模拟集成电路

考点分析

大题:一种差分放大电路的参数分析

  • 双端输出差模增益Avd
    • 差模输入电阻Rid
    • 输出电阻Ro
  • 单端输出差模增益Avd1
  • 共模增益Avc1
  • 共模抑制比

掌握:镜像电流源计算

概念:模拟放大电路的一些参数(如何调整阻值以消除偏置电流)

差分放大电路

这里利用电路的对称性,设计出的差分放大电路能够有效抑制零点漂移。

关键思路为(以bjt为例):

理想恒流源的动态电阻ro趋于无穷,差模输入时由于电路对称性,源极所接动态电阻ro相当于短接,此时双入双出的增益为-βRL'/rbe;而共模输入中动态电阻ro存在,利用源极偏置电路的增益公式,可知此时增益极小。则共模抑制比在理想情况下趋于∞。

补充:关于共模增益的计算

将对称电路分解为单边,动态电阻ro视为两个2ro电阻并联
公式为:
-βRL’/(rbe+(β+1)2ro

疑问:为什么输出电阻为2*Rd

直流偏置技术

回忆FET与BJT放大器件在饱和/放大区的特征图像,电流是近似水平线的。因此可以利用这一特性,改进获得稳定的直流电源。

典例

当差分式放大电路两输入端电压为vi1=250mV,vi2= 150mV,则vid=        mV,vic=        mV。

关键点:考察vid(difference)差模输入电压与vic(common)共模输入电压的概念

解析:  差模输入电压为两个输入信号的差值,共模输入电压为两个输入电压的算术平均值,因此差模输入vid = vi1 – vi2=250-150=100mV;共模输入vic=(vi1+ vi2)/2=(250+150)/2=200mV.

在电路图示的源极耦合差分式放大电路中,VDD = VSS =5V,IO = 0.2mA,电流源输出电阻ro=100kW,Rd1 =Rd2 =Rd = 10kW,FET的Kn=1.5m,且ro >>rds >>Rd,那么T2漏极单端输出时的差模电压增益Avd2 =________,共模抑制比KCMR =________。

关键点:取出单端输出为T2漏极,则增益应为–得+值

思路:通过直流源Io得到静态工作点参数,算出gm值;代入增益计算公式分别得出差模与共模增益

解析:  T2漏极单端输出时的差模电压增益Avd2 为共源极电路增益的一半,而共源极电路的增益为-gm*Rd,恒流源电流为0.2mA,因此MOSFET漏极电流为这个电流的一半,从而ID1=ID2=0.1mA,从而可以计算出管子的gm =2* (Kn*ID1)^(1/2)=0.77mS,
因此共源极电路增益为:-0.77*10=-7.7,而差分电路从T2管单端输出增益为正,且增益为这个共源极电路增益的一半,也就是3.85
电路的共模增益为:-gmRd/(1+gm*2ro),这里的ro表示恒流源的内阻,ro=100kΩ,可以得到共模增益为Avc=-0.0497,因此共模抑制比为:3.85/0.0497=77。

图示电路中,已知运放741的IIO=20nA,IIB=100nA,VIO=5mV,且R2=R1//Rf ,那么电路的输出直流误差电压VO =________。

关键点:Iio输入失调电流; Iib输入偏置电流;Vio输入失调电压;当它们较大且电路参数设计不合理时,可能导致输出进入饱和区而使电路无法正常工作

思路:这里通过调整 R2= R1//Rf ,消除偏置电流IIB引起的误差,则只需计算Iib输入偏置电流与Vio输入失调电压的影响结果。

解析:  VO=(1+Rf/R1)VIO+Rf*IIO=507mV

全功率带宽BWP

运放的单位增益带宽fT=1MHz,转换速率SR=1V/μs,当运放构成反相放大电路时的闭环增益Av=-10,则小信号闭环带宽fH=______;当输出电压不失真最大幅度Vom=10V时,那么全功率带宽BWP=______。

关键点:BWP为运放输出最大峰值电压时允许的最高频率

解析:  由于增益带宽积为常数且等于单位增益带宽,即AvfH =fT,那么fH =fT/Av=1MHz/10=100kHz;
全功率带宽BWP=SR/(2*pi*Vom) =1/(2*pi*10)=15.9kHz。

在图示的射极耦合差分式放大电路中,VCC=VEE=10V,IO=1mA,ro=25kW,Rc1=Rc2=10kW,BJT的β=200,VBE=0.7V。当vi1=vi2=0时,VCE1=VCE2=________;由T1集电极单端输出时的差模电压增益Avd1»________,共模抑制比KCMR »________。

关键点:根据直流时,T1基极输入为0,相当于接地,计算出c1点点位;根据Vbeq计算出Vce。

解析:  D、公共支路的恒流源电流IO=1mA,因此T1和T2的发射极电流为IE1=IE2=0.5mA,则VC1=VC2=10V-IC1*Rc1=10V-0.5*10k=5V,而发射极电压为VE=0-VBE=-0.7V,则VCE1=VCE2=VC1-VE=5V-(-0.7V)=5.7V。
由T1集电极单端输出时的差模电压增益Avd1为单管共射增益的一半,单管共射电压增益为-βRc/rbe,而rbe=200+(1+β)*26mV/0.5mA=200+201*52=10.652k,因此单管增益为:
-200*10k/10.652k= -187,则由T1集电极单端输出时的差模电压增益Avd1为-187/2=-93.5;
共模增益为:Avc=-βRc/[rbe+2(1+β)ro)]=-0.2,因此共模抑制比为:93.5/0.2=467.5。

电流源电路如图所示,VDD = VSS =5V,T1~T3的VTN = 2V,l = 0,而Kn1 = Kn3 = 0.25 Kn2=0.10,则IREF =        mA和IO =        mA。

解析:  A、从正电源VDD到负电源VSS列写KVL方程有:VDD+VSS=VGS3+VGS1,因此VGS3=VGS1=VDD,三极管工作于饱和区,因此,ID3=ID1=Kn(VGS-VTN)exp(2)=0.25(5-2)exp(2)=2.25mA=IREF。
IO=ID2=Kn2(VGS-VTN)exp(2)=0.1*(5-2)exp(2)=0.9mA

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