 章习题及答案 ............................................................................................................... 104 第 9 章习题及答案 ............................................................................................................... 117 第 10 章习题及答案 ............................................................................................................. 133 模拟电子技术试卷 1 ............................................................................................................ 146 模拟电子技术试卷 2 ............................................................................................................ 152 模拟电子技术试卷 3 ............................................................................................................ 158
ID
10 - 0.7
10 103
0.93 （mA）
（2）小信号工作情况分析。二极管采用交流小信号模型，等效电路如解图 1.3.6（b）
所示。此电路中只有交流分量，称为交流通路，它反映电路的动态工作情况。
当ui 17V时，D1截止，D2导通，uO 17V 17V ui 18V时，D1导通，D2导通，uO ui ui 18V时，D1导通，D2截止，uO 18V
图略
1.4.1 现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为 6V 和 8V，正向导通电压为 0.7V。试问：
（1）若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？ （2）若将它们并联相接，则又可得到几种稳压值？各为多少？ 解：（1）两只稳压管串联时可得 1.4V、6.7V、8.7V 和 14V 等四种稳压值。
中各二极管是否导通，并求出电路的输出电压 Uo。
1
图 P1.3.1
解：二极管 D1 截止，D2 导通，UO=-2.3V 1.3.2 电路如图 P1.3.2 所示，已知 ui＝10sinω t(v)，试画出 ui 与 uO 的波形。设二极管正向导
通电压可忽略不计。
图 P1.3.2
解：当 ui>0V 时，D 导通，uo =ui；当 ui≤0V 时，D 截止，uo=0V。ui 和 uo 的波形如解图 1.3.2 所示。
模拟电子技术基础习题答案
电子技术课程组 2016.9.15
目录
第 1 章习题及答案 ................................................................................................................... 1 第 2 章习题及答案 ................................................................................................................. 14 第 3 章习题及答案 ................................................................................................................. 36 第 4 章习题及答案 ................................................................................................................. 45 第 5 章习题及答案 ................................................................................................................. 55 第 6 章习题及答案 ................................................................................................................. 70 第 7 章习题及答案 ................................................................................................................. 86 第 8 章习题及答案 ............................................................................................................... 104 第 9 章习题及答案 ............................................................................................................... 117 第 10 章习题及答案 ............................................................................................................. 133 模拟电子技术试卷 1 ............................................................................................................ 146 模拟电子技术试卷 2 ............................................................................................................ 152 模拟电子技术试卷 3 ............................................................................................................ 158
《模拟电子技术基础》典型习题解答
《模拟电子技术基础》典型习题解答第一章半导体器件的基础知识1.1 电路如图P1.1所示，已知u i＝5sinωt (V)，二极管导通电压U D＝0.7V。
试画出u与u O的波形，并标出幅值。
i图P1.1 解图P1.1解：波形如解图P1.1所示。
1.2 电路如图P1.2（a）所示，其输入电压u I1和u I2的波形如图（b）所示，二极管导通电压U D＝0.7V。
试画出输出电压u O的波形，并标出幅值。
图P1.2解：u O的波形如解图P1.2所示。
解图P1.21.3 已知稳压管的稳定电压U Z ＝6V ，稳定电流的最小值I Zmin ＝5mA ，最大功耗P ZM ＝150mW 。
试求图P1.3所示电路中电阻R 的取值范围。
图P1.3解：稳压管的最大稳定电流 I ZM ＝P ZM /U Z ＝25mA电阻R 的电流为I ZM ～I Zmin ，所以其取值范围为Ω=-=k 8.136.0ZZ I ～I U U R1.4 已知图P1.4所示电路中稳压管的稳定电压U Z ＝6V ，最小稳定电流I Zmin ＝5mA ，最大稳定电流I Zmax ＝25mA 。
（1） 别计算U I 为10V 、15V 、35V 三种情况下输出电压U O 的值； （2） 若U I ＝35V 时负载开路，则会出现什么现象?为什么？图P1.4解：（1）当U I ＝10V 时，若U O ＝U Z ＝6V ，则稳压管的电流小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。
故V33.3I LLO ≈⋅+=U R R R U当U I ＝15V 时，若U O ＝U Z ＝6V ，则稳压管的电流小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。
故LO I L 5VR U U R R =⋅≈+当U I ＝35V 时，稳压管中的电流大于最小稳定电流I Zmin ，所以U O ＝U Z ＝6V 。
（2）=-=R U U I )(Z I D Z 29mA ＞I ZM ＝25mA ，稳压管将因功耗过大而损坏。
华中科技大学模拟电子技术课件
《模拟电子技术》
2.3 放大电路的分析方法
三、静态工作点稳定电路
例：放大电路如图，已知三极管β =50，UBEQ=0.7V。 （1）估算放大电路的静态工作点。 （2）估算放大电路的Au、ri、ro。 R 解：(1) U BQ 1 U CC 4V
I CQ
R1 R2 U BQ U BEQ I EQ 1mA Re
2、图解法
分析非线性失真 分析最大不失真输出电压Uom
Uom
静态工作点设在 交流负载线的中点 华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
2.3 放大电路的分析方法
二、放大电路的动态分析
3、解析法
Uo 电压放大倍数 Au U i Ui 输入电阻 Ri I
i
输出电阻
Uo Ro (U S 0, RL ) Io
采用该方法分析静态工作点，必须已知 三极管的输入输出特性曲线。
华中科技大学文华学院
《模拟电子技术》
2.3 放大电路的分析方法
列输出回路方程（直流负载线）
列输入回路方程
uBE U CC iB Rb
UCE=UCC－iCRc
在输入特性曲线上，作出直线 uBE =UU CC RB，与IBQ曲线 在输出特性曲线上，作出直流负载线 UCE CC－iC i c Rb ，两线
Vo ( j ) 其中：AV ( ) 称为幅频响应 ( j ) Vi
( ) o ( ) i ( ) 称为相频响应
衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。
其 中 ： f H — —上限频率
f L — —下限频率
通频带：f BW f H f L
华中科技大学文华学院
《华中科技大学》模拟电子技术课件_模电复习大纲 ppt课件
如，Vc
、
e
I
等。
b
PPT课件
2
第一章 绪论
电压放大模型
1. 输入电阻
Ri
Vi Ii
+ Vs
–
Rs + Vi –
Ro
+
+
Ri
AVOVi
Vo RL
–
–
反应了放大电Biblioteka 从信号源吸取信号幅值的大小。输入电压信号， Ri 越大，Vi 越大。 输入电流信号， Ri 越小， Ii 越大。
IT
外 加 测 试 信 号VT
Ro
Vo Vo
RL
RL
Ro
VT IT
Vs 0
+ Vs=0
–
PPT课件
放大电路
IT
+ VT
–
Ro
4
3、频率响应
上、下限频率；带宽
频率失真（线性失真） 幅度失真
非正弦信号 相位失真
非线性失真
饱和失真 正弦信号
截止失真
20lg|AV|/dB
60
3dB
40 带宽
20
0
2
20 2 102 2 103 2 104 f/Hz
PPT课件
7
4、熟练掌握PN结
形成——由于浓度差，而出现扩散运动，在中间形成空 间电荷区（耗尽层），又由于空间电荷区的内电场作用，存 在漂移运动，达到动态平衡。 单向导电性 ——
不外加电压，扩散运动=漂移运动，iD=0 加正向电压（耗尽层变窄），扩散运动＞漂移运动形成iD 加反向电压（耗尽层变宽），扩散运动为0，只有很小的
其增加、减小的值均与反馈深度（1+AF）有关
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+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
ID2=IO EF
两臂电流互相相等。 称为电流源是因为工作在饱和区
-VSS
iD2=iO ID2 1 斜率＝ ro 击穿
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。
Rd ID2=IO + VDS2 -
(VGS2 VTN2 )2 ID2 (W2 / L2 )Kn2 (VGS1 VTN1 )2 IREF (W1 / L1 )Kn1
-VSS
iD2=iO 1 斜率＝ ro 击穿
IO I D2 W2 / L2 I REF I D1 W1 / L1
I B 2 rce
i C 2 1 ro ( ) vCE 2
R c1 T1
2IB c2 b1 b2
IC1
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
一般ro在几百千欧以上
－VEE
33
华中科技大学 刘勃
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
其他形式
＋VCC IREF IC1 T1 R c1
24
可用范围
0
VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
华中科技大学 刘勃
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
I O I D2 I REF VDD VSS VGS R
2
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2 d2
Rd ID2=IO ID2=IO + VDS2 -
19
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
4
IC(mA )
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 三端器件如何使用？
3 2 1
3
6
9
12 UCE(V)
让三端器件工作在放大区（饱和区） 如何让三端器件工作在放大区（饱和区）？
ro rds4 rds2 (1 gmrds4 ) gmrds4 rds2
IREF d4 ID3 (W/L)3 T 3 ID1 g4 － VGS3 ＋ ＋ VGS4 － ID2 ID4=IO T4 (W/L) VDD ro
需要注意，T4漏极接负载构
4
成回路后，需要满足
VDS4 VGS4 VTN4
华中科技大学 刘勃
主要内容 · 集成电路运算放大器中的电流源 · 差分式放大电路 · 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
7
主要内容
集成电路内部的工作原理和外部的主要技术参数。 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。 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。 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。
11
模拟集成电路的结构特点：
元件参数一致性好，适合对称式结构电路。 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。 MOS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 为克服直接耦合电路的温漂，采用差动放大电路。 集成运放的偏置电流通常较小，以降低电路的功耗。 采用复合管提高性能。 大量采用BJT或FET构成恒流源，代替大电阻。 不能制作大电容，电路结构只能采用直接耦合方式
14
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。
15
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
1. MOSFET镜像电流源
2. MOSFET多路电流源
vD －VSS (a) |VTP| (b) VBR
S
1 ro I DSS
耗尽型MOS管也可采用类似的方式构成电流源
31
华中科技大学 刘勃
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
T1、T2的参数全同
VBE2 = VBE1 I C2 = I C1 I REF I E2 = I E1
IREF IC1 T1 ＋VCC R c1
除宽长比外， T0~T3特性相同， T4、T5特性相同
I2 (W / L)2 I REF (W / L)1
I3
I5
(W / L)3 I REF (W / L)1
(W / L)5 (W / L)5 I4 I3 (W / L)4 (W / L)4 (W / L)5 (W / L)3 I REF (W / L)4 (W / L)1
为各级提供合适的静态电流 做为有源负载替代高阻值动态电阻
22
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
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
＋VCC
2IB c2 b1 b2
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
T1 IC1 IREF R －VEE 2 IB
T2 iC2
－VEE
NPN镜像电流源（电流阱）
34
PNP镜像电流源
华中科技大学 刘勃
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。。。。。。
(认出来） （小重点）
（小重点）
10
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
•最初多用于各种模拟信号的运算（比例、求和差、积分、微 分。。。）故称运算放大器
不是所有的器件都能集成不能集成的，外接或替代
例4.4.2
(W/L)1
T1
T1
T2 (W/L)
2
vt 1 Ro rds 1 Rs gm id r ds
－ VSS
rds4
29
rds2
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7.1.1 FET电流源电路
3. 组合电流源
＋VDD ID0＝IREF d0 T0 g0 ＋ ＋VGS0 － T1 g1 NMOS I2 d2 d3 T2 g2 ＋ NMOS ＋ VGS1 VGS2 － － I3 g3 T3 NMOS ＋ VGS3 － － VGS4 s4 ＋ g4 T4 d4 I4 PMOS d5 － VGS5 g5 ＋ s5 T5 I5
20
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） 三端器件构成的有源负 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
IC(mA )
4
3 2 1
3
6
9
12 UCE(V)
21
集成电路中恒流源的作用：
2
＋VDD IREF T3 + ID2＝IO VGS3 T2 + VGS －VSS
T1
只要满足 VDD VSS 2VTN T1~T3便可工作在饱和区 输出电流为
I D2 Kn (VGS VTN )2
28
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7.1.1 FET电流源电路
2. 串级镜像电流源
动态电阻更大，恒流特性更好
T1
-VSS
iD2=iO ID2
-VSS
1 斜率＝ ro 击穿
可用范围
电流源是双口网络还是单口网络？
0
26
VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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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
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
（=0）
ID2 可用范围
！用器件的宽长比调节电流
0
27
VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
用T3代替R，T1~T3特性相同 由于 I D1 I D3 I REF Kn (VGS VTN ) 所以
VGS3 VGS 1 (VDD VSS ) 2
－VSS
需保证所有管子工作在饱和区
用宽长比调节电流大小
30
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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
iD I O I DSS (1 vDS )
g s d
iD＝IO
iD ro=
1 斜率
+ vDS －
IO 可用范围
3. JFET电流源
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 3. 高输出阻抗电流源
2. 微电流源
4. 组合电流源
理解集成电路电流源的工作原理、特性。 掌握电流源的识别、使用和恒流值的计算。
ID2=IO EF
两臂电流互相相等。 称为电流源是因为工作在饱和区
-VSS
iD2=iO ID2 1 斜率＝ ro 击穿
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。
Rd ID2=IO + VDS2 -
(VGS2 VTN2 )2 ID2 (W2 / L2 )Kn2 (VGS1 VTN1 )2 IREF (W1 / L1 )Kn1
-VSS
iD2=iO 1 斜率＝ ro 击穿
IO I D2 W2 / L2 I REF I D1 W1 / L1
I B 2 rce
i C 2 1 ro ( ) vCE 2
R c1 T1
2IB c2 b1 b2
IC1
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
一般ro在几百千欧以上
－VEE
33
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7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
其他形式
＋VCC IREF IC1 T1 R c1
24
可用范围
0
VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
I O I D2 I REF VDD VSS VGS R
2
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2 d2
Rd ID2=IO ID2=IO + VDS2 -
19
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
4
IC(mA )
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 三端器件如何使用？
3 2 1
3
6
9
12 UCE(V)
让三端器件工作在放大区（饱和区） 如何让三端器件工作在放大区（饱和区）？
ro rds4 rds2 (1 gmrds4 ) gmrds4 rds2
IREF d4 ID3 (W/L)3 T 3 ID1 g4 － VGS3 ＋ ＋ VGS4 － ID2 ID4=IO T4 (W/L) VDD ro
需要注意，T4漏极接负载构
4
成回路后，需要满足
VDS4 VGS4 VTN4
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主要内容 · 集成电路运算放大器中的电流源 · 差分式放大电路 · 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
7
主要内容
集成电路内部的工作原理和外部的主要技术参数。 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。 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。 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。
11
模拟集成电路的结构特点：
元件参数一致性好，适合对称式结构电路。 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。 MOS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 为克服直接耦合电路的温漂，采用差动放大电路。 集成运放的偏置电流通常较小，以降低电路的功耗。 采用复合管提高性能。 大量采用BJT或FET构成恒流源，代替大电阻。 不能制作大电容，电路结构只能采用直接耦合方式
14
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。
15
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
1. MOSFET镜像电流源
2. MOSFET多路电流源
vD －VSS (a) |VTP| (b) VBR
S
1 ro I DSS
耗尽型MOS管也可采用类似的方式构成电流源
31
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7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
T1、T2的参数全同
VBE2 = VBE1 I C2 = I C1 I REF I E2 = I E1
IREF IC1 T1 ＋VCC R c1
除宽长比外， T0~T3特性相同， T4、T5特性相同
I2 (W / L)2 I REF (W / L)1
I3
I5
(W / L)3 I REF (W / L)1
(W / L)5 (W / L)5 I4 I3 (W / L)4 (W / L)4 (W / L)5 (W / L)3 I REF (W / L)4 (W / L)1
为各级提供合适的静态电流 做为有源负载替代高阻值动态电阻
22
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
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
＋VCC
2IB c2 b1 b2
iC2=IC2 = IO= IREF T2 vCE
T1 IC1 IREF R －VEE 2 IB
T2 iC2
－VEE
NPN镜像电流源（电流阱）
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PNP镜像电流源
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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。。。。。。
(认出来） （小重点）
（小重点）
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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
•最初多用于各种模拟信号的运算（比例、求和差、积分、微 分。。。）故称运算放大器
不是所有的器件都能集成不能集成的，外接或替代
例4.4.2
(W/L)1
T1
T1
T2 (W/L)
2
vt 1 Ro rds 1 Rs gm id r ds
－ VSS
rds4
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rds2
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7.1.1 FET电流源电路
3. 组合电流源
＋VDD ID0＝IREF d0 T0 g0 ＋ ＋VGS0 － T1 g1 NMOS I2 d2 d3 T2 g2 ＋ NMOS ＋ VGS1 VGS2 － － I3 g3 T3 NMOS ＋ VGS3 － － VGS4 s4 ＋ g4 T4 d4 I4 PMOS d5 － VGS5 g5 ＋ s5 T5 I5
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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） 三端器件构成的有源负 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
IC(mA )
4
3 2 1
3
6
9
12 UCE(V)
21
集成电路中恒流源的作用：
2
＋VDD IREF T3 + ID2＝IO VGS3 T2 + VGS －VSS
T1
只要满足 VDD VSS 2VTN T1~T3便可工作在饱和区 输出电流为
I D2 Kn (VGS VTN )2
28
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7.1.1 FET电流源电路
2. 串级镜像电流源
动态电阻更大，恒流特性更好
T1
-VSS
iD2=iO ID2
-VSS
1 斜率＝ ro 击穿
可用范围
电流源是双口网络还是单口网络？
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VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
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
+VDD IREF d1 + VDS1 T1 g T2 + VGS R NMOS d2
（=0）
ID2 可用范围
！用器件的宽长比调节电流
0
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VGS-VTN
VDS
VBR
vDS2
华中科技大学 刘勃
7.1.1 FET电流源电路
1. MOSFET镜像电流源
用T3代替R，T1~T3特性相同 由于 I D1 I D3 I REF Kn (VGS VTN ) 所以
VGS3 VGS 1 (VDD VSS ) 2
－VSS
需保证所有管子工作在饱和区
用宽长比调节电流大小
30
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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
iD I O I DSS (1 vDS )
g s d
iD＝IO
iD ro=
1 斜率
+ vDS －
IO 可用范围
3. JFET电流源
7.1.2 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 3. 高输出阻抗电流源
2. 微电流源
4. 组合电流源
理解集成电路电流源的工作原理、特性。 掌握电流源的识别、使用和恒流值的计算。