专用集成电路的设计基础教程第5章 模拟集成电路的设计技术.ppt

　　　　　5.1 电 流 源 　　集成电路设计者的主要工作是设计电路，包括电流的设计。为了给各电路提供设计所指定的电流，常使用电流镜电路，它是集成电路的基本电路。其主要用途有：做有源负载；利用其对电路中的工作点进行偏置，以使电路中的各个晶体管有稳定、正确的工作点。下面我们来讨论模拟集成电路中各种类型的电流源电路。 5.1.1 双极型电流源电路　　在集成电路中，偏置电路和晶体管分立元件的偏置方法不同，也就是说，晶体管分立元件通常采用的偏置电路在集成电路中是不适用的。为了说明这个问题，我们先看一个例子。　　图5-1是晶体管共射放大电路。Rb1、Rb2是偏置电阻，通过分压固定基极电位；Re是射极反馈电阻，起着直流反馈和保证工作点稳定的作用。图5-1也是晶体管分立元件通常采用的偏置电路，现在来估算一下这种偏置电路中的各个电阻的阻值。 图5-1 晶体管共射放大电路 　　例如：ic＝13 μA，β＝50，UDD＝15 V, 求Rb1、Rb2的阻值。当ic＝13 μA时，ib＝0.26 μA，按晶体管电路原理中的i1≥(5~10)ib的选择原则，取i1＝5ib＝1.3 μA，再按基极电位ub＝(5~10)ube的选择原则，取ub＝4 V，这样Rb1约要3 MΩ，Rb2约为7 MΩ。这样大的阻值在集成电路中所占有的面积是无法实现的，因此这种偏置电路不适用于集成化的要求。在模拟集成电路中常采用电流源电路作为偏置电路。 　　1. 基本型电流源　　图5-2是基本型电流源电路，它是由两个匹配晶体管V1、V2构成的。设两个晶体管完全对称，前向压降ube1＝ube2，电流放大系数β1＝β2。ir为参考电流，io为电流源输出电流。现在来推导它们之间的关系。 　　　　　　　　　　　　　　　　　(5-1) 因为 　　　　　　　　　　　(5-2)所以 　　　　　　　　　(5-3)　　　　　　　　　　　　　　　　 (5-4) 图5-2 基本型电流源电路 　　当β很大时，电流源输出电流约等于参考电流，因此这种电流源也叫做“镜像电流源”。给定了参考电流ir，输出电流也就恒定了。这种电流源电路简单，但误差大，当β较小时，io与ir匹配较差，且灵活性差，适用于大电流偏置的场合。 　　2. 电阻比例型电流源电路　　图5-3所示是由双极型晶体管构成的电阻比例型电流源电路的原理图。　　通过改变R1与R2的比值，即可改变输出电流io和参考电流ir之比。由图5-3可以写出如下公式：　　　　　　　　UBE1+ie1R1=UBE2+ie2R2 　 (5-5)　　　　　　　　UBE2-UBE1=ie1R1-ie2R2 　　 (5-6) 图5-3 电阻比例型电流源 其中：ie1为V1的发射极电流，ie2为V2的发射极电流。根据晶体管原理又可以写出如下公式： (5-7)则 (5-8) 其中：is1和is2分别是V1、V2单位面积的反相漏电流。　　设V1、V2两个管的发射区面积相同，在工艺上实现的单位面积反相漏电流也相同，即is1=is2，则可以得出 　　　　　　　　　　　　　　 (5-9)比较式(5-6)和式(5-9)可得 　　　　　　　　　　　　　　　　(5-10) 因为io=ic1≈ie1，在忽略基极电流的情况下，ir≈ic2≈ie2，则有 　　　　　　　　　　　　　　(5-11)