TLV2621IDBVRG4在模拟集成电路中,为什么要采用电流源来实现直流偏置?

试画出镜像电流源、微电流源和高输出阻抗等三种电流源电路,并说明哪种电路常用来设计极小电流的电流源电路”而哪种电路不能用来获得高值的动态输出电阻?

试比较“电流源”和“电流阱”二词的工程实际意义。

差分式放大电路在性能方面有许多优点,是模拟集成电路的又一重要组成单元。本节先介绍差分式放大电路的一般结构,然后讨论BJT差分式放大电路和FET差分式放大电路。

差分式放大电路的一般结构,用三端器件组成的差分式放大电路,图6,2,1是用两个特性相同的三端器件(含BJT、FET)T1、T2所组成的差分式放大电路,并在两器件下端公共接点e处连接一电流源IO。两器件的输人端I1、I2分别接输人信号电压%1和v i2,两输出端01、02分别连接两只等值的电阻R1和R2。电路则由两个电源V+和V-供电。由于电流源r。具有恒流特性,并带有高阻值的动态输出电阻(图中略),因而电路具有稳定的直流偏置和很强的抑制共模信号的能力。

差模信号和共模信号的概念,什么叫差模和共模信号?这是应当首先建立的重要概念。如T1、T2是BJT器件,由图6.2.1可以看到有两种电流信号,一种是从I1端到I2端的差模输人电流信号id,另一种是从两管的I1和I2端流入电流源的共模输人电流信号fic。实际上,电流信号是由输人电压信号产生的,因此差模信号和共模信号一般是用电压信号来描述的。输人电压t,il和%2之差称为差模电压,用下式来定义:

UId=UI1-UI2               (6.2.1)

同理,两输入电压%1和11i2的算术平均值称为共模电压,定义为

UI1=UIC+UID/2          (⒍2.2)

当用差模和共模电压表示两输入电压时,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,两输入端的共模信号%c的大小相等,而极性是相同的,而两输人端的差模电压+UId/2和-UId/2的大小相等而极性则是相反的。TI、T2

加入信号电压UI1和J12产生的差模输入电流和共模输入电流与图6.2.1所表示的流向是一致的。

类似地,对于两管的差模输出电压和共模输出电压可由下两式来表达:

VOD=UOl-VO2              (6,2,5)

UOC=+UO1+U02/2 (⒍⒉6)

式中单管的输出电压分别为

UO1=UOc+UOD/2        (⒍2.7)

UO2=UOc-UOD/2         (⒍2.8)

通常,要求设计出这样一种放大器,当它放大差模电压信号时就有较高的电压增

益,而对于共模电压信号则显现出低得多的电压增益。在差模信号和共模信号同时存在的情况下,对于线性放大电路来说,可借助叠加原理来求出总的输出电压,即

vO=AUdUid+AUCUIC           (6,2,9)

式中Atd=%d/%d为差模电压增益;AUc=UOc/UIc为共模电压增益。

射极耦合差分式放大电路,基本电路,在图6.1.1中,如选用两只特性全同的BJT T1和T2,则可得如图6,2,2所示的射极耦合差分式放大电路。因两管射极连接在一起,并共同与一电流源J。相连,以便于直接传递信号而得名。电路参数对称,即Rcl=RC2=RcO。电路由两个电源+ycc和一yEE供电。由于该电路具有两个输

入端和两个输出端,因而称为双端输入双端输出电路。下面首先分析电路的工作原理,然后对电路的主要技术指标进行计算。

工作原理,静态分析,当没有输人信号电压,UI1=UI2=0时,由于电路完全对称,Rcl=RC2=RcO,VBE1=VBc2=0.7V,这时fc1=jc2=rc=IO/2, Rclrc1=rtc2Jc2=-Rcrc, T/cE1 =ycr2 =ycc-ICRC+0.7Ⅴ, UO=UO1-UO2 =0。由此可知,输人信号电压为零时,输出信号电压UO也为零。

动态分析,输入信号为差模信号vid

当在电路的两个输人端各加一个大小相等、极性相反的信号电压,即til=-UI2=⒐d/2时,一管电流将增加,另一管电流则减小,所以差模输出信号电压pod=ti。1~%2≠0,即在两输出端问有信号电压输出。vdd=ui1-ui2就是前面介绍过的差模信号,这种输人方式称为差模输入。

输入信号为共模信号vcc,在差分式放大电路中,无论是温度变化,还是电源电压的波动都会引起两管集电极电流以及相应的集电极电压相同的变化,其效果相当于在两个输入端加人了共模信号vi。两输出端输出的共模电压相同,即vc1=vc2=vco双端输出时的输出电压qo=roc1-uc2=qo输入信号为差模信号%d与共模信号vic的叠加当输入信号电压u!=oic+Jid/2,ri2=uic-v/2时,输出电压o。1=%c+rod/2,%2=t,。c-%d/2,在双端输出时qo=vt-ro2=ud,即双端输出差放电路只放大差模信号,而抑制了共模信号。

根据这一原理,差分式放大电路可以用来抑制温度等外界因素的变化对电路性能的影响。由于这个缘故,差分式放大电路常用来作为多级直接耦合放大器的输入级,它对共模信号有很强的抑制能力,以改善整个电路的性能。