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第十一章 模拟集成电路中的基本单元 尽管模拟集成电路种类繁多，但大多是由为数不多的几种单元电路所组成。 这些单元电路中，有的是随着模拟集成电路的出现及发展而产生，有的则沿用分立元件的线路形式，根据集成电路的特点加以改进而出现。 这些单元电路的共同特点是：适于集成化生产且充分利用了集成电路中元件的特长。 华文中宋：标题４０，文２８，或３２ 重点：标记为黄色 常用的单元电路有：差分电路、双差分电路、恒流源电路、稳压源电路、有源负载、电平位移电路、阻抗变换电路、双端输出变单端输出电路、输出级及其保护电路、模拟开关等。 了解了这些单元电路的形式、特点，掌握了它们的分析方法，我们就可以很容易地分析各种各样的模拟集成电路。 §12-1 差分放大器 差分放大器是模拟集成电路中最基本的单元电路之一。 由于采用集成技术，使得差动放大器具有几个主要优点： 1、元件特性一致，失调及温度很小。 2、用电容机会极少，且可避免大电阻，有利于 集成化。 3、性能多样化，作为线性放大器，工作频率可 从直流、音频、视频直至甚高频，也可作为 宽带放大器，作为非线性电路，具有限幅、 增益控制、混频、倍频、调制、乘积、检波 等多种功能。 一、差分电路工作原理及主要性能 1、小信号特性： 基本差分电路，由两个完全对称的半电路组成。两管静态电流取决于VEE及RE。 （1）输入差模信号情况： T1、T2两管输入信号大小相等，方向相反，两管流过RE的信号电流为零，Re上无信号压降，E点相当于交流接点，称为虚地点。据此可得到差模小信号等效电路。 因电路完全对称 于是：双端输出差模电压增益 显然，单端输出时： （2）单端输入信号 Vs1=Vs Vs2=0 此时，T2相当于一个射随器，其输出阻抗为Ro2，Ro2通常远小于RE，因而RE的分流作用可以忽略，依据信号回路，每个管子所分配的输入信号均为1/2VS，但极性相反，因而与差模输入信号具有同样的性质。 （3）共模信号：Vs1= Vs2 两管输入信号大小、方向均等，因而RE上信号压降为2Ie*RE，据此可作出交流等效电路图。 当电路完全对称时，共模增益为零。 2、传输特性：（大信号特性） 当输入信号较大时，差分放大器的工作点可能进入非线性区，这时它的特性需利用传输特性进行分析。 传输特性是指电路输出电流与输入电压之间的函数关系。研究它能帮助我们对整个信号输入范围内电路的输出特性有一个全面的了解。 （1）传输特性曲线 讨论一个采用恒流源Io的基本差分电路 可得到传输特性： 传输特性曲线 （2）传输特性曲线的特点 a: 平衡状态： b: 在平衡状态附近，|Vi|≤VT范围内，线性区、Vi与Ic1、Ic2呈线性关系，这就是通常的小信号线性放大区域，此时有近似关系成立 c: 当|Vi|≥4VT时，限幅区；总有一个晶体管截止，电流近似为零，另一晶体管充分导通，受恒流源限制，电流近似为Io，且IC1、IC2恒定不变。这表明差分电路在大信号区具有良好的限幅作用，可构成限幅放大器。 d: 过渡区 e: 由于始终有IC1+IC2=αI0，因此，曲线a、b互为镜象 （3）传输特性线性区扩宽 某些差分电路中，在T1、T2的射极串接有一小电阻RE ，下面讨论它的作用。 a: 传输特性线性范围展宽 无RE时：±VT 有RE时： b:负反馈作用，增益下降; c: 带宽增加： 设负反馈系数为F，则： 下半功率点频率下降为原来的：1/1+AF 上半功率点频率上升为原来的：1+AF 3、输入阻抗： 定义差模输入阻抗： 按照差动信号等效电路，半电路输入阻抗 Rid单 = rbe1 显然，从两输端看到的差模阻抗应为单端输入的两倍：则： 即输入阻抗反比于输入偏置电流。 4、跨导与增益： 跨导定义为： 显然就是传输特性曲线的斜率。 单端输出： 双端输出电流为单端输出电流的两倍，因而 可见：跨导与温度有关，与工作电流成正比 利用第二个特点，可以实现自动增益控制。 再讨论差分电路的增益： 根据定义： 由于对称性 可知，增益与工作电流有关 由此，可设计出简单的乘法器电路： 5、共模抑制比 以上我们讨论了理想状态下差动电路的性质，但实际差分放大器