第6章 模擬集成電路

1、*1*2 介紹集成模擬電路的特點(diǎn)。介紹集成模擬電路的特點(diǎn)。2.2.電流源電路電流源電路集成模擬電路的典型單元電路集成模擬電路的典型單元電路之一之一包括包括鏡像電流源鏡像電流源微電流源微電流源多路電流源多路電流源各自適用范圍主要內(nèi)容主要內(nèi)容*3主要內(nèi)容主要內(nèi)容3.差分式放大電路差分式放大電路集成模擬電路的典型單元集成模擬電路的典型單元電路之二。電路之二。根據(jù)輸入、輸出的不同，可組合成四種典型根據(jù)輸入、輸出的不同，可組合成四種典型電路（雙入雙出、雙入單出、單入雙出、單電路（雙入雙出、雙入單出、單入雙出、單入單出），要求會(huì)求各種電路參數(shù)。入單出），要求會(huì)求各種電路參數(shù)。*4概概 述述一一. .集成電

2、路集成電路簡稱簡稱IC【Integrated Circuit】6060年代初發(fā)展起來。年代初發(fā)展起來。它是在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，將各種元它是在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，將各種元器件和連線等集成在一片硅片上而制成的。器件和連線等集成在一片硅片上而制成的。優(yōu)點(diǎn)：密度高、引線短、外部接線大為減少，優(yōu)點(diǎn)：密度高、引線短、外部接線大為減少，提高電子設(shè)備的可靠性和靈活性，并降低了提高電子設(shè)備的可靠性和靈活性，并降低了成本。成本。*5 概概 述述二二. .集成電路分類集成電路分類按功能分，按功能分，可分為：可分為：數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路模擬集成電路模擬集成電路輸入量和輸出量為高、低電平，且具有輸入量和輸

3、出量為高、低電平，且具有一定邏輯關(guān)系的電路。一定邏輯關(guān)系的電路。數(shù)字集成電路以外的集成電路統(tǒng)稱為模數(shù)字集成電路以外的集成電路統(tǒng)稱為模擬集成電路。擬集成電路。最典型的：集成運(yùn)算放大器最典型的：集成運(yùn)算放大器（簡稱（簡稱集成集成運(yùn)放運(yùn)放：Integrated Operation Amplifier）*6 概概 述述三三. .特特 點(diǎn)點(diǎn)電路參數(shù)一致性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。電路參數(shù)一致性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。用有源器件代替無源器件。用有源器件代替無源器件。采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的電路。采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的電路。級間采用直接耦合方式。級間采用直接耦合方式。常用耦合方式有三種：常用耦合方式有三種：直接耦合直接

4、耦合通過電容耦合通過電容耦合稱阻容耦合稱阻容耦合通過變壓器耦合通過變壓器耦合用三極管的發(fā)射結(jié)代替二極管。用三極管的發(fā)射結(jié)代替二極管。*76 6 模擬集成電路模擬集成電路6.1 模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)6.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性6.4 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器6.5 實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對應(yīng)實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對應(yīng) 用電路的影響用電路的影響6.2 差分式放大電路差分式放大電路*8電流源電路電流源電路就是在模擬集成電路就是在模擬集成電路中最常用的偏置電路，它不僅可以為模中最常用的偏置電路，它不僅可以為模擬

5、集成電路提供穩(wěn)定的偏置電流，還可擬集成電路提供穩(wěn)定的偏置電流，還可以作模擬集成電路的有源負(fù)載。以作模擬集成電路的有源負(fù)載。6.1 模擬集成電路中的模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)直流偏置技術(shù)*96.1 模擬集成電路中的模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)直流偏置技術(shù)6.1.1 BJT電流源電路電流源電路6.1.2 FET電流源電流源1. 鏡像電流源鏡像電流源2. 微電流源微電流源3. 高輸出阻抗電流源高輸出阻抗電流源4. 組合電流源組合電流源1. MOSFET鏡像電流源鏡像電流源2. MOSFET多路電流源多路電流源3. JFET電流源電流源*106.1.1 BJT電流源電路電流源電路1. 鏡像電流源鏡像

6、電流源BE1BE2=VVE1E2= IIC1C2= IIT T1 1、T T2 2的參數(shù)全同的參數(shù)全同 即即12，ICEO1ICEO2 電源電源VCC通過電阻通過電阻R和和T T1 1產(chǎn)產(chǎn)生一個(gè)生一個(gè)基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流IREF，則，則RVVIBECCREF1IREFIC1IC2VCCRCT2T1IB1IB2+-VBE1+-VBE2*11IREFIC1IC2VCCRCT2T1IB1IB2+-VBE1+-VBE2而而BREFCIII21又又21CCIIBREFCIII22又又 2222CCBBIIII整理后，得整理后，得REFCII 2112 222CREFCIII當(dāng)滿足條件當(dāng)滿足條件2時(shí)，時(shí)，02

7、 有有REFCII 26.1.1 BJT電流源電路電流源電路*126.1.1 BJT電流源電路電流源電路IREFIC1IC2VCCRCT2T1IB1IB2+-VBE1+-VBE2即即RVVIIBECCREFC12 且通常有且通常有VCCVBE1RVIICCREFC 2由推導(dǎo)可見由推導(dǎo)可見，IREF由由VCC和和R決定，而決定，而IC2像像IREF的鏡的鏡像，與其本身一側(cè)的電阻像，與其本身一側(cè)的電阻RC無關(guān)。所以，無關(guān)。所以，無論無論Rc的的值如何，值如何， IC2的電流值將的電流值將保持不變。保持不變。*136.1.1 BJT電流源電路電流源電路 當(dāng)當(dāng)BJT的的較大時(shí)，基極較大時(shí)，基極電流電流

8、IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREFRVVRVVVEECCEEBECC)(代表符號代表符號*146.1.1 BJT電流源電路電流源電路動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻 2B12CE2Co)(Ivir 一般一般ro在幾百千歐以上在幾百千歐以上ce r *15補(bǔ)償作用鏡像電流源的特點(diǎn)鏡像電流源的特點(diǎn)T 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；結(jié)構(gòu)簡單；適用于較大工作電流適用于較大工作電流（mA級）的場合。級）的場合。T 適用范圍：適用范圍：T T1 1管對管對T T2 2管具有一定的管具有一定的溫度補(bǔ)償作用溫度補(bǔ)償作用，使得，使得IC2的溫度穩(wěn)定性較好。的溫度穩(wěn)定性較好。溫度溫度TIC2IC1IREFVR(=IREFR)VBI

9、BIC2T則相則相反反IREFIC1IC2VCCRCT2T1IB1IB2+-VBE1+-VBE2VB6.1.1 BJT電流源電路電流源電路*16T 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：當(dāng)直流電源當(dāng)直流電源VCC變化時(shí)，輸出電流變化時(shí)，輸出電流IC2幾乎按同樣的幾乎按同樣的規(guī)律波動(dòng)，因此規(guī)律波動(dòng)，因此不適用于直流源在大范圍內(nèi)變化不適用于直流源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放的集成運(yùn)放。若若輸入級要求微安級的偏置電流輸入級要求微安級的偏置電流，則所用電阻將，則所用電阻將達(dá)到兆歐級，在集成電路中達(dá)到兆歐級，在集成電路中無法實(shí)現(xiàn)無法實(shí)現(xiàn)。該電路限制該電路限制22時(shí)才成立時(shí)才成立，若，若值很小時(shí)，值很小時(shí)，IC2與與IREF就存在一定

10、的差別，不能達(dá)到很好的鏡像。就存在一定的差別，不能達(dá)到很好的鏡像。鏡像電流源的特點(diǎn)鏡像電流源的特點(diǎn)6.1.1 BJT電流源電路電流源電路*17IREFIC1IC2VCCRCT2T1IB1IB2+-VBE1+-VBE2【鏡像電流源電路】為彌補(bǔ)缺點(diǎn)2，即減少IC2值至微安級，需改進(jìn)原電路IREFIC1IC2VCCRe2T2T1IB1IB2+-VBE1+-VBE2【微電流源電路】IE26.1.1 BJT電流源電路電流源電路2. 微電流源微電流源*186.1.1 BJT電流源電路電流源電路2. 微電流源微電流源IREFIC1IC2VCCRe2T2T1IB1IB2+-VBE1+-VBE2IE2當(dāng)基準(zhǔn)電流

11、當(dāng)基準(zhǔn)電流IREF一定時(shí)，一定時(shí)，IC2可得：可得：222122eBEeBEBEECRVRVVII 式中式中(VBE1-VBE2)通常只有幾通常只有幾十毫伏，甚至更小，因此，只要十毫伏，甚至更小，因此，只要用阻值不大的用阻值不大的Re2（幾千歐）即（幾千歐）即可可獲得微小的工作電流獲得微小的工作電流IC2（A級），級），稱為稱為微電流源微電流源。*196.1.1 BJT電流源電路電流源電路2. 微電流源微電流源e2BE2BE1RVV E2C2OIII e2BERV 由于由于很小，很小，BEV 所以所以IC2也很小。也很小。rorce2（1 ） e2be2e2RrR （參考射極偏置共射放大電路的

12、輸出電阻（參考射極偏置共射放大電路的輸出電阻 ）oR *20A1和和A3分別是分別是T1和和T3的相對結(jié)面積的相對結(jié)面積 動(dòng)態(tài)輸出電阻動(dòng)態(tài)輸出電阻ro遠(yuǎn)比微電流源的動(dòng)態(tài)輸出電阻為高遠(yuǎn)比微電流源的動(dòng)態(tài)輸出電阻為高6.1.1 BJT電流源電路電流源電路3. 高輸出阻抗電流源高輸出阻抗電流源RVVVVIEEBE23BECCREF REF13C2oIAAII *216.1.1 BJT電流源電路電流源電路4. 組合電流源組合電流源T1、R1 和和T4支路產(chǎn)生基準(zhǔn)電流支路產(chǎn)生基準(zhǔn)電流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVI T1和和T2、T4和和T5構(gòu)成鏡像電流源構(gòu)成鏡像電流源T1和和T3，T4和

13、和T6構(gòu)成了微電流源構(gòu)成了微電流源*226.1.1 BJT電流源電路電流源電路IREF4.4.電流源用作有源負(fù)載電流源用作有源負(fù)載下圖為一個(gè)采用有源負(fù)載的單管共射放大電路。下圖為一個(gè)采用有源負(fù)載的單管共射放大電路。T1:放大管T2:有源負(fù)載組成鏡像電流源，代替原來共射放大電路中的電阻RC。電流源特點(diǎn)：電流源特點(diǎn)：直流電阻直流電阻小，交流電阻大。小，交流電阻大。 在模擬集成電路中，在模擬集成電路中，廣泛地把它作為負(fù)載使廣泛地把它作為負(fù)載使用，稱為用，稱為有源負(fù)載有源負(fù)載。*236.1.1 BJT電流源電路電流源電路IREF4.4.電流源用作有源負(fù)載電流源用作有源負(fù)載設(shè)設(shè)T2和和T3管特性完全相同

14、，有管特性完全相同，有2= 3=IC2=IC3基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流RVRVVICCEBCCREF3由基準(zhǔn)電流就可以確定放大由基準(zhǔn)電流就可以確定放大管的空載靜態(tài)工作電流管的空載靜態(tài)工作電流IC1Q：REFCII 2112REFCQCIII221 *246.1.1 BJT電流源電路電流源電路4.4.電流源用作有源負(fù)載電流源用作有源負(fù)載在集成運(yùn)放中常常用三極管代替負(fù)載電阻在集成運(yùn)放中常常用三極管代替負(fù)載電阻RC，組，組成有源負(fù)載，以獲得較高的電壓放大倍數(shù)。成有源負(fù)載，以獲得較高的電壓放大倍數(shù)。 在共射電路中，可使每級的電壓增益達(dá)在共射電路中，可使每級的電壓增益達(dá)10103 3甚甚至更高。至更高。三極管的

15、集電極具有三極管的集電極具有等效電阻等效電阻rce比較大比較大的特點(diǎn)的特點(diǎn)電流源亦常用作射極負(fù)載。電流源亦常用作射極負(fù)載。*256.1.2 FET電流源電流源1. MOSFET鏡像電流源鏡像電流源當(dāng)器件具有不同的寬長比時(shí)當(dāng)器件具有不同的寬長比時(shí)RVVVIIIGSSSDDREFD2O REF1122O/ILWLWI （ =0=0）MOSFET基本鏡像電流基本鏡像電流 源源Ddsoirr1*266.1.2 FET電流源電流源1. MOSFET鏡像電流源鏡像電流源2T2GS22n2T2GS22n2D2)( )()/(VVKVVKLWI 用用T3代替代替R，T1T3特性相同，特性相同，且工作在放大區(qū)，

16、當(dāng)且工作在放大區(qū)，當(dāng) =0時(shí)時(shí)，輸出，輸出電流為電流為 常用的鏡像電流源常用的鏡像電流源 *276.1.2 FET電流源電流源2. MOSFET多路電流源多路電流源REF1122D2/ILWLWI REF1133D3/ILWLWI REF1144D4/ILWLWI 2T0GS0n0D0REF)( VVKII *286.1.2 FET電流源電流源3. JFET電流源電流源(a) 電路電路 (b) 輸出特性輸出特性 *29 本節(jié)介紹了幾類電流源電路：本節(jié)介紹了幾類電流源電路： 鏡像電流源、微電流源、多路電流源。鏡像電流源、微電流源、多路電流源。 關(guān)鍵是要掌握電流源電路的應(yīng)用場合：關(guān)鍵是要掌握電流源

17、電路的應(yīng)用場合：(1)(1)最主要是最主要是用于集成運(yùn)放的偏置電路用于集成運(yùn)放的偏置電路中，中，為各級放大電路提供穩(wěn)定的偏置電流為各級放大電路提供穩(wěn)定的偏置電流（或靜態(tài)電流）；（或靜態(tài)電流）；(2)(2)代替大電阻作放大電路的代替大電阻作放大電路的有源負(fù)載有源負(fù)載。小小 結(jié)結(jié)*306.2 差分式放大電路差分式放大電路6.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路6.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路*316.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)1. 用三端器件組成的差分式放大電路用三端器

18、件組成的差分式放大電路*32線性放大電路vi1vi2vo 就其功能來說，它是就其功能來說，它是兩個(gè)輸入信號之差兩個(gè)輸入信號之差。 多用于集成運(yùn)放的輸入級。多用于集成運(yùn)放的輸入級。 如右圖所示，在電如右圖所示，在電路完全對稱的理想情路完全對稱的理想情況下，輸出信號電壓況下，輸出信號電壓可表示為：可表示為：vo=AVD(vi1-vi2)Avd差分式放大電路的差模電壓增益差分式放大電路的差模電壓增益6.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)1. 用三端器件組成的差分式放大電路用三端器件組成的差分式放大電路*336.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)2. 有關(guān)概

19、念有關(guān)概念i2i1id=vvv 差模信號差模信號)(21=i2i1icvvv 共模信號共模信號idod=vvv A差模電壓增益差模電壓增益icoc=vvv A共模電壓增益共模電壓增益icciddooo =vvvvvvvAA 總輸出電壓總輸出電壓其中其中ov 差模信號產(chǎn)生的輸出差模信號產(chǎn)生的輸出ov 共模信號產(chǎn)生的輸出共模信號產(chǎn)生的輸出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指標(biāo)反映抑制零漂能力的指標(biāo)cdCMR=vvAAK*346.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)2. 有關(guān)概念有關(guān)概念根據(jù)根據(jù)2=idici1vvv 2=idici2vvv i2i1id=vvv )(21=i

20、2i1icvvv 有有 共模信號相當(dāng)于兩個(gè)輸入共模信號相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號中相同的部分端信號中相同的部分 差模信號相當(dāng)于兩個(gè)輸入差模信號相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號中不同的部分端信號中不同的部分 兩輸入端中的共模信號兩輸入端中的共模信號大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信號大小相等，相位相反。號大小相等，相位相反。*356.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理T1與與T2的特性完全相同，電路結(jié)構(gòu)對稱。的特性完全相同，電路結(jié)構(gòu)對稱。電路參數(shù)也相同，即：電路參數(shù)也相同，即：CCCRRR21BBBIII21BEBEBEVVV21 21

21、等等。等等。*366.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理021iivvVBE取取0.7V（1 1）靜態(tài)分析）靜態(tài)分析oEEIII2121則：則：又又2211ECECIIII , oCCIII2121 121CBBIIIEBBEVVV 而而021iivv0 BVBEBEVVV VVE7 . 07 . 00 *37Q點(diǎn)各參數(shù)已求得：點(diǎn)各參數(shù)已求得： V RIVRIVVRIVVCCCCCCCCECCCCCE7 . 07 . 0 oCCIII2121 121CBBIII RIVVVCCCCCECE7 . 021 同時(shí)，同時(shí)，021 CCoVV

22、V即輸入信號為即輸入信號為0時(shí)，輸時(shí)，輸出信號也為出信號也為0。6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理021iivv（1 1）靜態(tài)分析）靜態(tài)分析*38(2)動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析僅輸入差模信號，僅輸入差模信號， 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信號被放大。信號被放大。相位相反。相位相反。1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理*392. 抑制零點(diǎn)漂移原理抑制零點(diǎn)漂移原理關(guān)于關(guān)于“零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移”T 定義：定義：輸入電壓（輸入電壓（vi）為零而輸出電壓（）

23、為零而輸出電壓（vo）不為零且緩）不為零且緩慢變化的現(xiàn)象，稱為慢變化的現(xiàn)象，稱為零點(diǎn)漂移現(xiàn)象零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，簡稱，簡稱零漂。零漂。T 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：以目前的工藝水平，以目前的工藝水平，由溫度變化所引起的半導(dǎo)體器由溫度變化所引起的半導(dǎo)體器件參數(shù)變化件參數(shù)變化成為產(chǎn)生零漂現(xiàn)象的主要原因，因而也成為產(chǎn)生零漂現(xiàn)象的主要原因，因而也稱零點(diǎn)漂移為稱零點(diǎn)漂移為溫度漂移溫度漂移，簡稱，簡稱溫漂溫漂。T 差分放大電路對抑制零點(diǎn)漂移具有很好的效果差分放大電路對抑制零點(diǎn)漂移具有很好的效果*402. 抑制零點(diǎn)漂移原理抑制零點(diǎn)漂移原理 溫度變化和電源電壓波溫度變化和電源電壓波動(dòng)，都將使集電極電流產(chǎn)動(dòng)，都將使集電極電

24、流產(chǎn)生變化，且變化趨勢是相生變化，且變化趨勢是相同的。同的。 其效果相當(dāng)于在兩個(gè)其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號。輸入端加入了共模信號。*41 iC1 iC2 溫溫度度 iC1 iE1 iC2 iE2 這一過程類似于分壓式射這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。所以，即使電路處于單端輸出所以，即使電路處于單端輸出方式時(shí)，仍有較強(qiáng)的抑制零漂方式時(shí)，仍有較強(qiáng)的抑制零漂能力。能力。 vE （vB1、vB2不變）不變） vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 2. 抑制零點(diǎn)漂移原理抑制零點(diǎn)漂移原理差分式放大電路對共模信號有很強(qiáng)抑制作用差分式放大電路對共模信

25、號有很強(qiáng)抑制作用*423. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況 idod=vvvAi2i1o2o1vvvv 接入負(fù)載時(shí)接入負(fù)載時(shí)i1o122vv becrR beLcd)21/(=rRRA v以雙倍的元器件換以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力 雙入、雙出雙入、雙出*43（1）差模情況）差模情況 雙入、雙出雙入、雙出【微變等效電路】vo+-+vC1vC2-+ib1ib2ib1ib2idivv211idivv212+-vid+vC1vC2vo+-vi1+-vi2eb1b2注意注意這里討論的輸入信號已不是這里討論的輸入信號已不是純正弦波，而是雜波信號，純正弦波，而是雜波信

26、號，所以所以不再用向量形式的符號不再用向量形式的符號表示了表示了。時(shí)221idiivvv*44（1）差模情況）差模情況 雙入、雙出雙入、雙出時(shí)221idiivvvvo+-+vC1vC2-+ib1ib2ib1ib2idivv211idivv212+-vid+求求Ri：beirR2 求求Ro：CoRR2 電壓增益與單管放大電壓增益與單管放大電路的完全相同，可電路的完全相同，可見見該電路是用成倍的該電路是用成倍的元器件以換取抑制零元器件以換取抑制零漂的能力漂的能力。*45+-vi1+-vi2roIoeb1b2vC1+-vo電電 路路 適適 用用 范范 圍圍將雙端輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出，常用于多級直接耦合

27、放大電路的輸入級和中間級。3. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況以從以從vc1取輸出電壓為例：取輸出電壓為例：由于單端輸出，使得輸出回路不再對稱，故由于單端輸出，使得輸出回路不再對稱，故會(huì)影響到靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。會(huì)影響到靜態(tài)工作點(diǎn)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。當(dāng)分別從當(dāng)分別從T1或或T2輸出輸出時(shí)，有時(shí)，有beCVDVDrRAA2211 beCVDVDrRAA2212 雙入、單出雙入、單出*46+-vi1+-vi2roIoeb1b2vC1+-vo3. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況 雙入、單出雙入、單出211ido1d1=iiovvvAvvvi1o12vvd21vA bec

28、2rR 接入負(fù)載時(shí)接入負(fù)載時(shí)beLcd2)/(=rRRA vbeCvdioiiorRAvvvvvA2212=22212ido2d2vvv*47但有一點(diǎn)提醒注意：對于單端輸出電路（無論是雙入還是單入），選對于單端輸出電路（無論是雙入還是單入），選擇從不同的三極管輸出，會(huì)使輸出電壓與輸入電擇從不同的三極管輸出，會(huì)使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。壓反相或同相。比如：從比如：從vc1輸出，有輸出，有beCidcDVrRvvAC211 從從vc2輸出，有輸出，有beCidcDVrRvvAC222 3. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況 單出單出*483. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（1）差

29、模情況）差模情況 單端輸入單端輸入eorr 等效于雙端輸入等效于雙端輸入指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同。指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同。分析后發(fā)現(xiàn)：分析后發(fā)現(xiàn)：AVD、Ri和和Ro與雙入時(shí)均相同。與雙入時(shí)均相同。*49 連接方式連接方式差模特性差模特性 差模電壓增益差模電壓增益 差模輸入電阻差模輸入電阻 差模輸出電阻差模輸出電阻AVD Rid Rod雙端輸入雙端輸入-雙端輸出雙端輸出AVD=- -RL/RB1+rbeRL=RC/(RL/2)Rid=2(RB1+rbe)+(1+)RErbe=200+(1+)26mV/IC1mARod=2Rc單端輸入單端輸入-雙端輸出雙端輸出同上同上同上同上同上同上雙端輸入雙端輸

30、入-單端輸出單端輸出AVD=- -RL/2(RB1+rbe)RL=RC/RL同上同上Ro=Rc單端輸入單端輸入-單端輸出單端輸出同上同上同上同上同上同上四種差分放大電路的比較四種差分放大電路的比較*503. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（2）共模情況）共模情況 雙端輸出雙端輸出 共模信號的輸入使兩管共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。集電極電壓有相同的變化。所以所以0oc2oc1oc vvv0icocc vvvA共模增益共模增益 兩管的電流或是同時(shí)增加，兩管的電流或是同時(shí)增加，或是同時(shí)減少或是同時(shí)減少ooer i v oeoer ir i 2211 可見對共模信號幾乎沒有任何放大。可見對共

31、模信號幾乎沒有任何放大。AVC越小，說明放大電路的性能越好。越小，說明放大電路的性能越好。在雙端輸出時(shí)，其輸出電壓為：在雙端輸出時(shí)，其輸出電壓為：*51 單端輸出單端輸出icoc1c1vvv A抑制零漂能力增強(qiáng)抑制零漂能力增強(qiáng)icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or c1vA3. 主要指標(biāo)計(jì)算主要指標(biāo)計(jì)算（2）共模情況）共模情況+-vi1=vic-vi2=vicroIoeb1b2+-vovC1*52（3）共模抑制比）共模抑制比cdCMRvvAAK dB lg20cdCMRvvAAK 雙端輸出，理想情況雙端輸出，理想情況 CMRK 單端輸出單端輸出 CMRKc1d1vvAAbeo

32、rr 越越大大， CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越強(qiáng)越強(qiáng)單端輸出時(shí)的總輸出電壓單端輸出時(shí)的總輸出電壓)1(idCMRicidd1o1vvvvvKA （4）頻率響應(yīng)）頻率響應(yīng)高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號。高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號。KCMR越大，說明差放分辨越大，說明差放分辨差模信號的能力越強(qiáng)，而差模信號的能力越強(qiáng)，而抑制共模信號的能力越強(qiáng)。抑制共模信號的能力越強(qiáng)。*53 4.差分放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)差分放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)(1)差模電壓放大倍數(shù)與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)。方式有關(guān)。雙端輸出時(shí)：雙端輸

33、出時(shí)：berRACVD 單端輸出時(shí)：單端輸出時(shí)：be2rRACVD 與單管放大電路相同與單管放大電路相同為雙端輸出時(shí)的一半為雙端輸出時(shí)的一半*54 4.差分放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)差分放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)(2)(2)共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)。與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)。雙端輸出時(shí)：雙端輸出時(shí)：單端輸出時(shí)：單端輸出時(shí)：0VCAoVCrRA2C(3)差模輸入電阻差模輸入電阻不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。是基本放大電路的兩倍。beid2rR*55 4

34、.差分放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)差分放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)(4)(4)輸出電阻輸出電阻CRR o單端輸出時(shí)：單端輸出時(shí)：CRR2o雙端輸出時(shí)：雙端輸出時(shí)：(5)(5)共模抑制比共模抑制比雙端輸出時(shí)共模抑制比：雙端輸出時(shí)共模抑制比：beCMRrrKo 單端輸出時(shí)共模抑制比：單端輸出時(shí)共模抑制比：CMRK【很高！】【較高！】*56【解解】（1）求每管的靜態(tài)值，）求每管的靜態(tài)值，Rp 的阻值很小，計(jì)算時(shí)略去。的阻值很小，計(jì)算時(shí)略去。R E ：共模反饋電阻。限制每個(gè)管：共模反饋電阻。限制每個(gè)管子的漂移范圍，對共模信號有很強(qiáng)子的漂移范圍，對共模信號有很強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔秘?fù)反饋?zhàn)饔?減小零點(diǎn)漂移，穩(wěn)定減小零點(diǎn)漂

35、移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)工作點(diǎn)。負(fù)電源負(fù)電源EE ：在：在+UCC一定時(shí)，過大的一定時(shí)，過大的RE會(huì)使集電極電流過小，會(huì)使集電極電流過小，而影響靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)。因此，用而影響靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)。因此，用-EE來抵償來抵償RE兩端的直流壓降兩端的直流壓降,從而獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。從而獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)?！纠}例題】在下圖所示的雙端輸入在下圖所示的雙端輸入-雙端輸出差動(dòng)放大電路中雙端輸出差動(dòng)放大電路中,已知已知U CC = 12 V , E E = -12 V , R C = 20 k , R E = 20 k , R B = 10 k, R P = 100 , R= 51,=

36、50。試求：（試求：（1）靜態(tài)值；）靜態(tài)值；（2）輸出端開路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)；）輸出端開路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)；（3）負(fù)載電阻）負(fù)載電阻 R L = 20 k 時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)；時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)；（4）輸入電阻、輸出電阻。）輸入電阻、輸出電阻。發(fā)射極電位發(fā)射極電位VE=0V.調(diào)零電位器調(diào)零電位器R P：為了使左右平衡，：為了使左右平衡，在靜態(tài)時(shí)用它將輸出電壓調(diào)為零。在靜態(tài)時(shí)用它將輸出電壓調(diào)為零。*57（2） 輸出端開路時(shí)輸出端開路時(shí)（3） R L = 20 k 時(shí)時(shí)式中式中（4）輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻*58例例(4)當(dāng)輸出接一個(gè)當(dāng)輸出接一個(gè)12k 負(fù)載負(fù)載時(shí)的差模電壓增益

37、時(shí)的差模電壓增益.解：解：求求:mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3 RIVVV。時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)，均為硅管，均為硅管，、V008050TTTOi321321 vv?mV5)3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23C vvvvv時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)?shù)闹档闹导凹?、AAARVVIII(1)靜態(tài)靜態(tài)*59 k3 . 2mV26)1(200E33be3Ir (2)電壓增益電壓增益mA37. 0c2BE3e3E3C2 RVRII V9V )7 . 0(1037. 012V12E2c2C2CE2 VRIVmA74. 022C2E2E III k2 . 5k 74. 01

38、21074. 07 . 0)12(Ee1EEe2IRIVR k78. 3mV26)1(200E22be2Ir *60 k3 .245)1(e33be3i2RrR (3)50)(2)/(b1bei2c22d2 RrRRAv9 . 3)1()/(e33beL3c32 RrRRAv1952d2 vvvAAAmV5 . 2)0mV5(21)(21i2i1ic vvv差分電路的共模增益差分電路的共模增益3 . 0)(2)1()/(e2e12b1bei2c22c2 RRRrRRAvmV972)9 . 3(5 . 2)3 . 0(550)(2icc2idd22O2O vvvvvvvvAAAA共模輸入電壓共模

39、輸入電壓不計(jì)共模輸出電壓時(shí)不計(jì)共模輸出電壓時(shí)mV975O v*61(4)時(shí)時(shí) k12LR95. 1)1()/(e33beL3c32 RrRRAv5 .972d2 vvvAAA*624. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路靜態(tài)靜態(tài) IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO IE5*634. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路差模電壓增益差模電壓增益（負(fù)載開路）（負(fù)載開路） 0ce4o2ce2o2c2c4 rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2i

40、do2d2)/(rrrvvAv 則則 單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益 *644. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路差模輸入電阻差模輸入電阻 Rid2rbece4ce2o/rrR 輸出電阻輸出電阻*654. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路共模輸入電阻共模輸入電阻 Ricrbe2(1)ro5*666.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路1. CMOS差分式放大電路差分式放大電路*676.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路1. CMOS差分

41、式放大電路差分式放大電路雙端輸出差模電壓增益雙端輸出差模電壓增益ido1i2i1o2o1d2vvvvvvv A) /(2 )/(o1o3idmo1o3i1mo1rrgrrgvvv 而而: :)/( )/(ds1ds3mo1o3mdrrgrrgA v所以：所以：*686.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路1. CMOS差分式放大電路差分式放大電路單端輸出差模電壓增益單端輸出差模電壓增益vo2(id4- -id2)(ro2/ ro4) gm vid（ro2 / ro4） )2(2idmidmvvgg (ro2/ ro4) ido2dvvv A gm(ro2 / ro4 )與雙端輸

42、出相同與雙端輸出相同*69vidvo2Rg11MRd110kRd210kR120kR32.7kR23.3kRg21MVDD+12V-VSS-12VT3T4T1T2I0iD1iD2IE31.2mAIREF1mAIE46.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路2.FET差分式放大電路差分式放大電路圖為圖為帶恒流源帶恒流源的的JFET差分式差分式放大電路。放大電路。T1和T2是差分對管恒流源電路*70本節(jié)小結(jié) 差分放大電路在電路中的作用、工作原理；差分放大電路在電路中的作用、工作原理； 零漂（即溫漂）的概念及產(chǎn)生原因；零漂（即溫漂）的概念及產(chǎn)生原因；主要討論的問題有主要討論的問題有【即

43、要會(huì)求各參數(shù)即要會(huì)求各參數(shù)】：差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)、差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)、差模輸入電阻、輸出電阻差模輸入電阻、輸出電阻 差分放大電路共有四種輸入輸出方式差分放大電路共有四種輸入輸出方式:雙入雙出、雙入單出、單入雙出、單入單出雙入雙出、雙入單出、單入雙出、單入單出*71 要注意單端輸出時(shí)的極性關(guān)系：要注意單端輸出時(shí)的極性關(guān)系：歸納出如下結(jié)論：歸納出如下結(jié)論：本級時(shí)，輸出極性相反；本級時(shí)，輸出極性相反；相對級時(shí)，輸出極性相同；相對級時(shí)，輸出極性相同；本節(jié)小結(jié)*726.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性根據(jù)根據(jù)TBE/ESEeVIiv iC1= iE1，

44、iC2= iE2vBE1= vi1= vid/2vBE2= vi2 = -vid/2 又又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得傳輸特性曲線可得傳輸特性曲線 vO1，vO2f（vid）*73vO1，vO2f（vid）的傳輸特性曲線的傳輸特性曲線*746.4 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器6.4.1 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器CMOS MC14573 6.4.2 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器741*75vPvNvo簡單的集成電路運(yùn)算放大器 典型集成運(yùn)放的方框圖：負(fù)載該方框圖分成該方框圖分成3 3個(gè)級，四個(gè)部分。個(gè)級，四個(gè)部分。每一部分構(gòu)成的電路，稱為單元電路。每

45、一部分構(gòu)成的電路，稱為單元電路。*76簡單的集成電路運(yùn)算放大器（1）輸入級（又稱前置級）要求：要求：Ri高，以便把外加信號盡可能多的吸高，以便把外加信號盡可能多的吸入電路中去，同時(shí)要考慮干擾信號的入電路中去，同時(shí)要考慮干擾信號的濾除問題。濾除問題。往往都是用往往都是用雙端輸入雙端輸入的高性能的高性能差分放大差分放大電路電路。*77簡單的集成電路運(yùn)算放大器（2）中間級作用：在這一級把信號盡量放大，使集成運(yùn)放具有較強(qiáng)作用：在這一級把信號盡量放大，使集成運(yùn)放具有較強(qiáng)的放大能力。的放大能力。多采用多采用共射（或共源）放大電路共射（或共源）放大電路（它們的它們的AV大大）；）；多采用多采用復(fù)合結(jié)構(gòu)復(fù)合結(jié)

46、構(gòu)（它們的它們的AV大大）；）；如：復(fù)合管結(jié)構(gòu)如：復(fù)合管結(jié)構(gòu)bce= 1 2bce= 1 2互補(bǔ)型互補(bǔ)型*78簡單的集成電路運(yùn)算放大器（3）輸出級要求：要求：Ro小，帶負(fù)載能力強(qiáng)；非線性失真小。小，帶負(fù)載能力強(qiáng)；非線性失真小。多采用多采用互補(bǔ)對稱輸出電路互補(bǔ)對稱輸出電路，保證功率放大。，保證功率放大。（4）偏置電路用于設(shè)置集成運(yùn)放各級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)用于設(shè)置集成運(yùn)放各級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)采用采用電流源電路電流源電路為各級提供合適的靜態(tài)工作為各級提供合適的靜態(tài)工作電流，從而確定了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。電流，從而確定了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。*79簡單的集成電路運(yùn)算放大器解題思路：解題思路：把前級的開

47、路電壓作為下級的信號源電壓；把前級的開路電壓作為下級的信號源電壓；前級的輸出電阻作為下級的信號源內(nèi)阻，而前級的輸出電阻作為下級的信號源內(nèi)阻，而下一級的輸入電阻就是前級的負(fù)載。下一級的輸入電阻就是前級的負(fù)載。結(jié)論：結(jié)論：多級放大電路的總電壓增益等于各級電壓增多級放大電路的總電壓增益等于各級電壓增益的乘積，級間的相互關(guān)系表現(xiàn)為各級的輸益的乘積，級間的相互關(guān)系表現(xiàn)為各級的輸入和輸出電阻之間的關(guān)系。入和輸出電阻之間的關(guān)系。*806.4.1 CMOS MC14573 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器1. 電路結(jié)構(gòu)和工作原理電路結(jié)構(gòu)和工作原理*812. 電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算(1

48、)(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 根據(jù)各管子的寬長比根據(jù)各管子的寬長比 ，可求出其它支路電流。，可求出其它支路電流。*82(2)(2)小信號分析小信號分析2idgs1vv 2idgs2vv 設(shè)設(shè) gm1 = gm2 = gm )/)( )/(4o2o2d4d4o2oogs7o2rriirri vv則則)/()/)(2()2( ds4ds2idm4o2oid2mid1mrrgrrggvvv 2. 電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算)/)(4

49、o2o2d1drrii )/(ds4ds2mido21rrgAv vv輸入級電壓增益輸入級電壓增益 *83(2)(2)小信號分析小信號分析2. 電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算總電壓增益總電壓增益 Av = Av1Av2 Av2= vo/ v gs7 =gm7(rds7/rds8) 第二級電壓增益第二級電壓增益 將參數(shù)代入計(jì)算得將參數(shù)代入計(jì)算得 Av = 40884.8（ 92.2 dB ）*846.4.2 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器741原理電路原理電路 *856.4.2 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器741簡化電路簡化電路*866.5 實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要實(shí)際集成運(yùn)算放大器

50、的主要參數(shù)和對應(yīng)用電路的影響參數(shù)和對應(yīng)用電路的影響6.5.1 實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)6.5.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問題*876.5.1 實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）1. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIO 在室溫（在室溫（25）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為零時(shí)，為）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為零時(shí)，為了使集成運(yùn)放的輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫做失了使集成運(yùn)放的輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫做失調(diào)電壓調(diào)電壓VIO。一般約為。一般約為（110）mV。超低失調(diào)運(yùn)放

51、為（。超低失調(diào)運(yùn)放為（120） V。高精度運(yùn)放。高精度運(yùn)放OP-117 VIO=4 V。MOSFET達(dá)達(dá)20 mV。2. 輸入偏置電流輸入偏置電流IIB 輸入偏置電流是指集成運(yùn)放輸入偏置電流是指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值 IIB（IBNIBP）/ /2 BJT為為10 nA1 A；MOSFET運(yùn)放運(yùn)放IIB在在pA數(shù)量級。數(shù)量級。*886.5.1 實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）3. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO是指當(dāng)輸入電壓為零時(shí)流入放大器兩輸入是指

52、當(dāng)輸入電壓為零時(shí)流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即端的靜態(tài)基極電流之差，即IIO|IBPIBN| 一般約為一般約為1 nA0.1 A。 4. 溫度漂移溫度漂移（1）輸入失調(diào)電壓溫漂）輸入失調(diào)電壓溫漂 VIO / T（2）輸入失調(diào)電流溫漂）輸入失調(diào)電流溫漂 IIO / T*896.5.1 實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)差模特性差模特性1. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬和帶寬BW 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益AvO開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW (fH)單位增益帶寬單位增益帶寬 BWG (fT)741型運(yùn)放型運(yùn)放AvO的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng) *906.5.1 實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)差模特性差模特性2. 差模輸入電阻差模輸入電阻rid和輸出電阻和輸出電阻ro BJT輸入級的運(yùn)放輸入級的運(yùn)放rid一般在幾百千歐到數(shù)兆歐一般在幾百千歐到數(shù)兆歐MOSFET為輸入級的運(yùn)放為輸入級的運(yùn)放rid1012超高輸入電阻運(yùn)放超高輸入電阻運(yùn)放rid1013、IIB0.040pA一般運(yùn)放的