模拟集成电路(312)课件

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1、模拟集成电路(312)课件模拟集成电路(312)课件6 6 模拟集成电路模拟集成电路6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术模拟集成电路中的直流偏置技术6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路 的影响的影响6.2 差分式放大电路差分式放大电路6.6 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器6.7 放大器中的噪声和干扰放大器中的噪声和干扰模拟集成电路(312)课件集成电路按集成电路按其功能分其功能分数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成模拟

2、集成电路类型电路类型集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高频放大器集成高频放大器；集成中频放大器；集成中频放大器；集成比较器集成比较器；集成乘法器；集成乘法器；集成稳压集成稳压器器；集成数；集成数/模或模模或模/数转换器等。数转换器等。集成电路集成电路IC(Integrated Circuit)IC(Integrated Circuit)：将整个电路中的元器件制作在一块硅基片将整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路称为集成电路。上，构成特定功能的电子电路称为集成电路。集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述模拟集成电路(312)课件一、集成

3、运放的电路结构特点一、集成运放的电路结构特点1.1.级间采用直接耦合方式（硅片上不能做大电容级间采用直接耦合方式（硅片上不能做大电容200p200p以下）以下）3.3.元件参数匹配性好元件参数匹配性好,常用对称结构差动放大作输入级常用对称结构差动放大作输入级 （克服温漂）（克服温漂）.2 2.采用有源器件代替无源器件采用有源器件代替无源器件 （硅片上不宜制作高阻（硅片上不宜制作高阻值电阻值电阻10-50k10-50k，有源负载代替大电阻），有源负载代替大电阻）.4.4.采用复合管采用复合管 （不同类型管性能差异大）（不同类型管性能差异大）集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述集成运算放大电路

4、集成运算放大电路：高增益的多级直接耦合放大电路高增益的多级直接耦合放大电路 .问世最早，应用最广泛。问世最早，应用最广泛。最初多用于各种模拟信号的运算最初多用于各种模拟信号的运算 故称集成运算放大电路，简称故称集成运算放大电路，简称集成运放集成运放。模拟集成电路(312)课件二、集成运放的内部组成框图及其外形图二、集成运放的内部组成框图及其外形图集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述输入级输入级偏置电路偏置电路中间级中间级输出级输出级+vo vid模拟集成电路(312)课件本章重点和考点：本章重点和考点：1.集成电路的特点。集成电路的特点。2.偏置电路（电流源）的作用、分类。偏置电路（电流源

5、）的作用、分类。3.差分式放大电路原理及其性能指标的计算。差分式放大电路原理及其性能指标的计算。4.定性介绍定性介绍LM741集成运算放大器集成运算放大器.模拟集成电路(312)课件6.1 模拟集成电路中的模拟集成电路中的直流偏置技术直流偏置技术6.1.1 BJT电流源电路电流源电路6.1.2 FET电流源电流源1.镜像电流源镜像电流源2.微电流源微电流源3.高输出阻抗电流源高输出阻抗电流源4.组合电流源组合电流源1.MOSFET镜像电流源镜像电流源2.MOSFET多路电流源多路电流源3.JFET电流源电流源模拟集成电路(312)课件 2 2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、增大动态范围。

6、、作各种放大器的有源负载，以提高增益、增大动态范围。电流源电路的用途电流源电路的用途：1 1、给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏置电流，以获得极其稳、给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏置电流，以获得极其稳定的定的Q Q点。点。3 3、电流源还可单独制成稳流电源使用。、电流源还可单独制成稳流电源使用。模拟集成电路中的电流源模拟集成电路中的电流源电流源电路的特点：电流源电路的特点：这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。1 1、BJTBJT、FETFET工作在放大状态时其输出电流都是具有恒流特性的受控电流工作在放大状态时其输出电流都是具有恒流

7、特性的受控电流 源；由它们都可构成电流源电路。源；由它们都可构成电流源电路。2 2、在模拟集成电路中，常用的电流源电路有：、在模拟集成电路中，常用的电流源电路有：镜象电流源镜象电流源、精密电流源、精密电流源、微电流源微电流源、多路电流源等、多路电流源等如何设置集成运放中各级放大电路的静态工作点如何设置集成运放中各级放大电路的静态工作点？为什么要采用电流源来实现直流偏置？为什么要采用电流源来实现直流偏置？易集成（需要电阻少），可以直接提供恒定电流，易集成（需要电阻少），可以直接提供恒定电流，带负载能力也强。带负载能力也强。模拟集成电路(312)课件6.1.1 BJT电流源电路电流源电路1.镜像电

8、流源镜像电流源-是由三极管电流源演是由三极管电流源演变而来的变而来的(电流镜电流镜 Current MirrorCurrent Mirror)。BE1BE2=VVE1E2=IIC2C1REF=IIIT T1 1、T T2 2的参数全同的参数全同 即即12，ICEO1ICEO2 当当BJT的的较大时，基极电流较大时，基极电流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF RVVRVVVEECCEEBECC)(代表符号代表符号Io(IC2)与与IREF是镜像关系是镜像关系,基准电流是稳定的，故输出电流也是稳定的基准电流是稳定的，故输出电流也是稳定的T1“Vce=Vbe0.7V”，是一种特殊工作状态（方式

9、）-临界饱和。发射结要正向偏置，集电结要反向偏置，此时即为放大状态。模拟集成电路(312)课件6.1.1 BJT电流源电路电流源电路1.镜像电流源镜像电流源动态电阻动态电阻 2B12CE2Co)(Ivir 一般一般ro在几百千欧以上在几百千欧以上ce r 当R取 几k 时，IREF 为mA量级Io较大较大,适用于较大工作电流的场合适用于较大工作电流的场合.电流源的特点电流源的特点 端口电流恒定，直流电阻小R=u/i,交流等效电阻大R=u/i。模拟集成电路(312)课件6.1.1 BJT电流源电路电流源电路2.微电流源微电流源(常用常用)-在镜像电流源的基础上接入电阻在镜像电流源的基础上接入电阻

10、 Re。e2BE2BE1RVV E2C2OIII e2BERV 由于由于很小很小(几十几十mV)，BEV 所以所以IC2也很小。也很小。IC2可降至 A A量级的微电流源量级的微电流源rorce2（1 ）e2be2e2RrR （参考射极偏置共射放大电路的输出电阻（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ）oR 微电流源电路微电流源电路,接入接入阻值不大阻值不大的的Re2就可得到一个比基准电流小许多倍的微电流就可得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，适用微功耗集成电路和集成放大器前置级中源，适用微功耗集成电路和集成放大器前置级中.引入引入Re使使 VBE2 VBE1，且，且 IC2 IC1模拟集成电

11、路(312)课件A1和和A3分别是分别是T1和和T3的相对结面积的相对结面积 动态输出电阻动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻为高远比微电流源的动态输出电阻为高6.1.1 BJT电流源电路电流源电路3.高输出阻抗电流源高输出阻抗电流源RVVVVIEEBE23BECCREF REF13C2OIAAII 模拟集成电路(312)课件6.1.1 BJT电流源电路电流源电路 4.组合电流源组合电流源T1、R1 和和T4支路产生基准电流支路产生基准电流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVI T1和和T2、T4和和T5构成镜像电流源构成镜像电流源T1和和T3，T4和和T6构成了微电流源构成了

12、微电流源 通过一个基准电流稳定多个三通过一个基准电流稳定多个三极管的工作点电流，即可构成多极管的工作点电流，即可构成多路电流源。图中一个基准电流路电流源。图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流可获得多个恒定电流IC2、IC3。模拟集成电路(312)课件电流源作有源负载电流源作有源负载 ioV=VVA共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为：beLc)/(rRR 对于此电路对于此电路Rc就是镜就是镜像电流源的交流电阻，像电流源的交流电阻，因此增益为因此增益为beLV=rRA 比用电阻比用电阻Rc就作负载时提高了。就作负载时提高了。end放大管放大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜

13、像电流源镜像电流源6.1.1 BJT电流源电路电流源电路模拟集成电路(312)课件以电流源为有源负载的放大电路以电流源为有源负载的放大电路 在集成运放中，常用电流源电路取代在集成运放中，常用电流源电路取代RC或或Rd，这样在电源电压不变的情况下，既可获，这样在电源电压不变的情况下，既可获得合适的静态电流，对于交流信号，又可获得得合适的静态电流，对于交流信号，又可获得很大的等效很大的等效RC或或Rd的。的。晶体管和场效应管是有源元件，又可作晶体管和场效应管是有源元件，又可作为负载，故称为有源负载。为负载，故称为有源负载。模拟集成电路(312)课件6.1.2 FET电流源电流源1.MOSFET镜像

14、电流源镜像电流源当器件具有不同的宽长比时当器件具有不同的宽长比时RVVVIIIGSSSDDREFD2O REF1122O/ILWLWI （=0=0）ro=rds2 MOSFET基本镜像电路流基本镜像电路流 模拟集成电路(312)课件6.1.2 FET电流源电流源1.MOSFET镜像电流源镜像电流源2T2GS22n2T2GS22n2D2)()()/(VVKVVKLWI 用用T3代替代替R，T1T3特性相同，特性相同，且工作在放大区，当且工作在放大区，当=0时时，输出，输出电流为电流为 常用的镜像电流源常用的镜像电流源 模拟集成电路(312)课件6.1.2 FET电流源电流源2.MOSFET多路电

15、流源多路电流源REF1122D2/ILWLWI REF1133D3/ILWLWI REF1144D4/ILWLWI 2T0GS0n0D0REF)(VVKII 模拟集成电路(312)课件6.1.2 FET电流源电流源3.JFET电流源电流源end(a)电路电路 (b)输出特性输出特性 模拟集成电路(312)课件6.2 差分式放大电路差分式放大电路6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路模拟集成电路(312)课件1.直接耦合放大电路直接耦合放大电路可以放大直流信号可以

16、放大直流信号2.直接耦合放大电路直接耦合放大电路的零点漂移的零点漂移零漂零漂：主要原因主要原因：温度变化引起，也称温度变化引起，也称温漂温漂。输入短路时，输输入短路时，输出仍有缓慢变化出仍有缓慢变化 的电压产生。的电压产生。电源电压波动电源电压波动也是原因之一也是原因之一差分式放大电路差分式放大电路是模拟集成电路中又一重要单元是模拟集成电路中又一重要单元.采用直接耦合必须处理好抑制零点漂移这一关键技术。采用直接耦合必须处理好抑制零点漂移这一关键技术。模拟集成电路(312)课件6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构1.用三端器件组成的差分式放大电路用三端器件组成的差分式放大

17、电路i1i2,vv 基本基本差分式放大电路差分式放大电路是由两个完全对称的单管放大器组成。图中两个管子及是由两个完全对称的单管放大器组成。图中两个管子及左右相对应的电阻其左右相对应的电阻其参数基本一致参数基本一致。分别加到两管的基极，经过放大后获分别加到两管的基极，经过放大后获得输出电压，两管集电极输出电压之差得输出电压，两管集电极输出电压之差odo1o2=vvvi1i2,vv模拟集成电路(312)课件6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构2.有关概念有关概念idi1i2=vvv两信号的差值差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 两信号的算术平均值共模信号共模信号2

18、=idici1vvv 2=idici2vvv 有有 共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分两种信号的特点两种信号的特点共模信号共模信号(分量分量)：大小相等，相位相同：大小相等，相位相同差模信号差模信号(分量分量)：大小相等，相位相反：大小相等，相位相反两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模信号两部分。两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模信号两部分。差模信号和共模信号的概念差模信号和共模信号的概念模拟集成电路(312)课件6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放

19、大电路的一般结构2.有关概念有关概念odo1o2=vvv两信号的差值差模输出信号差模输出信号oco1o21=()2vvv两信号的算术平均值共模输出信号共模输出信号oddid=Avvv差模电压增益差模电压增益occic=Avvv共模电压增益共模电压增益oodocdidcic=AAvvvvvvv总输出电压总输出电压其中其中odv差模信号产生的输出差模信号产生的输出ocv共模信号产生的输出共模信号产生的输出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标cdCMR=vvAAK差模信号和共模信号的增益差模信号和共模信号的增益模拟集成电路(312)课件电路组成：由两个共射级电路组成,如图

20、所示。特点：电路对称，射级射级电阻共用，或射级电阻共用，或射级直接接电流源直接接电流源（大的电阻和电流源的作用是一样的）有两个输入端，有两个输出端.6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路1.基本电路组成基本电路组成模拟集成电路(312)课件6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路OCC2C121=IIII CE2CE1=VV CCVCCCc(0.7V)VI R CcI R EVIIICB2B1 2.电路工作原理电路工作原理-求解关键求解关键(1)静态分析静态分析()ii1i20 vv=voO1O20 vvv差分放大器具有差分放大器具有零输入时零输出零输入时零输

21、出的特点的特点模拟集成电路(312)课件（2）动态分析）动态分析仅输入仅输入差模信号差模信号，i2i1vv和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。O2O1vv和和大小相等，大小相等，0O2O1o vvv信号被放大。信号被放大。相位相反。相位相反。仅输入仅输入共模信号共模信号，i2i1vv和和大小相等，相位相同。大小相等，相位相同。O2O1vv和和大小相等，大小相等，oO1O20 .vvv相位相同。相位相同。oodocod=vvvv输入输入叠加信号时叠加信号时,总输出电压总输出电压模拟集成电路(312)课件抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理 温度变化和电源电压波温度变化和电源电压波动，都将使集

22、电极电流产动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相生变化。且变化趋势是相同的，同的，其效果相当于在两个其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。输入端加入了共模信号。因左右两个放大电路完全对称，所以在没有信号情况下，即因左右两个放大电路完全对称，所以在没有信号情况下，即输入信号输入信号v vi i=0=0时，时，v vo1o1=v=vo2o2，因此输出电压，因此输出电压v vo o=0=0，即表明差分放大，即表明差分放大器具有器具有零输入时零输出零输入时零输出的特点。当温度变化时，左右两个管子的的特点。当温度变化时，左右两个管子的输出电压输出电压v vo1o1、v vo2o2都要发生变动，但

23、由于电路对称，两管的输出都要发生变动，但由于电路对称，两管的输出变化量（即每管的零漂）相同，即变化量（即每管的零漂）相同，即v vo1o1=v vo2o2，则，则v vo o=0=0，可见，可见利用两管的零漂在输出端相抵消，从而有效地利用两管的零漂在输出端相抵消，从而有效地抑制了零点漂移抑制了零点漂移。模拟集成电路(312)课件 iC1 iC2 温度温度 iC1 iE1 iC2 iE2 这一过程类似于分压式射这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。极偏置电路的温度稳定过程。所以，即使电路处于单端输出所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂方式时，仍有较强的抑制零漂能力。能力

24、。vE （vB1、vB2不变）不变）vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用模拟集成电路(312)课件vi1vi2线性放大电路vo电路完全对称的理想情况：)(21iiVDovvAv差模电压增益差模信号idv放大两个输入信号之差共模信号)(2121iiicvvv 差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。差模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相反的信号。共模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相同的信号。模

25、拟集成电路(312)课件3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况）差模情况 双入、双出双入、双出工作方式工作方式 双端输入，双端输出；端输入，单端输出；单端输入，双端输出；单端输入，单端输出模拟集成电路(312)课件 (a)差模输入时，vi1=-vi2=vid/2,当一管电流ic1增加时，另一管的电流ic2必然减小。由于电路对称，ic1 的增加量必然等于ic2的减少量。所以流过恒流源（或Re）的电流不变，ve=0.故如图所示的交流通路中Re为0（短路）。(b)差模输入时，vi1=-vi2=vid/2,每一管上的电压仅为总的输入电压vid 的1/2。故虽然电路由两管组成，但总的电压放大倍数仅与

26、单管的相同。(c)如果在输出端接有负载电阻RL,由于负载两端的电位变化量相等，变化方向相反，故负载的中点处于交流地电位。因此，如图所示的交流通路中每一管的负载为RL/2。此时，总的电压放大倍数与单管的相同。模拟集成电路(312)课件 idod=vvvAi2i1o2o1vvvv 接入负载时接入负载时i1o122vv becrR beLcd)21|(=rRRA v以双倍的元器件换以双倍的元器件换取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力 双入、双出双入、双出模拟集成电路(312)课件3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况）差模情况 双入、单出双入、单出 ido1d1=vvvAi1o12vvd21vA b

27、ec2rR 接入负载时接入负载时beLcd2)|(=rRRA v应用应用：有时要求将双端输入转换为单端输出，就要使用这种放：有时要求将双端输入转换为单端输出，就要使用这种放大器大器.如集成运放的中间级。如集成运放的中间级。由于单端输出时负载上输出的只是一个管子的变化量，而输入情况与双端输出时完全一样。故放大倍数是双端输出的一半。模拟集成电路(312)课件3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况）差模情况 单端输入单端输入eorr 等效于双端输入等效于双端输入 指标计算与双端输入相同。指标计算与双端输入相同。（1）图中的ro很大（Re或者电流源的等效电阻），满足rore教(发射结电阻)，故ro

28、可视为开路。（2）ro开路后，可认为Vi均分在两管的输入回路上。即每管的输入电压为Vi/2.（3）于是，单端输入时电路的工作状态与双端输入时近似一致。各指标也近似相同。模拟集成电路(312)课件3.主要指标计算主要指标计算（2）共模情况）共模情况 双端输出双端输出 共模信号的输入使两管共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。集电极电压有相同的变化。所以所以0oc2oc1oc vvv0icocc vvvA共模增益共模增益模拟集成电路(312)课件 单端输出单端输出-它等效于一个射级它等效于一个射级电阻为电阻为2r2ro o的共射放的共射放大电路。大电路。icoc1c1vvv A抑制零漂能力增

29、强抑制零漂能力增强icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or c1vA3.主要指标计算主要指标计算（2）共模情况）共模情况模拟集成电路(312)课件（3）共模抑制比）共模抑制比-差模增益与共模增益之比差模增益与共模增益之比.cdCMRvvAAK dB lg20cdCMRvvAAK 差分式放大电路差分式放大电路 双端输出，理想情况双端输出，理想情况 CMRK 单端输出单端输出 CMRKc1d1vvAAbeorr 越越大大，CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越强越强单端输出时的总输出电压单端输出时的总输出电压)1(idCMRicidd1o1vvvvvKA （4）频率响应）频率响应高频

30、响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。模拟集成电路(312)课件vdA表表6.2.1几种方式指标比较几种方式指标比较vcACMRKcbeRrcbe2Rr0co2Rr beorr 输出方式输出方式双出双出单出单出idRicRoRbe2r2)1(21oberr c2RcR输出方式输出方式双出双出单出单出例例6.2.1:p268模拟集成电路(312)课件例例(4)当输出接一个当输出接一个12k 负载负载时的差模电压增益。时的差模电压增益。解：解：求求:mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3 RIVVV。时，时，当当，均为硅

31、管，均为硅管，、V008050TTTOi321321 vv?mV5)3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23C vvvvv时，时，当当的值的值及及、AAARVVIII(1)静态静态模拟集成电路(312)课件 k3.2mV26)1(200E33be3Ir(2)电压增益电压增益mA37.0c2BE3e3E3C2 RVRII V9V)7.0(1037.012V12E2c2C2CE2 VRIVmA74.022C2E2E III k3.5k )74.0121074.07.0(V)12(Ee1EEe2IRIVR k78.3mV26)1(200E22be2Ir 模拟集成电路(312)课件 k3

32、.245)1(e33be3i2RrR(3)50)(2)|(b1bei2c22d2 RrRRAv9.3)1()|(e33beL3c32 RrRRAv1952d2 vvvAAAmV5.2)0mV5(21)(21i2i1ic vvv差分电路的共模增益差分电路的共模增益3.0)(2)1()|(e2e12b1bei2c22c2 RRRrRRAv2icc2idd22O2O)(vvvvvvvvAAAA 共模输入电压共模输入电压不计共模输出电压时不计共模输出电压时mV975O vmV972mV)9.3(5.2)3.0(550 模拟集成电路(312)课件(4)时时 k12LR95.1)1()|(e33beL3c

33、32 RrRRAv5.972d2 vvvAAA模拟集成电路(312)课件A1vivo103A2vivo105？答：答：1.两个放大电路是否都可以放大两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号？的信号？end增加了增加了Re电压增益电压增益输出漂移电压输出漂移电压均为均为 200 mV输出漂移电压输出漂移电压均为均为 200 mV输入端漂移电输入端漂移电压为压为 0.2 mV输入端漂移电输入端漂移电压为压为 0.002 mVA1不可以，不可以，A2可以可以模拟集成电路(312)课件？2.若在基本差分式放大电路中若在基本差分式放大电路中增加两个电阻增加两个电阻Re（如图所示）。（如图所示）。则动态

34、指标将有何变化？则动态指标将有何变化？答：答：双端输出差模增益双端输出差模增益差模输入电阻差模输入电阻 beLc)21/(rRR VDA idR 2beroLc2/rRR 单端输出共模增益单端输出共模增益VC1A icR)2)(1(21oberr 共模输入电阻共模输入电阻e)1(R e)1(R eR eR 增加了增加了Re增加了增加了Re模拟集成电路(312)课件？3.差分式放大电路如图所示。差分式放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系：分析下列输入和输出的相位关系：反相反相vC1与与vi1end同相同相vC2与与vi1同相同相vC1与与vi2反相反相vC2与与vi2反相反相vO与与v

35、i1同相同相vO与与vi23.静态时，两个输入端是否有静态偏置电流？静态时，两个输入端是否有静态偏置电流？模拟集成电路(312)课件4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路静态静态 IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO IE5模拟集成电路(312)课件 4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模电压增益差模电压增益（负载开路）（负载开路）0ce4o2ce2o2c2c4 rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2ido2d2)|(rrrA vvv

36、则则 单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益 模拟集成电路(312)课件 4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模输入电阻差模输入电阻 Rid2rbece4ce2o|rrR 输出电阻输出电阻模拟集成电路(312)课件 4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路共模输入电阻共模输入电阻 Ricrbe2(1)ro5模拟集成电路(312)课件6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路模拟集成电路(312)课件6.2.3 源极耦合差分式放

37、大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益ido1i2i1o2o1d2vvvvvvv A)|(2 )|(o1o3idmo1o3i1mo1rrgrrgvvv 而而:)|()|/(ds1ds3mo1o3mdrrgrrgA v所以：所以：模拟集成电路(312)课件6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益vo2(id4-id2)(ro2|ro4)gm vid（ro2|ro4）)2(2idmidmvvgg (ro2|ro4)ido2dvvv A

38、 gm(ro2|ro4)与双端输出相同与双端输出相同end gm(rds2|rds4)模拟集成电路(312)课件6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性模拟集成电路(312)课件6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性根据根据TBE/ESEeVIiv iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2 又又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得传输特性曲线可得传输特性曲线 vO1，vO2f（vid）传输特性传输特性就是放大电路输出信号（电流或电压）随输入信号就是放大电路输出信号（电流或电压）随输入信号变化的

39、函数关系。它可以用变化的函数关系。它可以用BJT的的be结值电压结值电压vBE与发射极电流与发射极电流iE的基本关系求出。的基本关系求出。模拟集成电路(312)课件vO1，vO2f（vid）的传输特性曲线的传输特性曲线模拟集成电路(312)课件从传输特性曲线可以看出：1当vid=vi1-vi2=0时，ic1+ic2=Io,ic1=ic2=Io/2,电路工作在曲线的Q点，处于静态静态。2.当vid 在0-VT的范围内，vid增加时，ic1增加，ic2减小。且ic1、ic2与vid呈线性关系。电路工作在放大区放大区。如图中用竖虚线所示的区域。3 当vid4VT 即超过100mV时，曲趋于平坦。当v

40、id增大时，T1管趋于饱和，T2管趋于截止。ic1-ic2几乎不变。这时电路工作在特性曲线的非线性区非线性区。差动放大电路呈现良好的限幅特性。4在两管的发射极上分别串接电阻R1=R2=Re，可以扩大传输特性的线性范围。如图中虚线所示。模拟集成电路(312)课件6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.4.1 CMOS MC14573集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.4.2 BJTLM741集成运算放大器集成运算放大器模拟集成电路(312)课件简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放大器集成运放内部组成框图集成运放内部组成框图模拟集成电路(312)课件 简单的集成运放简单的集成运

41、放+T1Rc1sIRc2c3R2T4T5T3TVCC+EEV-u-u+ou反反 相相 输输 入入 端端同同 相相 输输 入入 端端输输入入级级中中间间级级输输出出级级 原理电路：原理电路：模拟集成电路(312)课件6.4.1 CMOS MC14573 集成电路运算放大器集成电路运算放大器1.电路结构和工作原理电路结构和工作原理模拟集成电路(312)课件2.电路技术指标的分析计算电路技术指标的分析计算(1)(1)直流分析直流分析REFGS5SSDDREFSG5SSDDOREF RVVVRVVVII 2TGS5P5REF)(VVKI 已知已知VT 和和KP5，可求出，可求出IREF 根据各管子的宽

42、长比根据各管子的宽长比，可求出其他支路电流。，可求出其他支路电流。模拟集成电路(312)课件(2)(2)小信号分析小信号分析2idgs1vv 2idgs2vv 设设 gm1=gm2=gm)|)()|(4o2o2d4d4o2oogs7o2rriirri vv则则)|()|)(2()2(ds4ds2idm4o2oid2mid1mrrgrrggvvv 2.电路技术指标的分析计算电路技术指标的分析计算)|)(4o2o2d1drrii )|(ds4ds2mido21rrgAv vv输入级电压增益输入级电压增益 模拟集成电路(312)课件(2)(2)小信号分析小信号分析2.电路技术指标的分析计算电路技术指

43、标的分析计算总电压增益总电压增益 Av=Av1Av2 Av2=vo/v gs7 =gm7(rds7|rds8)第二级电压增益第二级电压增益 将参数代入计算得将参数代入计算得 Av=40804.8（92.2 dB）模拟集成电路(312)课件6.4.2 BJTLM741集成运算放大器集成运算放大器原理电路原理电路 模拟集成电路(312)课件简化电路简化电路end6.4.2 BJTLM741集成运算放大器集成运算放大器模拟集成电路(312)课件电路原理图电路原理图图图 4.3.1F007 电路原理图电路原理图模拟集成电路(312)课件1.偏置电路偏置电路+VCCT8 VCCT9T12T13T10T1

44、1R4R5I8I3,4IC9IC10IREFIC13至输入级至输入级至中间级至中间级511BE12BEEECCREFRUUVVI 基准电流：基准电流：基准电流产生各放基准电流产生各放大级所需的偏置电流。大级所需的偏置电流。各路偏置电流的关系：各路偏置电流的关系：IREFI11IC10I3,4IC9IC8IC12IC13微电流源微电流源镜像电流源镜像电流源输入级输入级镜像电流源镜像电流源中间级中间级输出级输出级741 的偏置电路的偏置电路模拟集成电路(312)课件2.输入级输入级T1、T2、T3、T4 组成共集组成共集-共基差分放大电路；共基差分放大电路；T1、T2 基极接收差分输入信号。基极接

45、收差分输入信号。T5、T6 有源负载；有源负载；T4 集电极送出单集电极送出单端输出信号至中间级。端输出信号至中间级。uORW 调零电阻，调零电阻，R 外接电阻。外接电阻。T7 与与R2 组成射极组成射极输出器。输出器。+VCC VEET6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWT4T2T7T5T3T1T8T9uI2uI1模拟集成电路(312)课件若暂不考虑若暂不考虑 T7 和调零电路则电路可简化为：和调零电路则电路可简化为：+VCC VEEI3,4T4T2T3T1I8RCRCuI1uI2uO(1).T1、T2 共集组态，具有共集组态，具有较高的差模输入电阻和共模输入较高的差模输入电阻和共模输

46、入电压。电压。(2).共基组态的共基组态的 T3、T4，与，与有源负载有源负载 T5、T6 组合，可以得到组合，可以得到很高的电压放大倍数。很高的电压放大倍数。(3).T3、T4 共基接法能改善频率响应。共基接法能改善频率响应。(4).该电路具有共模负反馈，能减小温漂，提高共模该电路具有共模负反馈，能减小温漂，提高共模抑制比。抑制比。简化示意图简化示意图 模拟集成电路(312)课件3.中间级中间级中间级示意图中间级示意图+VCC VEET15T16IC13R7T17R830pF输入来自输入来自 T4 和和 T6集电集电极；极；输出接在输出级的两个输出接在输出级的两个互补对称放大管的基极。互补对

47、称放大管的基极。中间级中间级 T16、T17 组成组成复合管，复合管，T13 作为其有源作为其有源负载。负载。8、9两端外接两端外接30pF 校正电容防止产生自激振荡。校正电容防止产生自激振荡。模拟集成电路(312)课件4.输出级输出级IC13R8uo+VCC VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2741输出级原理电路输出级原理电路T14、T18、T19 准准互补对称电路；互补对称电路；D1、D2、R9、R10 过载保护电路；过载保护电路；T15、R7、R8 为功为功率管提供静态基流。率管提供静态基流。V7.0)1(87BE15887CE15 RRURRRU调节调节 R7、R

48、8 阻值可调节两个功率管之间的电压差。阻值可调节两个功率管之间的电压差。这种电路称为这种电路称为 UBE 倍增电路。倍增电路。模拟集成电路(312)课件6.5 实际集成运算放大器的主要实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响参数和对应用电路的影响6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题模拟集成电路(312)课件6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流误差特性（输入失调特性）1.输入失调电压输入失调电压VIO 在室温（在室温（25）及标准电源电压下，输入电压为

49、零时，为）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压调电压VIO。一般约为。一般约为（110）mV。超低失调运放为（。超低失调运放为（120）V。高精度运放。高精度运放OP-117 VIO=4 V。MOSFET达达20 mV。2.输入偏置电流输入偏置电流IIB 输入偏置电流是指集成运放输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值两个输入端静态电流的平均值 IIB（IBNIBP）/2 BJT为为10 nA1 A；MOSFET运放运放IIB在在pA数量级。数量级。模拟集成电路(312)

50、课件6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流误差特性（输入失调特性）3.输入失调电流输入失调电流IIO 输入失调电流输入失调电流IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即端的静态基极电流之差，即IIO|IBPIBN|VI0 一般约为一般约为1 nA0.1 A。4.温度漂移温度漂移（1）输入失调电压温漂）输入失调电压温漂 VIO/T（2）输入失调电流温漂）输入失调电流温漂 IIO/T模拟集成电路(312)课件6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数差模特性差模特性1

51、.开环差模电压增益开环差模电压增益Avo和带宽和带宽BW 开环差模电压增益开环差模电压增益Avo开环带宽开环带宽BW(fH)单位增益带宽单位增益带宽 BWG(fT)741型运放型运放AvO的频率响应的频率响应 模拟集成电路(312)课件6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数差模特性差模特性2.差模输入电阻差模输入电阻rid和输出电阻和输出电阻ro BJT输入级的运放输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放为输入级的运放rid1012超高输入电阻运放超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的一般运放的ro200

52、，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3.最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax模拟集成电路(312)课件6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数共模特性共模特性1.共模抑制比共模抑制比KCMR和共模输入电阻和共模输入电阻ric 一般通用型运放一般通用型运放KCMR为（为（80120）dB，高精度运放，高精度运放可达可达140dB，ric100M。2.最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达随误差的共模输入电压幅值，高质量

53、的运放可达 13V。模拟集成电路(312)课件6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数大信号动态特性大信号动态特性1.转换速率转换速率SR放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率，即输出电压对时间的最大变化速率，即 maxoRd)(dttSv 若信号为若信号为viVimsin2 ft，则运放的，则运放的SR必须满足必须满足SR2fmaxVom模拟集成电路(312)课件6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数大信号动态特性大信号动态特性2.全功率带宽全功率带宽BWP 指

54、运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标。一般通用是大信号和高频信号工作时的重要指标。一般通用型运放型运放SR在在nV/s以下，以下，741的的SR=0.5V/s，而高速运放要求，而高速运放要求SR30V/s以上。目前超高速的运放如以上。目前超高速的运放如AD9610的的SR3500V/s。omRmaxP2 VSfBW 模拟集成电路(312)课件电源特性电源特性1.电源电压抑制比电源电压抑制比KSVR 衡量电源电压波动对输出电压的影响衡量电源电压波动对输出电压的影响 2.静态功耗静态功耗PV 6.5.1

55、 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数模拟集成电路(312)课件1.1.集成运放的选用集成运放的选用 根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。至于专用项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。至于专用型运放，虽然某项技术参数很突出，但其他参数则难以兼型运放，虽然某项技术参数很突出，但其他参数则难以兼顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高速型与顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高

56、速型与高精度常常有矛盾，如此等等。高精度常常有矛盾，如此等等。6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题模拟集成电路(312)课件2.失调电压失调电压VIO、失调电流、失调电流IIO和偏置电流和偏置电流IIB带来的误差带来的误差 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题输入为零时的等效电路输入为零时的等效电路2IOIBP)2(RIIV f11ONRRRVV NPVV )|)(2(f1IOIBRRII IOV 模拟集成电路(312)课件解得误差电压解得误差电压 )|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV)(/1(2IOIO

57、1fORIVRRV 当当 时，可以时，可以消除偏置电流消除偏置电流 引起的引起的误差，此时误差，此时f12|RRR IBI当电路为积分运算时，当电路为积分运算时，即即 换成电容换成电容C，则，则fR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)(1)()()(2IOIO12IOIOO时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。IOIO IV和和引起的误差仍存在引起的误差仍存在模拟集成电路(312)课件end3.调零补偿调零补偿6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题（a a）调零电路）调零电路 （b b）反相端加入补偿电路）反相端加

58、入补偿电路模拟集成电路(312)课件6.6 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理6.6.2 放模拟乘法器的应用放模拟乘法器的应用模拟集成电路(312)课件6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理1.变跨导二象限乘法器变跨导二象限乘法器与差分式放与差分式放大电路的差大电路的差别：别：（a）原理电路）原理电路 （b）同相（或反相）乘法器代表符号）同相（或反相）乘法器代表符号电流源电流源iEE受受输入电压输入电压vY的控制的控制模拟集成电路(312)课件6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟

59、乘法器的工作原理1.变跨导二象限乘法器变跨导二象限乘法器单入双出方式单入双出方式becXO1drRA vvv即即XbecO1vvrR 又又EQbbebbbbe)1(IVrrrrT EQ)1(IVT E1)1(iVT 所以所以mXcO1gR vv m1)1(g 模拟集成电路(312)课件6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理1.变跨导二象限乘法器变跨导二象限乘法器 对于对于T3、T4构成的镜像电流构成的镜像电流源，当源，当vY VBE时时RiYEEv 所以所以YXcO12vvvTRVR YXvvK 其中其中TRVRK2c（乘法运算）（乘法运算）mXcO1gR vv

60、YEEE1m212vTTTRVViVig 而而由由vY 控制跨导控制跨导gm变化变化，所以称为变跨导乘法器，所以称为变跨导乘法器模拟集成电路(312)课件6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理1.变跨导二象限乘法器变跨导二象限乘法器电路的最后输电路的最后输 O112OvvRR YX12vvRRK 缺点：缺点：精度差精度差 vY必须大于必须大于0V，只能实现两个象限的乘法运算，只能实现两个象限的乘法运算模拟集成电路(312)课件6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理2.2.双平衡四象限乘法器双平衡四象限乘法器 T1、T2和和T3、T4为

61、两个为两个并联的差分式电路，并联的差分式电路，T5、T6为压控电流源电路。为压控电流源电路。由于由于)1e(BEESEC TVIiiv所以所以TTVVii/)(C2C1XBE2BE1eevvv 而而 iC1iC2iC5，iC4iC3iC6 TVIBEeESv 1eXC5C2 TViivC5C11eeXXiiTTVV vv模拟集成电路(312)课件6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理2.2.双平衡四象限乘法器双平衡四象限乘法器C5C11eeXXiiTTVV vv1eXC5C2 TViiv1e1eXXC5C2C1 TTVViiivvTVi2thXC5v 同理同理TV

62、iii2thXC6C3C4v TVIii2thYEEC6C5v 又又 i1,3iC1iC3，i2,4iC2iC4 模拟集成电路(312)课件6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理2.2.双平衡四象限乘法器双平衡四象限乘法器c2,41,3O1)(Rii v最后可得最后可得TTVVIR2th2thYXEEcvv 当当vX 2VT、vY 2VT时时TTVVIR22YXEEcO1vvv YXYX2EEc4vvvvKVIRT 其中其中2EEc4TVIRK （乘法运算）（乘法运算）信号大时增加非线性补偿电路信号大时增加非线性补偿电路模拟集成电路(312)课件1.运算电路运算电

63、路6.6.2 放模拟乘法器的应用放模拟乘法器的应用乘方乘方 模拟集成电路(312)课件1.运算电路运算电路6.6.2 放模拟乘法器的应用放模拟乘法器的应用除法除法 只有当只有当vX2为正极性时，才能保证运算放大器是处于负反为正极性时，才能保证运算放大器是处于负反馈工作状态，而馈工作状态，而vX1则可正可负，故属二象限除法器。则可正可负，故属二象限除法器。利用虚短和虚断概念有利用虚短和虚断概念有0221X1 RRvvX2o2vvvK X2X112ovvv KRR得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有模拟集成电路(312)课件1.运算电路运算电路6.6.2 放模拟乘法器的应用放模拟乘法器的应用开平方

64、开平方 利用虚短和虚断概念有利用虚短和虚断概念有02i RRvv2o2vvK Kiovv 得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有vi必须为负值时，电路才能正常工作。必须为负值时，电路才能正常工作。模拟集成电路(312)课件2.压控放大器压控放大器6.6.2 放模拟乘法器的应用放模拟乘法器的应用 乘法器的一个输入端加一直流控制电压乘法器的一个输入端加一直流控制电压VC，另一输入端，另一输入端加一信号电压加一信号电压vs时，乘法器就成了增益为时，乘法器就成了增益为KVc的放大器。当的放大器。当Vc为可调电压时，就得到可控增益放大器。为可调电压时，就得到可控增益放大器。调制和解调在通信、广播、电视和遥

65、控等领域中得到调制和解调在通信、广播、电视和遥控等领域中得到广泛的应用。利用模拟乘法器的功能很容易实现调制和解广泛的应用。利用模拟乘法器的功能很容易实现调制和解调的功能。调的功能。3.调制解调调制解调end模拟集成电路(312)课件本章讨论的问题：本章讨论的问题：1.什么是集成运算放大电路？将分立元件直接耦合放什么是集成运算放大电路？将分立元件直接耦合放大电路做在一个硅片上就是集成运放吗？集成运大电路做在一个硅片上就是集成运放吗？集成运放电路结构有什么特点？放电路结构有什么特点？2.集成运放由哪几部分组成？各部分的作用是什么？集成运放由哪几部分组成？各部分的作用是什么？3.如何设置集成运放中各级放大电路的静态工作点？如何设置集成运放中各级放大电路的静态工作点？4.集成运放的电压传输特性有什么特点？集成运放的电压传输特性有什么特点？5.如何评价集成运放的性能？有哪些主要指标？如何评价集成运放的性能？有哪些主要指标？6.集成运放有哪些类型？如何选择？使用时应注意哪集成运放有哪些类型？如何选择？使用时应注意哪些问题？些问题？