第四章集成運(yùn)放內(nèi)部電路設(shè)計(jì)

《模擬電子電路與技術(shù)基礎(chǔ)》課程的特點(diǎn)是

“概念性、工程性、實(shí)踐性“強(qiáng)！

“注重物理概念，采用工程觀點(diǎn)；重視實(shí)驗(yàn)技術(shù)，善于總結(jié)對(duì)比；理論聯(lián)系實(shí)際，注意應(yīng)用背景；尋求內(nèi)在規(guī)律，增強(qiáng)抽象能力?！碑?dāng)前1頁(yè)，總共51頁(yè)。4.1集成運(yùn)放電路電路概述集成電路(IC：IntegratedCircuit)是在同一塊微小的硅片上經(jīng)過氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、蒸鋁等工藝，將電阻、二極管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管及小電容和它們之間的連線組成的完整電路制作在一起，最后再進(jìn)行封裝，形成的一個(gè)實(shí)現(xiàn)特定功能的完整電路。集成電路分類：通用型運(yùn)放：專用型運(yùn)放：高阻型、高速型、高精度型、低溫漂型、低/微功耗型、高壓大功率型特定功能運(yùn)放：儀表用放大器、緩沖放大器、隔離放大器等。當(dāng)前2頁(yè)，總共51頁(yè)。4.1集成運(yùn)放電路電路概述1.高增益直接耦合放大器2.盡量用有源器件代替無源元件3.利用對(duì)稱結(jié)構(gòu)改善電路性能集成運(yùn)放的特點(diǎn)：

4.廣泛采用復(fù)合管5.溫度穩(wěn)定性較高

6.集成度高，功耗小

當(dāng)前3頁(yè)，總共51頁(yè)。4.1集成運(yùn)放電路電路概述集成運(yùn)放的組成：

1.輸入級(jí)輸入電阻高、差模電壓放大倍數(shù)大、共模信號(hào)抑制能力強(qiáng)、靜態(tài)電流和失調(diào)偏差小。2.中間級(jí)提供足夠大的電壓放大倍數(shù)，多采用共發(fā)射極(或共源極)3.輸出級(jí)提高輸出功率、降低輸出電阻(即提高帶負(fù)載能力)、減小非線性失真和增大輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍。4.偏置電路采用恒流源電路.當(dāng)前4頁(yè)，總共51頁(yè)。4.1集成運(yùn)放電路電路概述1.高增益直接耦合放大器2.盡量用有源器件代替無源元件3.利用對(duì)稱結(jié)構(gòu)改善電路性能集成運(yùn)放的特點(diǎn)：

4.廣泛采用復(fù)合管5.溫度穩(wěn)定性較高

6.集成度高，功耗小

當(dāng)前5頁(yè)，總共51頁(yè)。4.2集成運(yùn)放電路中的電流源電路1.單管電流源電路當(dāng)前6頁(yè)，總共51頁(yè)。2.鏡像電流源鏡像電流源的溫度補(bǔ)償作用

當(dāng)前7頁(yè)，總共51頁(yè)。多路鏡像電流源多集電極晶體管電流源當(dāng)前8頁(yè)，總共51頁(yè)。3.比例電流源當(dāng)前9頁(yè)，總共51頁(yè)。4.微電流電流源當(dāng)前10頁(yè)，總共51頁(yè)。5.威爾遜電流源—負(fù)反饋型電流源因?yàn)樗?/p>

當(dāng)前11頁(yè)，總共51頁(yè)。6.改進(jìn)型電流源-----加射隨器隔離的電流源利用的隔離和電流放大和作用，減少了基極電流和對(duì)基準(zhǔn)電流的分流作用，

當(dāng)前12頁(yè)，總共51頁(yè)。改進(jìn)的多輸出鏡像電流源當(dāng)前13頁(yè)，總共51頁(yè)。4.2.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成的電流源T1一定工作于恒流區(qū)

T1、T2的電性能完全相同當(dāng)前14頁(yè)，總共51頁(yè)。MOS多輸出電流源電路當(dāng)前15頁(yè)，總共51頁(yè)。例對(duì)于N溝道FET組成的電流鏡，寬長(zhǎng)比的比值為2：4：10＝1：2：5，所以有，P溝道FET電流鏡的寬長(zhǎng)比的比值為2：10：4＝1：2：5，所以有當(dāng)前16頁(yè)，總共51頁(yè)。4.2.3電流源的主要應(yīng)用----有源負(fù)載有源負(fù)載的特點(diǎn)

(1)采用有源負(fù)載的放大器具有很高的電壓增益。(2)有源負(fù)載放大器的增益與電源電壓無關(guān)。(3)可以大大節(jié)約芯片面積。當(dāng)前17頁(yè)，總共51頁(yè)。4.2.3電流源的主要應(yīng)用----有源負(fù)載有源負(fù)載共射放大電路

當(dāng)前18頁(yè)，總共51頁(yè)。有源負(fù)載射級(jí)跟隨器當(dāng)前19頁(yè)，總共51頁(yè)。4.3.1零點(diǎn)漂移現(xiàn)象4．3差分放大電路

所謂的零點(diǎn)漂移，就是當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)是一個(gè)隨時(shí)間變化，漂移不定的非零信號(hào)

當(dāng)前20頁(yè)，總共51頁(yè)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱,有兩個(gè)輸入端,兩個(gè)輸出端,一般差分放大電路的特性分析當(dāng)前21頁(yè)，總共51頁(yè)。1、抑制零漂原理2、差模信號(hào)和共模信號(hào)兩端輸入信號(hào)大小相同、極性相反的信號(hào)稱差模信號(hào)兩端輸入完全相同的信號(hào)稱為共模信號(hào)當(dāng)前22頁(yè)，總共51頁(yè)。任意信號(hào)：當(dāng)時(shí)，稱它們?yōu)槿我庑盘?hào)，任意信號(hào)可以分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)之和式中3、差模增益和共模增益差模電壓增益定義

共模電壓增益定義

總的輸出電壓當(dāng)前23頁(yè)，總共51頁(yè)。4、共模抑制比差模電壓增益越大，共模電壓增益越小，則共模抑制能力越強(qiáng)，抑制零漂的能力愈強(qiáng)，放大電路的性能越優(yōu)良。當(dāng)前24頁(yè)，總共51頁(yè)。5、典型差分放大電路及四種工作方式（a）雙端輸入、雙端輸出（b）單端輸入、雙端輸出（c）雙端輸入、單端輸出（d）單端輸入、單端輸出當(dāng)前25頁(yè)，總共51頁(yè)。6、基本工作原理

(1)靜態(tài)分析當(dāng)前26頁(yè)，總共51頁(yè)。

(2)動(dòng)態(tài)分析1)雙端輸入，雙端輸出工作方式。①雙端輸入，雙端輸出差模電壓增益。差摸輸入交流等效電路小信號(hào)等效電路等效為對(duì)地短路

負(fù)載電阻中點(diǎn)的交流信號(hào)電位為零

當(dāng)前27頁(yè)，總共51頁(yè)。差模輸出電阻差模輸入電阻當(dāng)前28頁(yè)，總共51頁(yè)。②雙端輸入，雙端輸出共模電壓增益。共模輸入差分放大電路共模輸入信號(hào)的交流通路當(dāng)前29頁(yè)，總共51頁(yè)。共模電壓增益為共模抑制比共模輸入電阻共模輸出電阻當(dāng)前30頁(yè)，總共51頁(yè)。2)雙端輸入，單端輸出工作方式。①雙端輸入，單端輸出差模電壓增益。雙入單出差模交流通路

雙入單出共模交流通路當(dāng)前31頁(yè)，總共51頁(yè)。其中差模輸入電阻差模電壓增益為差模輸出電阻當(dāng)前32頁(yè)，總共51頁(yè)。②雙端輸入，單端輸出共模電壓增益

共模放大倍數(shù)一般情況下且共模輸入電阻共模輸出電阻

當(dāng)前33頁(yè)，總共51頁(yè)。3）單端輸入的差分放大電路單端輸入單端輸出可看作是任意輸入的一個(gè)特例：

差模信號(hào)

共模信號(hào)當(dāng)前34頁(yè)，總共51頁(yè)。4.3.3帶恒流源的差分放大電路

、、、組成恒流源電路，1、管C--E極之間的交流等效電阻用取代典型差分放大電路中的2、當(dāng)前35頁(yè)，總共51頁(yè)。恒流源的電流計(jì)算

恒流源的動(dòng)態(tài)電阻

當(dāng)前36頁(yè)，總共51頁(yè)。有源負(fù)載的差分放大電路用鏡像電流源作差分放大電路的有源集電極負(fù)載電阻，可以使單端輸出具有與雙端輸出相同的差模放大倍數(shù)及共模抑制比當(dāng)前37頁(yè)，總共51頁(yè)。4.3.5MOS差分放大器

采用有源負(fù)載的MOS差分放大器差模電壓增益當(dāng)前38頁(yè)，總共51頁(yè)。2.共模電壓增益由于電路兩邊對(duì)稱共模增益為0，趨于無窮大。

共模輸入時(shí)的有源負(fù)載MOS差分放大器當(dāng)前39頁(yè)，總共51頁(yè)。2.共模電壓增益共模輸入時(shí)的有源負(fù)載MOS差分放大器由于電路兩邊對(duì)稱，必有

1、有源負(fù)載差分放大器的共模增益為0，2、趨于無窮大

當(dāng)前40頁(yè)，總共51頁(yè)。差分放大電路的傳輸特性及應(yīng)用1、差分放大器的傳輸特性晶體管發(fā)射極電流與BE結(jié)電壓之間的關(guān)系輸出電壓當(dāng)前41頁(yè)，總共51頁(yè)。1）當(dāng)時(shí)，差分放大器處于平衡狀態(tài)

2）差模電壓輸入與輸出可保持線性關(guān)系

時(shí)3）時(shí)，輸出差模電壓基本上保持不變當(dāng)前42頁(yè)，總共51頁(yè)。2、展寬輸入動(dòng)態(tài)范圍及差分放大器的其它應(yīng)用(1)展寬輸入動(dòng)態(tài)范圍引入串聯(lián)電流負(fù)反饋電阻R，展寬輸入線性動(dòng)態(tài)范圍當(dāng)前43頁(yè)，總共51頁(yè)。(2)倒相器

（3）自動(dòng)增益控制電路當(dāng)前44頁(yè)，總共51頁(yè)。（4）波形變換電路當(dāng)前45頁(yè)，總共51頁(yè)。3雙平衡模擬乘法器當(dāng)前46頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)時(shí)由此可求得輸出電壓K稱為標(biāo)度因子當(dāng)前47頁(yè)，總共51頁(yè)。4．4集成運(yùn)算放大器的輸出電路1、BJT管輸出級(jí)

互補(bǔ)原理電路交越失真波形簡(jiǎn)單互補(bǔ)電路當(dāng)前48頁(yè)，總共51頁(yè)。4．5集成運(yùn)算放大器內(nèi)部電路舉例4.5.1BJT通用運(yùn)算放大器F007當(dāng)前49頁(yè)，總共51頁(yè)。當(dāng)前50頁(yè)，