电子技术基础模拟部分 第五版 6模拟集成电路 6.1模拟集成电路中的直流偏置技术 6.1.1电路如图题6.1.1所示，用镜像电流源(T,、T2)对射极跟随器进行 偏置。设B>1,求电流1。的值。若r,(r)=100k2。试比较该电路与分立元件 电路的优点。设Vcc=-VEE=10V,Ve=0.6V。 解：T,、T2组成镜像电流源电路，对T,进 +Vcc 行偏置，电路中T的B>1,故电路的电流 1o为 1o lmr =Vee-Var-(-Ve) D R 10k _20V-06y=19.4mA 10 kn 图题6.1.1是由T1、T,电流源电路输出电 阻。=代替射极跟随器T的射极电阻R,该 电路的输入电阻R,=+(1+B)r。,输出电阻 R=中Br/(1+)。该电路与分立元件 图题6.1.1 电路相比，电路的R,更大，R。小，它的1。具 有恒流特性。 6.1.2电路如图题6.1.2（主教材图6.1.2）所示，设T1、T2的特性完全 同。且》R<R,求电流源的输出电阻 解：画出图题6.1.2的微变等效电路如图解6.1.2所示。在输出端加一电 压源。，产生相应的电流。=i2,列出输入回路的回路方程a[ra+(r1川R)]+ (i2+ia)R2=0得 Raia insT+(raR)+Ra rbe2 +R2
电子技术基础模拟部分 第五版
q-/ -Vu 图题6.1.2 图解6.1.2 输出电路回路方程 D。=(i。-B,i)r2+(i2+ia)Rg =inron +iR2 im (R-B2rce2) iara-inBiron 将i代入。，则有 小a 故输出电阻 受号小 当re2<Ra时，T。≈Ta(1+B2）,表明 B2越大，「。越大。 +"ss(15V 6.1.3电路如图题6.1.3所示， NMOS管的参数为：V,=1V,K= 50uA/V2,A。=0。PM0S管的参数 T 为：V=-1V,Km=25uA/V2,A= 0,设全部管子均运行于饱和区，试求 R、I和I的值。各管的W/L值见 图示。 解：由图题6.1.3可知，I= 1mA,I,=IkEr=1mA,由PM0S管T 可得 I1=Kp(VcsI -V)2 图题6.1.3
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1 mA =25 HA/V2 Ves+1)2v2 0=40mA/V2(Ve+1)2-1mA 由上式可得Vcs1=-7.32V;Vcs1=5.32V。 PM0S管T,、T,的Vcs应为负值，故取Vc1=-7.32V。由图得知12= IRee=1mA,由NMOS T,可写为 InEF Is2=K Vcs2 -Vr) 1mA=50μA/V2(Ve-1)2 mA/V(Va -1):-1mA0 由上式可得Vc2=-3.47V;V=5.47V。 NM0S管T2、T4的Vcs应为正值，故取c2=+5.47V。 电路中的R=-Va-Vc图 _15+Ve-Ve=15-(7.32+5.47） 1 mA 1 mA -15-1279)y=2.21kn 1 mA 因V=Vca,K,=K,(W/L)1=(W/L),所以=1=1mA。T,和 T4的K.,Vcs相同，但(W/L)2=25/10,(W/L)4=50/10,所以1为 4-.4-5A 6.1.4图题6.1.4是由PM0 SFET T2、T,组成镜像电流源作为有源负载， NMOSFET T,构成共源放大电路。当r=r=2M,V=1V,导电系数 K=100μA/V2,1REr=100uA,求A,。 解：基本电流源输出电阻R=ra,可得图解6.1.4为T,的等效电路模 型，由图(b)可知 4-al2.-号 因为io=K,(cs-V) 之2e)-2%层 =2√/K,·1E=2√100uA/V2×1004A=200μS
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+pD(+10V) PMOS Mos白 图题6.1.4 图解6.1.4 A,=-82=-200×106×2×10=-200 6.1.5电流源电路如图题6.1.5所示，Vm=+5V,-Vss=-5V,T, T,为特性相同的NM0S管V=2V,Ka=Ka=K4=K=0.25mA/N2,K= 0.10mA/V2,A=0,求1r和1.值。 9+'m(+5V) IREF-I1 6-"ss-5V) 图题6.1.5 解：由电路看出 IREY =Ip1 =Ip2 所以 K(VcsI -V)2=K2(Vosz -VT)2 0.10(Vs1-2)2=0.25(Vca-2) Vca=0.632Vc1+0.736V 将 Vcs2 =VoD -(Vss)-VcsI =10 V-VcsI
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代入上式得 Ve=5.676V,Vc=10V-5.676V=4.324V 1=K(Vs1-V7)2=0.10×(5.676-2)2mA=1.35mA 1=19+14+1s=3lEF=4.05mA 值得指出的是，当T、T4、T,的特性不同时（如W/儿或K不同时），各 管的输出电流和输出电阻不同。 6.2差分式放大电路 6.2.1在图题6.2.1（主教材图6.2.2）所示的射极耦合差分式放大电路 中，+Vcc=+10V,-Ve=-10V,1o=1mA,r。=25k2(电路中未画出)， R1=Ra=10kD,BJT的B=200,Ve=0.7V；(1)当u=va=0时，求Ic、 V、Ve和Ve:(2)当=-a=+号时，求双端输出时的A和单端输出的 An、A,和KMI的值。 图题6.2.1 解：(1)1c1=1e=1o/2=0.5mA, 当 v1=2=0时，V三=0-VE=-0.7V, Vc2=Vc1=Vc-1aR-Vg=(10-0.5×10+0.7)V=5.7V (2)双端输出时 A=B200x10k0。-186.9 10.7k2 式中 m=20+1+20)2]n=i07kn
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单端输出时 A Aa=2=-93.45 R。 10k2 A2x7=2x25kn=-0.2 Km-2-461.25 6.2.2电路如图题6.2.2所示，R4=R2=100,BJT的B=100,Ve= 0.6V,电流源动态输出电阻r。=100k0。(1)当=0.01V、a=-0.01V时 求输出电压。=o1-om的值；(2)当c1、c2间接人负载电阻R,=5.6k0时，求 6的值；(3)单端输出且R=∞时，o2=?求Aa、A,和Kcw的值。(4)求电 路的差模输人电阻R4、共模输入电阻R和不接R,时，单端输出的输出电 阻R2o 解：(1)当1=0.01V,2=-0.01V +Vcc(+10V) 时，求输出电压。的值。 1o =2 mA ==号A=1A 5.6kn =ma-1+2 =2000+101×26×10 1x10-可0≈2.8k0 R.2 BR。 AT+(1+B)R. 2m3 -100×5.6 -V(-10V) =2.8+(1+100)×100×10- =-43.41 图题6.2.2 。=Aavt =-43.41×[0.01-(-0.01)]V ≈-0.87V (2)当c1、c2间接人R,=5.6k时，求。 RI(2R川 Ara= rsei +(1+B)R 100×1.87 =-2.8+(1+100)×100×10 e-14.5 v =Alavia 6
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=-14.5×0.02V=-0.29V (3)单端输出，且R,=时，差模电压增益 Ae=+2 e+(1+B)R2 100×5.6k2 -2×[2.8+1+10)x0.1k0*21.7 输出电压 a=An·m=21.7×0.02V≈0.43V 共模电压增益为 R 5.6 Aa-2元=2x100=-0.028 共模抑制比为 (4)求电路的Ra、R和R2 差模输入电阻 Ra=2[re+(1+B)R,] =2×[2.8+(1+100)×100×10-3]0=25.8k0 共模输人电阻 R:=+(1+p(R+2刀 =分×[2.8+(1+10)(100×103+2×100)]kn ≈10.1M2 单端输出电阻为 R2=R。=5.6k2 +Vcc(+6V) 6.2.3电路如图题6.2.3所示，设 BJT的B,=B2=30,B,=B4=100,Ve1= Vg=0.6V,Ve=V4=0.7V。试计算 62k0 62k0 双端输人、单端输出时的Ra、A、Ae及 KcMR,的值。 42 解：静态时，=a=0,V=V4= [0-(0.6+0.7)]V=-1.3V,故 40,a 1g=l=2: 分x( -V正(-6V) R。 图题6.2.3
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=安×8A-05mA 100 n-mn+1a治 -(20+101×)n=5.45kn u=a=20n+1+a片 -(20+31×a0jn=16L4n 由T,、T,的集电极单端输出时的差模电压增益 B1BR。 Aa=-r+(B) -100×30×6.2 2×(161.4+5.45×31) -68609-28 单端输出时共模电压增益 BB2R。 Aa=-1+(1+B,)[7+(1+B)2RJ -30×100×6.2 =161.4+(1+30)×[5.45+(1+100)×2×4.7可 =-0.63 共模抑制比 km=之-0283=44 A.e 差模输人电阻 Ra=2[r1+(1+B,)re3] =2×(161.4+31×5.45)k0=660.7k2 6.2.4电路如图题6.2.4所示，已知BT的B,=月2=B=50,r=200k, VE=0.7V,试求单端输出的差模电压增益An、共模抑制比Kcwm、差模输人电 阻R和输出电阻R。 提示：(1)T、R,、R2和R构成BJT电流源； (2)AB两端的交流电阻
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+'cc(+9V) 002 1000 1 R: 3kΩ 56 -"EE(-9V) 图题6.2.4 TAB =Teo3 1+- s+R,IR2+R 解：R2两端的电压为 R V,产R,+R'E 3 =3+5.6×(+9)V=+3.1V 业ye R. x10 A2 mA In =/m=7Io=1 mA -20n+0+a2-w+1+09n=19n -20n+1+a,21-20+1+50)29n-0.6kn R,‖R2≈1.95k2 单端输出差模电压增益 B(R2 RL) A,e=+2[R,+m+(1+B)RJ
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50×3.2kn -2×[0.1+1.53+1+50)x0.1k12 AB两端交流电阻为 B,R3 fa =r.=+R 50×1.2 =201+0.86中95+1.2kn×10 ≈3.2M 单端输出的共模电压增益 B(RR) A2= 2(1+B)r。 50×3.2k2 e-2x1+90x,2×10'kn-0.005 共模抑制比 Km-|-a0品5-2400 12 差模输人电阻 Ra=2[R,+re1+(1+B)R.] =2×(0.1+1.53+51×0.1)k2≈13.5k2 单端差模输出电阻 R。=Ra=4.7k2 6.2.5在图题6.2.5所示电路中，电流表的满偏电流1为100μA,电表 支路的电阻R。为2k,两管的B=50,Ve=0.7V,tw=300,试计算(1) 当，=Ua=0时，每管的Ie、I。、Vc各为多少？(2)为使电流表指针满偏，需 加多大的输入电压？ 解：(1)当U1="2=0时，Vg=0.7V o+V (+6V) M R ￥10 T 12 110kn￥ e 8-'E6V) 图题6.2.5
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