模拟电子技术基础 第六章 模拟集成电路.pptx

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1、6.1 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6.4 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 用电路的影响6.2 差分式放大电路模拟电子技术基础(第五版)课件 康华光 6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术6.1.1 BJT电流源电路6.1.2 FET电流源1.1.镜像电流源 镜像电流源2.2.微电流源 微电流源3.3.高输出阻抗电流源 高输出阻抗电流源4.4.组合电流源 组合电流源1.MOSFET 1.MOSFET镜像电流源 镜像电流源2.MOSFET 2.MOSFET多路电流源 多路电流源3.JFET 3.JFET电流源 电流源6.1.1 BJT电

2、流源电路1.1.镜像电流源镜像电流源T1、T2的参数全同 即12，ICEO1ICEO2 当BJT的较大时，基极电流IB可以忽略 IoIC2IREF 代表符号6.1.1 BJT电流源电路1.1.镜像电流源镜像电流源动态电阻 一般一般rroo在几百千欧以上在几百千欧以上6.1.1 BJT电流源电路2.2.微电流源微电流源由于由于很小，很小，所以所以IIC2C2也很小。也很小。rorce2（1）（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）A1和A3分别是T1和T3的相对结面积 动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻为高6.1.1 BJT电流源电路3.3.高输出阻抗电

3、流源高输出阻抗电流源6.1.1 BJT电流源电路4.4.组合电流源组合电流源T1、R1 和T4支路产生基准电流IREFT1和T2、T4和T5构成镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了微电流源6.1.2 FET电流源1.MOSFET1.MOSFET镜像电流源镜像电流源当器件具有不同的宽长比时（=0）ro=rds2 MOSFET基本镜像电路流 6.1.2 FET电流源1.MOSFET1.MOSFET镜像电流源镜像电流源 用T3代替R，T1T3特性相同，且工作在放大区，当=0时，输出电流为 常用的镜像电流源 6.1.2 FET电流源2.MOSFET2.MOSFET多路电流源多路电流源6.1.2 FE

4、T电流源3.JFET3.JFET电流源电流源end(a)电路(b)输出特性 6.2 差分式放大电路6.2.1 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6.2.3 源极耦合差分式放大电路6.2.1 差分式放大电路的一般结构1.1.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电路6.2.1 差分式放大电路的一般结构2.2.有关概念有关概念差模信号共模信号差模电压增益共模电压增益总输出电压其中 差模信号产生的输出共模信号产生的输出共模抑制比反映抑制零漂能力的指标6.2.1 差分式放大电路的一般结构2.2.有关概念有关概念根据有 共模信号相当于两个输入端信号中相同的局部

5、差模信号相当于两个输入端信号中不同的局部 两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。6.2.2 射极耦合差分式放大电路1.1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理6.2.2 射极耦合差分式放大电路1.1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理静态动态仅输入差模信号，大小相等，相位相反。大小相等，信号被放大。相位相反。1.1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理2.2.抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理 温温度度变变化化和和电电源源电电压压波波动动，都都将将使使集集电电极极电电流流产产生生变变化化。且且变变化化趋趋势势是是相相同的，同的，其其效效果果相相当当于于在在两两个个

6、输入端参加了共模信号。输入端参加了共模信号。这 这一 一过 过程 程类 类似 似于 于分 分压 压式 式射 射极 极偏 偏置 置电 电路 路的 的温 温度 度稳 稳定 定过 过程 程。所 所以 以，即 即使 使电 电路 路处 处于 于单 单端 端输 输出 出方 方式 式时 时，仍 仍有 有较 较强 强的 的抑 抑制 制零 零漂 漂能力。能力。2.2.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3.3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况接入负载时以双倍的元器件换 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

7、入、双出3.3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况 双入、单出 双入、单出接入负载时3.3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况 单端输入 单端输入等效于双端输入 指标计算与双端输入相同。3.3.主要指标计算主要指标计算（2）共模情况 双端输出 双端输出 共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。所以共模增益 单端输出 单端输出抑制零漂能力增强3.3.主要指标计算主要指标计算（2）共模情况（3）共模抑制比双端输出，理想情况 双端输出，理想情况单端输出 单端输出抑制零漂能力 越强单端输出时的总输出电压 单端输出时的总输出电压（4）频率响应高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。高频响

8、应与共射电路相同，低频可放大直流信号。例(4)(4)当输出接一个 当输出接一个12k 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:(1)(1)静态 静态(2)(2)电压增益 电压增益(3)(3)差分电路的共模增益 差分电路的共模增益共模输入电压 共模输入电压不计共模输出电压时 不计共模输出电压时(4)(4)4.4.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 IE6 IREFIO IE54.4.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（负载开路）则 单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益 4.4.

9、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 Rid2rbe输出电阻4.4.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 Ricrbe2(1)ro56.2.3 源极耦合差分式放大电路1.CMOS1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路6.2.3 源极耦合差分式放大电路1.CMOS1.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而:所以：6.2.3 源极耦合差分式放大电路1.CMOS1.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vo2(id4-id2)(ro2/ro4)gm vid（ro2/ro4）

10、(ro2/ro4)gm(ro2/ro4)与双端输出相同end6.3 差分式放大电路的传输特性根据iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2 又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得传输特性曲线 vO1，vO2f（vid）vO1，vO2f（vid）的传输特性曲线end6.4 集成电路运算放大器6.4.1 集成电路运算放大器CMOS MC14573 6.4.2 集成运算放大器7416.4.1 CMOS MC14573 集成电路运算放大器1.1.电路结构和工作原理电路结构和工作原理2.2.电路技术指标的分析计算电路技术指标的分析计算(1

11、)(1)直流分析直流分析已知VT 和KP5，可求出IREF 根据各管子的宽长比，可求出其它支路电流。(2)(2)小信号分析小信号分析设 gm1=gm2=gm 则2.2.电路技术指标的分析计算电路技术指标的分析计算输入级电压增益(2)(2)小信号分析小信号分析2.2.电路技术指标的分析计算电路技术指标的分析计算总电压增益 Av=Av1Av2 Av2=vo/v gs7=gm7(rds7/rds8)第二级电压增益 将参数代入计算得 Av=40884.8（92.2 dB）6.4.2 集成运算放大器741原理电路 6.4.2 集成运算放大器741简化电路end6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用

12、电路的影响6.5.1 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6.5.1 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VIO 在室温（25）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调电压VIO。一般约为（110）mV。超低失调运放为（120）V。高精度运放OP-117 VIO=4 V。MOSFET达20 mV。2.输入偏置电流IIB 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 IIB（IBNIBP）/2 BJT为10 nA1A；MOSFET运放IIB在pA数量级

13、。6.5.1 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IIO 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端的静态基极电流之差，即IIO|IBPIBN|一般约为1 nA0.1A。4.温度漂移（1）输入失调电压温漂VIO/T（2）输入失调电流温漂IIO/T6.5.1 实际集成运放的主要参数差模特性差模特性1.开环差模电压增益Avo和带宽BW 开环差模电压增益AvO开环带宽BW(fH)单位增益带宽 BWG(fT)741型运放AvO的频率响应 6.5.1 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rid和输出电阻ro

14、 BJT输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放rid1012超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的ro200，而超高速AD9610的ro0.05。3.最大差模输入电压Vidmax6.5.1 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KCMR和共模输入电阻ric 一般通用型运放KCMR为（80120）dB，高精度运放可达140dB，ric100M。2.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1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 13V。6.5.1 实际集成运放的主要参数大信号动态特性大信号动

15、态特性1.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，输出电压对时间的最大变化速率，即 假设信号为viVimsin2 ft，则运放的SR必须满足SR2fmaxVom6.5.1 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BWP 指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标。一般通用型运放SR在nV/s以下，741的SR=0.5V/s而高速运放要求SR30V/s以上。目前超高速的运放如AD9610的SR3500V/s。电源特性电源特性1.电源电压抑制比KSVR 衡量电源电压波动对输出电压的影响 2.静态功耗P

16、V 6.5.1 实际集成运放的主要参数1.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2.失调电压VIO、失调电流IIO和偏置电流IIB带来的误差 6.5.2 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解得误差电压 解得误差电压当 当 时，可以 时，可以消 消除 除偏 偏置 置电 电流 流

17、引 引起 起的 的误差，此时 误差，此时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 C，则，则时间越长，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。引起的误差仍存在 引起的误差仍存在end3.调零补偿6.5.2 集成运放应用中的实际问题（a）调零电路（b）反相端加入补偿电路谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH