模电第九章课件PPT文档格式.ppt

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9.1.2电流模式电路的特点电流模式电路的特点电流模式电路的主要性能特点有：

电流模式电路的主要性能特点有：

1.阻抗水平不同阻抗水平不同2.速度高、频带宽速度高、频带宽3.电源电压小，功耗低电源电压小，功耗低4.非线性失真小非线性失真小5.采用跨导线性原理简化电路运算采用跨导线性原理简化电路运算6.动态范围大动态范围大9.29.2跨导线性环跨导线性环跨导线性电路的主要性能是借助于双极型晶体跨导线性电路的主要性能是借助于双极型晶体管的跨导参数与其集电极电流成正比关系而得到的。

管的跨导参数与其集电极电流成正比关系而得到的。

它既适用于小信号，又适用于大信号。

9.2.1跨导线性与跨导线性环跨导线性与跨导线性环9.2.2由跨导线性环构成的电流模式电路由跨导线性环构成的电流模式电路1.线性跨导原理线性跨导原理双极型晶体管的电流双极型晶体管的电流与发射结电压与发射结电压的关系的关系为：

为：

即：

其跨导其跨导定义为：

定义为：

可见，晶体管跨导与集电极电流成线性关系，可见，晶体管跨导与集电极电流成线性关系，这就是跨导线性原理。

这就是跨导线性原理。

2.跨导线性环（跨导线性环（TL）原理）原理有有n个正向偏置的发射结构成一个闭合环路个正向偏置的发射结构成一个闭合环路（如图所示，（如图所示，n为偶数）。

为偶数）。

顺时针顺时针数等于逆时针数等于逆时针数即数即：

即即:

则则:

因为反向饱和电流因为反向饱和电流因为反向饱和电流因为反向饱和电流等于发射区面积等于发射区面积等于发射区面积等于发射区面积与饱和电流与饱和电流与饱和电流与饱和电流密度密度密度密度的乘积：

的乘积：

所以：

从而得到一个简洁的关系式：

从而，从而，从而，从而，跨导线性环原理跨导线性环原理跨导线性环原理跨导线性环原理可描述为：

可描述为：

在含有偶数个正在含有偶数个正在含有偶数个正在含有偶数个正偏发射结、且顺时针方向结的数目与逆时针方向结的数偏发射结、且顺时针方向结的数目与逆时针方向结的数偏发射结、且顺时针方向结的数目与逆时针方向结的数偏发射结、且顺时针方向结的数目与逆时针方向结的数目相等的闭环回路中，顺时针方向发射极电流密度之积目相等的闭环回路中，顺时针方向发射极电流密度之积目相等的闭环回路中，顺时针方向发射极电流密度之积目相等的闭环回路中，顺时针方向发射极电流密度之积等于逆时针方向发射极电流密度之积。

等于逆时针方向发射极电流密度之积。

上式可改写为：

引入面积比系数引入面积比系数：

则有：

利用上式可实现跨导线性环的电流比例运算。

跨导线性电路完全工作在电流域跨导线性电路完全工作在电流域,是一种真是一种真正的电流模式电路正的电流模式电路,除了变化很小的晶体管结电除了变化很小的晶体管结电压之外压之外,它的输入变量和输出变量都是电流。

它的输入变量和输出变量都是电流。

9.2.2由跨导线性环构成的电流模式电路由跨导线性环构成的电流模式电路1.甲乙类互补推挽电路甲乙类互补推挽电路互补跟随输出级互补跟随输出级设各管发射区面积相等，即设各管发射区面积相等，即，则有：

若负载电流若负载电流,、处于静态，则：

处于静态，则：

可见，静态工作电流等于偏置电流可见，静态工作电流等于偏置电流。

若负载电流若负载电流，、处于动态，则：

处于动态，则：

可导出：

，如果负载电流如果负载电流，则有：

，则有：

这说明，当负载电流很小时，这说明，当负载电流很小时，、管处于甲类管处于甲类推挽工作状态。

推挽工作状态。

而当负载电流而当负载电流时，则：

时，则：

，或或，可见，此时可见，此时、管分别工作在乙类状态。

管分别工作在乙类状态。

，2.矢量模电路矢量模电路对称式矢量模电路对称式矢量模电路这个电路包含两个相互交叠的这个电路包含两个相互交叠的TLTL环路，环路，组成一个组成一个TLTL环路，环路，组成另一个组成另一个TLTL环路。

假设环路。

假设具有相同的发具有相同的发射区面积，则应用跨导线性环原理可写出：

射区面积，则应用跨导线性环原理可写出：

同时有：

联立上面三式可得：

即输出电流等于即输出电流等于两个输入分量的矢量模。

两个输入分量的矢量模。

3.电流增益单元及多级电流放大器电流增益单元及多级电流放大器电流增益单元电流增益单元假设假设T1T4理想匹配，发射区面积相等，理想匹配，发射区面积相等，则根据跨导线性环原理得到：

则根据跨导线性环原理得到：

由上式得到由上式得到恒等于恒等于，即：

，即：

它它表明表明，对于所有的偏置电流，对于所有的偏置电流和和的值，对于的值，对于取值在取值在范围内的任何输入信号值，对于范围内的任何输入信号值，对于晶体管的任何几何尺寸和在任一结温上，都有晶体管的任何几何尺寸和在任一结温上，都有里边对管（又称输出对管）里边对管（又称输出对管）T1、T2的电流变化的电流变化总是总是线性地线性地重现外边对管（又称输入对管）重现外边对管（又称输入对管）T3、T4的电流变化。

的电流变化。

上图所示电路的差模输入电流为：

差模输出电流为：

差模电流增益为：

可见电路的差模电流增益取决于输出对管偏置可见电路的差模电流增益取决于输出对管偏置电流电流与输入对管偏置电流与输入对管偏置电流之比，改变之比，改变或或即可调整即可调整的值。

因此，图示的电路是一的值。

因此，图示的电路是一个电流增益单元电路，而且其增益是可变的。

个电流增益单元电路，而且其增益是可变的。

只要设法配置合适的偏置电流，就能把它级联只要设法配置合适的偏置电流，就能把它级联成多级电流放大器。

成多级电流放大器。

两级可变增益电流放大器两级可变增益电流放大器上图所示电路的单级电流增益为：

上图所示电路的单级电流增益为：

nn级电路的总电流增益为：

级电路的总电流增益为：

当取当取时，单级电流增益时，单级电流增益,T1,T1T4T4的典型值为的典型值为100100，单级增益以不超过，单级增益以不超过的十分的十分之一比较合适，这样可取之一比较合适，这样可取，这时单级，这时单级增益增益。

若级联数。

若级联数nn55，则总的电流增，则总的电流增益可达益可达100dB100dB。

4.吉尔伯特（吉尔伯特（Gilbert）电流增益单元及多级电流）电流增益单元及多级电流放大器放大器吉尔伯特电流增益单元吉尔伯特电流增益单元电路如图所示。

其中输入差模电流为：

电路如图所示。

是输入信号的电流调制系数。

该电路存在一个由该电路存在一个由T1T1、T2T2、T3T3、T4T4组成的跨导组成的跨导线性环。

设各管发射区面积相等，线性环。

设各管发射区面积相等，根据，根据跨导线性原理，有：

跨导线性原理，有：

，且：

且：

得：

，故差模输出电流故差模输出电流为：

那么，电流增益那么，电流增益为：

式中式中为外边对管的每管偏置电流，为外边对管的每管偏置电流，为里边为里边对管的偏置电流之对管的偏置电流之和和。

可见，设定和，即。

可见，设定和，即可确定可确定，改变，改变或或，即可改变增益。

一，即可改变增益。

一般般在在111010左右。

左右。

吉尔伯特电流增益吉尔伯特电流增益单元的级联电路单元的级联电路该该电电路路总总的的电电流增益流增益为：

5.四象限四象限TL乘法器乘法器四象限四象限TLTL电流乘法器单元电流乘法器单元电路中有两个跨导线性环，电路中有两个跨导线性环，T1T1、T2T2、T3T3、T4T4组成组成TLTL环环11，T1T1、T2T2、T5T5、T6T6组成组成TLTL环环22。

T1T1、T2T2接成二极管，其发射极（集电极）的瞬时电流接成二极管，其发射极（集电极）的瞬时电流分别为分别为。

T1T1、T2T2的偏置电流之和为的偏置电流之和为。

T1T1、T2T2的差模输入电流为的差模输入电流为。

T3T3与与T4T4、T5T5与与T6T6分别接成两组共分别接成两组共射差分对管形式，射差分对管形式，T3T3T6T6的偏置电流之和为的偏置电流之和为。

T3T3与与T4T4、T5T5与与T6T6两组对管的差模输入电流为两组对管的差模输入电流为。

T3T3T6T6的集电极交叉连接后产生电流的集电极交叉连接后产生电流，差模输出电流为，差模输出电流为。

假设晶体管假设晶体管T1T1T6T6是理想匹配的，发射区面是理想匹配的，发射区面积相等，积相等，值很大，基极电流引起的误差可以忽值很大，基极电流引起的误差可以忽略。

根据略。

根据TLTL原理，原理，T1T1、T2T2、T3T3、T4T4组成的环路组成的环路11有下列关系式成立，即：

有下列关系式成立，即：

于是得到：

由电路图知由电路图知，T3T3、T4T4的差模输出的差模输出电流分量为：

电流分量为：

同理，同理，T1T1、T2T2、T5T5、T6T6组成的组成的TLTL环路环路22，有：

，有：

总的差模输出电流为总的差模输出电流为与与之差，即：

之差，即：

上式表明，在理想情况下，图示六管单上式表明，在理想情况下，图示六管单元的