TLV2621IDBVRG4在模擬集成電路中,為什么要采用電流源來實現直流偏置?

試畫出鏡像電流源、微電流源和高輸出阻抗等三種電流源電路,并說明哪種電路常用來設計極小電流的電流源電路”而哪種電路不能用來獲得高值的動態輸出電阻?

試比較“電流源”和“電流阱”二詞的工程實際意義。

差分式放大電路在性能方面有許多優點,是模擬集成電路的又一重要組成單元。本節先介紹差分式放大電路的一般結構,然后討論BJT差分式放大電路和FET差分式放大電路。

差分式放大電路的一般結構,用三端器件組成的差分式放大電路,圖6,2,1是用兩個特性相同的三端器件(含BJT、FET)T1、T2所組成的差分式放大電路,并在兩器件下端公共接點e處連接一電流源IO。兩器件的輸人端I1、I2分別接輸人信號電壓%1和v i2,兩輸出端01、02分別連接兩只等值的電阻R1和R2。電路則由兩個電源V+和V-供電。由于電流源r。具有恒流特性,并帶有高阻值的動態輸出電阻(圖中略),因而電路具有穩定的直流偏置和很強的抑制共模信號的能力。

差模信號和共模信號的概念,什么叫差模和共模信號?這是應當首先建立的重要概念。如T1、T2是BJT器件,由圖6.2.1可以看到有兩種電流信號,一種是從I1端到I2端的差模輸人電流信號id,另一種是從兩管的I1和I2端流入電流源的共模輸人電流信號fic。實際上,電流信號是由輸人電壓信號產生的,因此差模信號和共模信號一般是用電壓信號來描述的。輸人電壓t,il和%2之差稱為差模電壓,用下式來定義:

UId=UI1-UI2               (6.2.1)

同理,兩輸入電壓%1和11i2的算術平均值稱為共模電壓,定義為

UI1=UIC+UID/2          (⒍2.2)

當用差模和共模電壓表示兩輸入電壓時,由式(6.2.1)和式(6,2.2)可得

UI1=UIc+UID/2      (⒍2.3)

UI2=UIC-UID/2        (⒍2.4)

由上面二式可知,兩輸入端的共模信號%c的大小相等,而極性是相同的,而兩輸人端的差模電壓+UId/2和-UId/2的大小相等而極性則是相反的。TI、T2

加入信號電壓UI1和J12產生的差模輸入電流和共模輸入電流與圖6.2.1所表示的流向是一致的。

類似地,對于兩管的差模輸出電壓和共模輸出電壓可由下兩式來表達:

VOD=UOl-VO2              (6,2,5)

UOC=+UO1+U02/2 (⒍⒉6)

式中單管的輸出電壓分別為

UO1=UOc+UOD/2        (⒍2.7)

UO2=UOc-UOD/2         (⒍2.8)

通常,要求設計出這樣一種放大器,當它放大差模電壓信號時就有較高的電壓增

益,而對于共模電壓信號則顯現出低得多的電壓增益。在差模信號和共模信號同時存在的情況下,對于線性放大電路來說,可借助疊加原理來求出總的輸出電壓,即

vO=AUdUid+AUCUIC           (6,2,9)

式中Atd=%d/%d為差模電壓增益;AUc=UOc/UIc為共模電壓增益。

射極耦合差分式放大電路,基本電路,在圖6.1.1中,如選用兩只特性全同的BJT T1和T2,則可得如圖6,2,2所示的射極耦合差分式放大電路。因兩管射極連接在一起,并共同與一電流源J。相連,以便于直接傳遞信號而得名。電路參數對稱,即Rcl=RC2=RcO。電路由兩個電源+ycc和一yEE供電。由于該電路具有兩個輸

入端和兩個輸出端,因而稱為雙端輸入雙端輸出電路。下面首先分析電路的工作原理,然后對電路的主要技術指標進行計算。

工作原理,靜態分析,當沒有輸人信號電壓,UI1=UI2=0時,由于電路完全對稱,Rcl=RC2=RcO,VBE1=VBc2=0.7V,這時fc1=jc2=rc=IO/2, Rclrc1=rtc2Jc2=-Rcrc, T/cE1 =ycr2 =ycc-ICRC+0.7Ⅴ, UO=UO1-UO2 =0。由此可知,輸人信號電壓為零時,輸出信號電壓UO也為零。

動態分析,輸入信號為差模信號vid

當在電路的兩個輸人端各加一個大小相等、極性相反的信號電壓,即til=-UI2=⒐d/2時,一管電流將增加,另一管電流則減小,所以差模輸出信號電壓pod=ti。1~%2≠0,即在兩輸出端問有信號電壓輸出。vdd=ui1-ui2就是前面介紹過的差模信號,這種輸人方式稱為差模輸入。

輸入信號為共模信號vcc,在差分式放大電路中,無論是溫度變化,還是電源電壓的波動都會引起兩管集電極電流以及相應的集電極電壓相同的變化,其效果相當于在兩個輸入端加人了共模信號vi。兩輸出端輸出的共模電壓相同,即vc1=vc2=vco雙端輸出時的輸出電壓qo=roc1-uc2=qo輸入信號為差模信號%d與共模信號vic的疊加當輸入信號電壓u!=oic+Jid/2,ri2=uic-v/2時,輸出電壓o。1=%c+rod/2,%2=t,。c-%d/2,在雙端輸出時qo=vt-ro2=ud,即雙端輸出差放電路只放大差模信號,而抑制了共模信號。

根據這一原理,差分式放大電路可以用來抑制溫度等外界因素的變化對電路性能的影響。由于這個緣故,差分式放大電路常用來作為多級直接耦合放大器的輸入級,它對共模信號有很強的抑制能力,以改善整個電路的性能。