模電第九章PPT課件

1,.,第九章電流模式電路,9.1電流模式電路的基本概念9.2跨導(dǎo)線性環(huán),2,.,9.1電流模式電路的基本概念,9.1.1概述9.1.2電流模式電路的特點(diǎn),3,.,9.1.1概述,一種新型電子電路電流模式電路正在快速發(fā)展。電流模式電路在速度、帶寬、動(dòng)態(tài)范圍等方面具有優(yōu)良的性能。用電流模式電路實(shí)現(xiàn)的電壓放大器，在電流模式領(lǐng)域，可以突破增益帶寬積為常數(shù)的限制，而且使增益帶寬積隨閉環(huán)增益成線性增大。在電流模式領(lǐng)域，多采用匹配技術(shù)，在電路結(jié)構(gòu)上盡量對(duì)稱，其結(jié)果是將非線性失真、線性失真以及溫漂等絕大部分相互對(duì)消，使得輸出信號(hào)與輸入信號(hào)極大地逼近。電流模式電路就是能夠有效地傳送、放大和處理電流信號(hào)的電路。在電流模式電路中，以電流作為變量分析和標(biāo)定電路。,4,.,9.1.2電流模式電路的特點(diǎn),電流模式電路的主要性能特點(diǎn)有：1.阻抗水平不同2.速度高、頻帶寬3.電源電壓小，功耗低4.非線性失真小5.采用跨導(dǎo)線性原理簡(jiǎn)化電路運(yùn)算6.動(dòng)態(tài)范圍大,5,.,9.2跨導(dǎo)線性環(huán),跨導(dǎo)線性電路的主要性能是借助于雙極型晶體管的跨導(dǎo)參數(shù)與其集電極電流成正比關(guān)系而得到的。它既適用于小信號(hào)，又適用于大信號(hào)。9.2.1跨導(dǎo)線性與跨導(dǎo)線性環(huán)9.2.2由跨導(dǎo)線性環(huán)構(gòu)成的電流模式電路,6,.,1.線性跨導(dǎo)原理雙極型晶體管的電流與發(fā)射結(jié)電壓的關(guān)系為：即：其跨導(dǎo)定義為：可見，晶體管跨導(dǎo)與集電極電流成線性關(guān)系，這就是跨導(dǎo)線性原理。,7,.,2.跨導(dǎo)線性環(huán)（TL）原理有n個(gè)正向偏置的發(fā)射結(jié)構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)路（如圖所示，n為偶數(shù)）。,8,.,順時(shí)針數(shù)等于逆時(shí)針數(shù)即：,即:則:,9,.,因?yàn)榉聪蝻柡碗娏鞯扔诎l(fā)射區(qū)面積與飽和電流密度的乘積：所以：從而得到一個(gè)簡(jiǎn)潔的關(guān)系式：從而，跨導(dǎo)線性環(huán)原理可描述為：在含有偶數(shù)個(gè)正偏發(fā)射結(jié)、且順時(shí)針?lè)较蚪Y(jié)的數(shù)目與逆時(shí)針?lè)较蚪Y(jié)的數(shù)目相等的閉環(huán)回路中，順時(shí)針?lè)较虬l(fā)射極電流密度之積等于逆時(shí)針?lè)较虬l(fā)射極電流密度之積。,10,.,上式可改寫為：引入面積比系數(shù)：則有：利用上式可實(shí)現(xiàn)跨導(dǎo)線性環(huán)的電流比例運(yùn)算?？鐚?dǎo)線性電路完全工作在電流域,是一種真正的電流模式電路,除了變化很小的晶體管結(jié)電壓之外,它的輸入變量和輸出變量都是電流。,11,.,9.2.2由跨導(dǎo)線性環(huán)構(gòu)成的電流模式電路,1.甲乙類互補(bǔ)推挽電路,互補(bǔ)跟隨輸出級(jí),12,.,設(shè)各管發(fā)射區(qū)面積相等，即，則有：若負(fù)載電流,、處于靜態(tài)，則：可見，靜態(tài)工作電流等于偏置電流。若負(fù)載電流，、處于動(dòng)態(tài)，則：可導(dǎo)出：,，,13,.,如果負(fù)載電流，則有：這說(shuō)明，當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí)，、管處于甲類推挽工作狀態(tài)。而當(dāng)負(fù)載電流時(shí)，則：，或，可見，此時(shí)、管分別工作在乙類狀態(tài)。,，,14,.,2.矢量模電路,對(duì)稱式矢量模電路,15,.,這個(gè)電路包含兩個(gè)相互交疊的TL環(huán)路，組成一個(gè)TL環(huán)路，組成另一個(gè)TL環(huán)路。假設(shè)具有相同的發(fā)射區(qū)面積，則應(yīng)用跨導(dǎo)線性環(huán)原理可寫出：同時(shí)有：聯(lián)立上面三式可得：即輸出電流等于兩個(gè)輸入分量的矢量模。,16,.,3.電流增益單元及多級(jí)電流放大器,電流增益單元,17,.,假設(shè)T1T4理想匹配，發(fā)射區(qū)面積相等，則根據(jù)跨導(dǎo)線性環(huán)原理得到：由上式得到恒等于，即：它表明，對(duì)于所有的偏置電流和的值，對(duì)于取值在范圍內(nèi)的任何輸入信號(hào)值，對(duì)于晶體管的任何幾何尺寸和在任一結(jié)溫上，都有里邊對(duì)管（又稱輸出對(duì)管）T1、T2的電流變化總是線性地重現(xiàn)外邊對(duì)管（又稱輸入對(duì)管）T3、T4的電流變化。,18,.,上圖所示電路的差模輸入電流為：差模輸出電流為：差模電流增益為：可見電路的差模電流增益取決于輸出對(duì)管偏置電流與輸入對(duì)管偏置電流之比，改變或即可調(diào)整的值。因此，圖示的電路是一個(gè)電流增益單元電路，而且其增益是可變的。只要設(shè)法配置合適的偏置電流，就能把它級(jí)聯(lián)成多級(jí)電流放大器。,19,.,兩級(jí)可變?cè)鲆骐娏鞣糯笃?20,.,上圖所示電路的單級(jí)電流增益為：n級(jí)電路的總電流增益為：當(dāng)取時(shí)，單級(jí)電流增益,T1T4的典型值為100，單級(jí)增益以不超過(guò)的十分之一比較合適，這樣可取，這時(shí)單級(jí)增益。若級(jí)聯(lián)數(shù)n5，則總的電流增益可達(dá)100dB。,21,.,4.吉爾伯特（Gilbert）電流增益單元及多級(jí)電流放大器,吉爾伯特電流增益單元,22,.,電路如圖所示。其中輸入差模電流為：是輸入信號(hào)的電流調(diào)制系數(shù)。該電路存在一個(gè)由T1、T2、T3、T4組成的跨導(dǎo)線性環(huán)。設(shè)各管發(fā)射區(qū)面積相等，根據(jù)跨導(dǎo)線性原理，有：，且：得：,，,23,.,故差模輸出電流為：那么，電流增益為：式中為外邊對(duì)管的每管偏置電流，為里邊對(duì)管的偏置電流之和。可見，設(shè)定和，即可確定，改變或，即可改變?cè)鲆?。一般?10左右。,24,.,吉爾伯特電流增益單元的級(jí)聯(lián)電路,該電路總的電流增益為：,25,.,5.四象限TL乘法器,四象限TL電流乘法器單元,26,.,電路中有兩個(gè)跨導(dǎo)線性環(huán)，T1、T2、T3、T4組成TL環(huán)1，T1、T2、T5、T6組成TL環(huán)2。T1、T2接成二極管，其發(fā)射極（集電極）的瞬時(shí)電流分別為。T1、T2的偏置電流之和為。T1、T2的差模輸入電流為。T3與T4、T5與T6分別接成兩組共射差分對(duì)管形式，T3T6的偏置電流之和為。T3與T4、T5與T6兩組對(duì)管的差模輸入電流為。T3T6的集電極交叉連接后產(chǎn)生電流，差模輸出電流為。,27,.,假設(shè)晶體管T1T6是理想匹配的，發(fā)射區(qū)面積相等，值很大，基極電流引起的誤差可以忽略。根據(jù)TL原理，T1、T2、T3、T4組成的環(huán)路1有下列關(guān)系式成立，即：于是得到：由電路圖知，T3、T4的差模輸出電流分量為：,28,.,同理，T1、T2、T5、T6組成的TL環(huán)路2，有：于是得到：總的差模輸出電流為與之差