[信息与通信]差分放大器与多级放大器.doc

第五章 差分放大器与多级放大器 概述：本章首先介绍几种常用的电流源电路及其工作原理，然后对差分放大器和多级放大器电路进行重点分析，最后给出了模拟集成电路的读图、主要指标及使用方法。在给出差分放大器电路的组成及其工作原理并对其进行静态分析和动态分析的基础上，推导了电路的差模增益、共模增益、输入电阻、输出电阻以及共模抑制比等技术指标，并指出了差分放大器抑制零点漂移、转移特性等特点；对多级放大器的组成框图、分析方法、级间耦合方式进行介绍，并对多级放大器指标计算进行重点分析；最后通过模拟集成电路读图练习印证和回顾电流源、差分放大器和多级放大器的应用。 5.1 电流源 利用三极管BJT(或场效应管FET)及辅助元器件可以构成电流源，电路输出电流稳定，在电子电路中尤其是在集成电路中，常用来为放大电路提供稳定的直流偏置，或作为放大器的有源负载，本节介绍几种常用的电流源。 5.1.1镜像电流源 如图5-1-1所示，设T1、T2 的参数完全相同，β1=β2 、ICEO1=ICEO2，三极管T1和T2基极和发射极分别相连，由于两管具有相同的发射结电压：VBE1=VBE2，所以IB1=IB2、IE1=IE2、IC1=IC2。RＲＥF为参考电阻，流过参考电阻RＲＥF的电流为： （5-1-1） 当三极管的β值较大时，基极电流IB可以忽略，由于两管T1、T2的对称性，所以T2的集电极电流近似等于参考电阻上的电流： （5-1-2） 外接负载电阻RL时，有恒定的电流IO=IC2流过，输出电流IO不随RL变化而变化，当RREF确定后，IREF就确定了，随之IC2确定，IC2就像IREF的镜像，因此得名镜像电流源。 例5-1-1 如图5-1-1所示的电路中，β=100，管子完全对称，VCC=5V，如要求IO=1mA，（1）试比较参考电流IREF与输出电流IO；（2）确定电阻RREF的大小。 解：（1） IREF与IO仅差0.02mA，近似相等。 （2）由：得： 上图电路是在三极管β值足够大，ICIB的情况下得到的结果，输出电流IO近似等于参考电阻的电流IREF，考虑到两个管子基极电流2IB对参考电流IREF的分流作用，为减小分流的影响，提出改进型镜像电流源电路如图5-1-2所示，增加一个三极管T3，该管子又称为扩流管，流过T3管的基极电流： 流过参考电阻的电流为：　　 （5-1-3） 此时输出电流为：　　　 （5-1-4） 与图５-１-１所示的镜像电流源相比对称精度大大提高。实际应用中，为避免T3工作电流太小，引起其β的减小，使IB3增大，一般在T3的发射极上接一个电阻RE，为T3提供泄放电流IE3，以提高T3管实际的放大倍数。 由FET组成的镜像电流源如图5-1-3所示，两个FET完全相同，即μn、COX、VGS (th)完全相同，两个管子的源极、栅极分别相连， VGS1 = VGS2 。由于VD=VG，VS=0，所以VDSVGS-VGS(th)，N-EMOSFET工作在饱和区。 考虑场效应管的漏极电流与栅源电压之间的关系，则有： （5-1-5） 所以有：ID1=ID2 又因为FET的栅极电流近似为零，所以有： （5-1-6） 调整RREF的大小，即可改变输出电流的大小。输出电流的大小与负载电阻无关，改变负载电阻的大小，输出电流IO保持恒定。因IO=IREF，IO就像IREF的镜像，所以又称为镜像电流源。 5.1.2微电流源 在集成电路中电阻不能做得太大，大电阻精度很难控制，且有些场合需要小电流作为直流偏置，因此需要微电流源的场合很多。与镜像电流源相比，微电流源在T2管的发射极串接一个电阻RE，微电流源电路如图5-1-4所示。当基准电流IREF一定时，忽略基极电流IB，由于两个管子的基极相连，则： 求解BE之间的电压得： 由上二式求得： 由图5-1-4可得： （5-1-7） 根据上二式求得： （5-1-8） 式（5-1-8）表明了基准电流IREF与输出电流I0之间的关系。 由于一般硅材料三极管发射结导通电压为VBE=0.7V左右，两个管子发射结电压之差ΔVBE很小，用不大的RE就可以获得很小的电流，IREF=（VCC-VBE1）/RREF。当VCC、RREF选定时，电流IREF随之确定，VBE1、VBE2 为一定值时，IC2