CH06 模擬集成電路1課件

6模擬集成電路6.1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6.4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(duì)應(yīng)用電路的影響6.2差分式放大電路6.1模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)6.1.1BJT電流源電路6.1.2FET電流源1.鏡像電流源2.微電流源3.高輸出阻抗電流源4.組合電流源1.MOSFET鏡像電流源2.MOSFET多路電流源3.JFET電流源6.1.1BJT電流源電路1.鏡像電流源T1、T2的參數(shù)全同即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2

當(dāng)BJT的β較大時(shí)，基極電流IB可以忽略

Io＝IC2≈IREF＝

代表符號(hào)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的輸出電阻）A1和A3分別是T1和T3的相對(duì)結(jié)面積動(dòng)態(tài)輸出電阻ro遠(yuǎn)比微電流源的動(dòng)態(tài)輸出電阻高3.高輸出阻抗電流源4.組合電流源T1、R1和T4支路產(chǎn)生基準(zhǔn)電流IREFT1和T2、T4和T5構(gòu)成鏡像電流源T1和T3，T4和T6構(gòu)成了微電流源用T3代替R，T1~T3特性相同，且工作在放大區(qū)，當(dāng)=0時(shí)，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6.2.1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2.有關(guān)概念差模信號(hào)共模信號(hào)差模電壓增益共模電壓增益總輸出電壓其中——差模信號(hào)產(chǎn)生的輸出——共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出共模抑制比反映抑制零漂能力的指標(biāo)根據(jù)有共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分共模信號(hào)大小相等，相位相同；差模信號(hào)大小相等，相位相反。靜態(tài)動(dòng)態(tài)僅輸入差模信號(hào)，大小相等，相位相反。大小相等，信號(hào)被放大。相位相反。2.抑制零點(diǎn)漂移原理溫度變化和電源電壓波動(dòng)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢(shì)是相同的，其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)。3.主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況接入負(fù)載時(shí)以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力<A>雙入、雙出<B>雙入、單出接入負(fù)載時(shí)<C>單端輸入等效于雙端輸入指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同。<B>單端輸出抑制零漂能力增強(qiáng)（3）共模抑制比雙端輸出，理想情況單端輸出抑制零漂能力越強(qiáng)單端輸出時(shí)的總輸出電壓（4）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(hào)。例(4)當(dāng)輸出接一個(gè)12k負(fù)載時(shí)的差模電壓增益.解：求:(1)靜態(tài)(3)差分電路的共模增益共模輸入電壓不計(jì)共模輸出電壓時(shí)(4)4.帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路靜態(tài)IE6IREFIO

＝IE5差模電壓增益（負(fù)載開(kāi)路）則單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益差模輸入電阻Rid＝2rbe輸出電阻共模輸入電阻

Ric＝rbe＋2(1＋β)ro56.2.3源極耦合差分式放大電路1.CMOS差分式放大電路雙端輸出差模電壓增益而:所以：?jiǎn)味溯敵霾钅ｋ妷涸鲆鎣o2＝(id4-id2)(ro2//ro4) ＝gmvid（ro2//ro4）

(ro2//ro4) ＝gm(ro2//ro4)與雙端輸出相同6.3差分式放大電路的傳輸特性根據(jù)iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2

又vO1＝VCC－iC1Rc1vO2＝VCC－iC2Rc2可得傳輸特性曲線vO1，vO2＝f（vid）vO1，vO2＝f（vid）的傳輸特性曲線6.4集成電路運(yùn)算放大器6.4.1集成電路運(yùn)算放大器CMOSMC145736.4.2集成運(yùn)算放大器7416.4.1CMOSMC14573集成電路運(yùn)算放大器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理2.電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算(1)直流分析已知VT和KP5，可求出IREF

根據(jù)各管子的寬長(zhǎng)比，可求出其它支路電流。(2)小信號(hào)分析設(shè)gm1=gm2=gm

則輸入級(jí)電壓增益總電壓增益Av

=

Av1·Av2

Av2=vo/vgs7

=－gm7(rds7//rds8)

第二級(jí)電壓增益將參數(shù)代入計(jì)算得Av

=

40884.8（92.2dB）6.4.2集成運(yùn)算放大器741原理電路簡(jiǎn)化電路6.5實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對(duì)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)6.5.2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題6.5.1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）1.輸入失調(diào)電壓VIO在室溫（25℃）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)償電壓叫做失調(diào)電壓VIO。一般約為±（1～10）mV。超低失調(diào)運(yùn)放為（1～20）V。高精度運(yùn)放OP-117VIO=4V。MOSFET達(dá)20mV。2.輸入偏置電流IIB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IIB＝（IBN＋I(xiàn)BP）/2BJT為10nA～1A；MOSFET運(yùn)放IIB在pA數(shù)量級(jí)。3.輸入失調(diào)電流IIO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（1）輸入失調(diào)電壓溫漂VIO/

T（2）輸入失調(diào)電流溫漂IIO/

T差模特性1.開(kāi)環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬BW開(kāi)環(huán)差模電壓增益AvO開(kāi)環(huán)帶寬BW

(fH)單位增益帶寬

BWG(fT)741型運(yùn)放AvO的頻率響應(yīng)2.差模輸入電阻rid和輸出電阻ro

BJT輸入級(jí)的運(yùn)放rid一般在幾百千歐到數(shù)兆歐MOSFET為輸入級(jí)的運(yùn)放rid＞1012Ω超高輸入電阻運(yùn)放rid＞1013Ω、IIB≤0.040pA一般運(yùn)放的ro＜200Ω，而超高速AD9610的ro＝0.05Ω。3.最大差模輸入電壓Vidmax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(yùn)放KCMR為（80～120）dB，高精度運(yùn)放可達(dá)140dB，ric≥100MΩ。2.最大共模輸入電壓Vicmax

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

13V。大信號(hào)動(dòng)態(tài)特性1.轉(zhuǎn)換速率SR放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號(hào)（例如階躍信號(hào)）時(shí)，輸出電壓對(duì)時(shí)間的最大變化速率，即 若信號(hào)為vi＝Vimsin2ft，則運(yùn)放的SR必須滿足SR≥2πfmaxVom2.全功率帶寬BWP

指運(yùn)放輸出最大峰值電壓時(shí)允許的最高頻率，即SR和BWP是大信號(hào)和高頻信號(hào)工作時(shí)的重要指標(biāo)。一般通用型運(yùn)放SR在nV/s以下，741的SR=0.5V/s而高速運(yùn)放要求SR＞30V/s以上。目前超高速的運(yùn)放如AD9610的SR＞3500V/s。電源特性1.電源電壓抑制比KSVR

衡量電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響2.靜態(tài)功耗PV

1.集成運(yùn)放的選用根據(jù)技術(shù)要求應(yīng)首選通用型運(yùn)放，當(dāng)通用型運(yùn)放難以滿足要求時(shí)，才考慮專用型運(yùn)放，這是因?yàn)橥ㄓ眯推骷母黜?xiàng)參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。至于專用型運(yùn)放，雖然某項(xiàng)技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼顧，例如低噪聲運(yùn)放的帶寬往往設(shè)計(jì)得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾，如此等等。6.5.2集成運(yùn)放應(yīng)用中的