模擬集成電路(第周)

6.模擬集成電路6.1模擬集成電路中的直流偏置技術6.2差分式放大電路6.3差分式放大電路的傳輸特性6.4集成電路運算放大器6.5實際集成運放的主要參數(shù)和對應用電路的影響6.7放大電路中的噪聲與干擾一、BJT電流源電路1.鏡像電流源2.微電流源二、FET電流源1.MOSFET鏡像電流源2.MOSFET多路電流源3.JFET電流源6.1模擬集成電路中的直流偏置技術電流源為何而生？體積小，經(jīng)濟性好1.鏡像電流源T1、T2的參數(shù)全同即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2

當BJT的β較大時，基極電流IB可以忽略

Io＝IC2≈IREF＝

代表符號一、BJT電流源電路1.鏡像電流源1、動態(tài)電阻較大一般ro在幾百千歐以上2、T1對T2有溫度補償作用優(yōu)點：缺點：2.微電流源由于很小，所以IC2也很小。ro≈rce2（1＋）

（參考射極偏置共射放大電路）具有很高的恒定性1.MOSFET鏡像電流源當器件具有不同的寬長比時（=0）ro=rds2

MOSFET基本鏡像電路流二、FET電流源1.MOSFET鏡像電流源用T3代替R，T1~T3特性相同，且工作在放大區(qū)，當=0時，輸出電流為常用的鏡像電流源2.MOSFET多路電流源3.JFET電流源(a)電路(b)輸出特性重慶工學院6.2差分式放大電路一、

差分式放大電路的一般結構二、

射極耦合差分式放大電路三、

源極耦合差分式放大電路1.基本結構一、

差分式放大電路的一般結構2.相關基本概念差模信號共模信號有共模信號相當于兩個輸入端信號中相同的部分（噪聲，溫度影響）差模信號相當于兩個輸入端信號中不同的部分兩輸入端中的共模信號大小相等，相位相同；差模信號大小相等，相位相反。差模電壓增益共模電壓增益總輸出電壓其中——差模信號產(chǎn)生的輸出——共模信號產(chǎn)生的輸出共模抑制比反映抑制共模信號的能力1.電路組成及工作原理二、

射極耦合差分式放大電路靜態(tài)——對稱1.電路組成及工作原理結論：時，動態(tài)僅輸入差模信號時，大小相等，相位相反。結論：差模信號被放大大小相等，相位相反。1.電路組成及工作原理溫度變化和電源電壓波動，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢是相同的，其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。結論：差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用當輸入共模信號時，大小相等，相位相同。大小相等，相位相同。動態(tài)1.電路組成及工作原理2.主要指標計算（3）共模抑制比（1）差模電壓增益<A>雙入、雙出<B>雙入、單出<C>單端輸入（2）共模電壓增益<A>雙入，雙出<B>雙入，單出（4）頻率響應接入負載時以雙倍的元器件換取抑制共模信號的能力（1）差模電壓增益<A>雙入、雙出<B>雙入、單出接入負載時（1）差模電壓增益<C>單端輸入等效于雙端輸入指標計算與雙端輸入相同。（1）差模電壓增益共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益（2）共模電壓增益<A>雙入，雙出抑制零漂能力增強（2）共模電壓增益<B>雙入，單出（3）共模抑制比雙端輸出，理想情況單端輸出共模抑制能力越強單端輸出時的總輸出電壓（4）頻率響應高頻響應與共射電路相同，低頻可放大直流信號。例解：求（1）靜態(tài)工作點；（2）雙入、雙出的差模電壓增益，輸入電阻，輸出電阻（2）雙入、雙出的差模電壓增益，輸入電阻，輸出電阻3.帶有源負載的射極耦合差分式放大電路靜態(tài)IE6IREFIO

＝IE51.CMOS差分式放大電路三、

源極耦合差分式放大電路6.3差分式放大電路的傳輸特性根據(jù)又

vO1＝VCC－iC1Rc1vO2＝VCC－iC2Rc2可得傳輸特性曲線

vO1，vO2＝f（vid）輸出信號隨輸入信號變化的曲線稱為傳輸特性曲線

ic1，ic2＝f（vid）vO1，vO2＝f（vid）的傳輸特性曲線6.4集成電路運算放大器一、CMOSMC14573集成電路運算放大器二、BJTLM741集成運算放大器一、CMOSMC14573集成電路運算放大器1.電路結構和工作原理2.電路技術指標的分析計算(1)直流分析已知VT

和KP5

，可求出IREF

二、BJTLM741集成運算放大器原理電路6.5實際集成運算放大器的主要參數(shù)和對應用電路的影響一、實際集成運放的主要參數(shù)二、集成運放應用中的實際問題一、

實際集成運放的主要參數(shù)1、輸入直流誤差特性（輸入失調特性）2、差模特性3、共模特性三類：1、輸入直流誤差特性（輸入失調特性）（1）

輸入失調電壓VIO在室溫（25℃）及標準電源電壓下，輸入電壓為零時，為了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓叫做失調電壓VIO。一般約為±（1～10）mV。超低失調運放為（1～20）V。高精度運放OP-117VIO=4V。MOSFET達20mV。1、輸入直流誤差特性（輸入失調特性）（2）

輸入偏置電流IIB輸入偏置電流是指集成運放兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值IIB＝（IBN＋IBP）/2BJT為10nA～1A；MOSFET運放IIB在pA數(shù)量級。對電路的影響？(越小越好，引起輸出電壓的變化越?。?）

輸入失調電流IIO輸入失調電流IIO是指當輸入電壓為零時流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即IIO＝|IBP－IBN|

一般約為1nA～0.1A。（4）

溫度漂移輸入失調電壓溫漂VIO/

T輸入失調電流溫漂IIO/

T1、輸入直流誤差特性（輸入失調特性）2、差模特性(1)開環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬BW開環(huán)差模電壓增益Avo——無反饋時的電壓增益開環(huán)帶寬BW

(fH)——-3dB帶寬，開環(huán)差模電壓增益下降3dB時對應的頻率單位增益帶寬

BWG(fT)——Avo=1或0dB時對應的頻率fT（2）

差模輸入電阻rid和輸出電阻ro

BJT輸入級的運放rid一般在幾百千歐到數(shù)兆歐MOSFET為輸入級的運放rid＞1012Ω超高輸入電阻運放rid＞1013Ω、IIB≤0.040pA一般運放的ro＜200Ω，而超高速AD9610的ro＝0.05Ω。（3）

最大差模輸入電壓Vidmax2、差模特性運放反相和同相輸入端之間可承受的最大電壓值。3、共模特性（1）

共模抑制比KCMR和共模輸入電阻ric

一般通用型運放KCMR為（80～120）dB，高精度運放可達140dB，ric≥100MΩ。（2）

最大共模輸入電壓Vicmax

一般指運放在作電壓跟隨器時，使輸出電壓產(chǎn)生1%跟隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質量的運放可達±

13V。4、大信號動態(tài)特性（1）

轉換速率SR放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號（例如階躍信號）時，輸出電壓對時間的最大變化速率，即 （2）

全功率帶寬BWP

指運放輸出最大峰值電壓時允許的最高頻率，即

SR和BWP是大信號和高頻信號工作時的重要指標。一般通用型運放SR在nV/s以下，741的SR=0.5V/s而高速運放要求SR＞30V/s以上。目前超高速的運放如AD9610的SR＞3500V/s。5、電源特性（1）

電源電壓抑制比KSVR

衡量電源電壓波動對輸出電壓的影響（2）

靜態(tài)功耗PV

輸入信號為0時，運放消耗的總功率1.集成運放的選用通用型運放——各項參數(shù)比較均衡，做到技術性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一；專用型運放——某項技術參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼顧；例如低噪聲運放的帶寬往往設計得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾，如此等等。二、集成運放應用中的實際問題3.調零補償（a）調零電路（b）反相端加入補償電路2.失調電壓VIO、失調電流IIO和偏置電流IIB帶來的誤差二、集成運放應用中的實際問題6.7放大電路中的噪聲與干擾一、放大電路中的噪聲二、放大電路中的干擾一、放大電路中的噪聲1.噪聲的種類及性質（1）電阻的熱噪聲（2）三極管的噪聲①熱噪聲②散粒噪聲③閃礫噪聲內部載流子的不規(guī)則運動造成（1）電阻的熱噪聲由電子無規(guī)則熱運動而產(chǎn)生隨時間而變化的電壓稱為熱噪聲電壓。一個阻值為R（Ω）的電阻未接入電路時，在頻帶寬度B內所產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值為

K——玻耳茲曼常數(shù)，T——熱力學溫度（K），B——頻帶寬度（Hz）。白噪聲——具有均勻的功率頻譜的噪聲

特征：1、一個非周期變化的時間函數(shù)；2、頻率范圍是很寬廣的；（噪聲電壓Vn將隨放大電路帶寬的增加而增加）熱噪聲的功率頻譜密度熱噪聲電壓密度（1）電阻的熱噪聲描述形式：功率和電壓的形式分別為：①熱噪聲由于載流子不規(guī)則的熱運動通過BJT內三個區(qū)的體電阻及相應的引線電阻時而產(chǎn)生。其中rbb所產(chǎn)生的噪聲是主要的。FET主要是溝道電阻的熱噪聲。（2）三極管的噪聲（2）三極管的噪聲②散粒噪聲由于通過發(fā)射結注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個瞬時都不相同，因而引起發(fā)射極電流或集電極電流有一個無規(guī)則的波動，產(chǎn)生散粒噪聲。

散粒噪聲具有白噪聲的性質

q——每個載流子所帶電荷量的絕對值，I——通過PN結電流的平均值，B——頻帶寬度。散粒噪聲電流為③閃礫噪聲這種噪聲與頻率成反比，故又稱為1/f噪聲或低頻噪聲。不同器件噪聲對比1、JFET的噪聲主要來源于溝道電阻熱噪聲；2、MOSFET的1/f噪聲較嚴重，低頻時MOSFET比JFET的噪聲大；3、一般，F(xiàn)ET的噪聲比BJT??；4、碳膜電阻的1/f噪聲最大，繞線電阻的1/f噪聲最小；成運放的噪聲，是由組成運放內部電路的元器件產(chǎn)生的噪聲源以及內部電路連接的噪聲源累計的結果。一般是通過實驗方法進行測量。一、放大電路中的噪聲2.放大電路的噪聲指標（1）等效輸入噪聲電壓/電流密度（2）輸出端信噪比（3）噪聲系數(shù)2.放大電路的噪聲指標定義 其中AP為功率增益放大電路不僅把輸入端的噪聲進行放大，而且放大電路本身也存在噪聲。所以，其輸出端的信噪比必然小于輸入端信噪比。（3）噪聲系數(shù)一個無噪聲放大電路的噪聲系數(shù)是0dB，一個低噪聲放大電路的噪聲系數(shù)應小于3dB。因為當滿足Ri=Ro時，NF可表示為另一種形式：當NF用分貝（dB）表示時 3.減小噪聲的措施硬件選低噪聲集成運放，如OP-27，AD745等；采用濾波處理或引入負