集成電路運(yùn)算放大器

集成電路運(yùn)算放大器第1頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六章集成電路運(yùn)算放大器§6.1集成電路運(yùn)算放大器中的電流源§6.2差分式放大電路§6.3集成電路運(yùn)算放大§6.4集成電路運(yùn)算放大器的主要參數(shù)第2頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鏡像電流源的結(jié)構(gòu)+UCCRT1RCT2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

T1和T2是對(duì)管，即所有的特征參數(shù)均一致。第3頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鏡像電流源+UCCRT1RCT2IREFIC1IC22IB第4頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月+UCCRT1T2IREFIC1IC2IB鏡像電流源的改進(jìn)Re3T3如果IB與IC相比不能忽略，怎么辦？第5頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微電流源+UCCRT1T2IREFIC1IC22IBRcRe2第6頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多級(jí)放大電路的組成與耦合方式（1）理想放大器的條件：AU=ri=ro=∞∞0riro第7頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多級(jí)放大電路的組成與耦合方式（2）

因?yàn)槿魏我粋€(gè)單管放大電路都不可能同時(shí)滿足上述要求，故必須利用各單管電路的特點(diǎn)構(gòu)成多級(jí)放大電路。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)RLRS+-us+-uoui作用：獲取信號(hào)要求：ri大電路：共集、MOS管電路作用：電壓放大要求：AU大電路：共射、共源電路作用：帶負(fù)載能力強(qiáng)要求：ro小電路：共集、共漏、功率放大電路第8頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多級(jí)放大電路的組成與耦合方式（3）多級(jí)放大電路的耦合方式阻容耦合直接耦合變壓器耦合第9頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多級(jí)放大電路的組成與耦合方式（4）BCETRCC1ui+-C2uo+-+++UCCRb阻容耦合方式BCETRCC1ui+-C2uo+-+++UCCRb直接耦合方式第10頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直接耦合電路的優(yōu)點(diǎn)2）便于集成化。1）不存在耦合電容，可放大直流信號(hào)和變化緩慢的信號(hào)。第11頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月BCT2RC2C3uo+-+UCCRb2BCET1RC1ui+-Rb1直接耦合電路的問(wèn)題（1）解決辦法：增加RE2

，設(shè)置合適的Q點(diǎn)。問(wèn)題1:前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響。RE20.7V0.7V導(dǎo)致T1管飽和第12頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月問(wèn)題

2:零點(diǎn)漂移。前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得當(dāng)

ui等于零時(shí)，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2RE2uot0有時(shí)會(huì)將信號(hào)淹沒(méi)直接耦合電路的問(wèn)題（2）第13頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)對(duì)稱?；拘筒顒?dòng)放大器的結(jié)構(gòu)ui1ui2RCR1T1RBuoRCR1T2RB第14頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+

uC1

)-(UC2+

uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2基本型差動(dòng)放大器抑制零漂的原理第15頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模輸入信號(hào)：

ui1=ui2=uC

（大小相等，極性相同）理想情況：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模電壓放大倍數(shù)：（很小，<<1)但因兩側(cè)不完全對(duì)稱，uo

0差放的共模電壓放大倍數(shù)AVC第16頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2差模輸入信號(hào)：

ui1=-ui2=ud

（大小相等，極性相反）(很大，>>1)設(shè)uC1=UC1+

uC1

，uC2=UC2+

uC2

。因ui1=-ui2,

uC1=-

uC2

uo=uC1-uC2=

uC1-

uC2=2

uC1

差模電壓放大倍數(shù)：+UCC差放的差模電壓放大倍數(shù)AVD第17頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：任意輸入的信號(hào)ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。差模分量和共模分量ui1=uic+0.5udui2=uic

–0.5ud差模分量共模分量如果第18頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月差模分量和共模分量舉例例:ui1=50mV,ui2=-50mV求：uid,uic

，uo

例:ui1=1050mV,ui2=950mV求：uid,uic

，uo

Uo=10000Uid=100Uic=0Uo=10010Uid=100Uic=1000第19頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例:

Ad=-200Ac=0.1KCMRR=20lg(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMRR=KCMRR

(dB)=(分貝)共模抑制比(CMRR)的定義試一試P2706.2.2第20頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器:特點(diǎn)：加入射極電阻RE；加入負(fù)電源-UEE

，采用正負(fù)雙電源供電。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE雙電源長(zhǎng)尾式差放的結(jié)構(gòu)（1）第21頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙電源的作用：（1）使信號(hào)變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負(fù)電源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE雙電源長(zhǎng)尾式差放的結(jié)構(gòu)（2）第22頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度TICIE

=2ICUEUBEIBIC1.RE的作用

設(shè)ui1

=ui2

=0自動(dòng)穩(wěn)定RE具有強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔谩种茰囟绕疲€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE雙電源長(zhǎng)尾式差放的靜態(tài)分析

第23頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.Q點(diǎn)的計(jì)算直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=

IB

UC1=UC2=UCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IB×RB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1第24頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸入信號(hào)分類(lèi)(1)差模(differentialmode)輸入ui1=-ui2=0.5ud(2)共模(commonmode)

輸入ui1

=ui2=uC差模電壓放大倍數(shù):共模電壓放大倍數(shù):雙電源長(zhǎng)尾式差放的動(dòng)態(tài)分析第25頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均壓器+UCCRRuouiRCT1RBRCT2RBRE–UEE差模信號(hào)輸入第26頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

ui1

ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RE對(duì)差模信號(hào)不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEEib2ib1ic2ic1iRERE對(duì)差模信號(hào)作用第27頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月T1單邊微變等效電路uod1RBB1EC1RC

ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E差模信號(hào)輸入下的微變等效電路第28頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月uod1RBB1EC1RC

ib1ui1rbe1ib1單邊差模：?jiǎn)芜叢钅Ｐ盘?hào)輸入下的放大倍數(shù)第29頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月若差動(dòng)電路帶負(fù)載RL(接在

C1與

C2之間),對(duì)于差模信號(hào)而言，RL中點(diǎn)電位為0,所以放大倍數(shù)：即總的差動(dòng)電壓放大倍數(shù)為：雙邊差模雙邊差模信號(hào)輸入下的放大倍數(shù)第30頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ro=2RC

ri

ri

ro輸入電阻：輸出電阻：RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E差模信號(hào)輸入下的輸入輸出電阻第31頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月共模信號(hào)輸入+UCCuocRCT1RBRCT2RBRE–UEEui

uoc2第32頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

ui1

ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=ic2RE對(duì)共模信號(hào)起抑制作用RE對(duì)共模信號(hào)作用iRE

、uRE

+UCCuocRCT1RBRCT2RBRE–UEEuC

uoc2

uoc1ic1ic2iREuRE第33頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月uocRCT1RBRCT2RB2REuc1

uoc2

uoc1ic1ic2uc22RE共模信號(hào)輸入下的微變等效電路RCRB2REic1uc1uc2ib1

ib1ie1rbe1T1單邊微變等效電路第34頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單邊：RCRB2REic1uc1uc2ib1

ib1ie1rbe1單邊共模信號(hào)輸入下的放大倍數(shù)第35頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月KCMRR

AC

0問(wèn)題：負(fù)載影響共模放大倍數(shù)嗎？不影響！雙邊：雙邊共模信號(hào)輸入下的放大倍數(shù)第36頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ro=2RC輸入電阻：輸出電阻：

ri

ri

roRRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E2RE2RE共模信號(hào)輸入下的輸入輸出電阻第37頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙電源長(zhǎng)尾式差放的改進(jìn)理想電流源第38頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙電源恒流源式差放的結(jié)構(gòu)ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE第39頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。2.恒流源不影響差模放大倍數(shù)。3.恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無(wú)窮的電阻，所以共模抑制比是無(wú)窮。恒流源式差放電路的優(yōu)點(diǎn)第40頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月差放電路的幾種接法輸出端接法雙端單端ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE雙端單端輸入端接法第41頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月差放電路幾種接法的性能比較1.雙端輸入雙端輸出的性能指標(biāo)等于單端輸入雙端輸出的性能指標(biāo)?？匆豢碢238

表6.2.12.雙端輸入單端輸出的性能指標(biāo)等于單端輸入單端輸出的性能指標(biāo)。3.差模放大倍數(shù)單端輸出是雙端輸出的一半。試一試P2706.2.3第42頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集成電路:

將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)體基片上。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成電路的分類(lèi)：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路；

集成電路運(yùn)算放大器第43頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.電路元件制作在一個(gè)芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。2.電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到20千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。3.幾十pF以下的小電容用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。4.二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。集成電路構(gòu)造的特點(diǎn)第44頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UEE+UCC

u+uo

u–反相輸入端同相輸入端T3T4T5T1T2IS輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)與uo反相與uo同相集成電路運(yùn)算放大器的原理框圖第45頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）采用四級(jí)以上的多級(jí)放大器，輸入級(jí)和第二級(jí)一般采用差動(dòng)放大器。（2）輸入級(jí)常采用復(fù)合三極管或場(chǎng)效應(yīng)管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱式射極跟隨器，以進(jìn)行功率放大，提高帶負(fù)載的能力。集成電路運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)第46頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)輸入級(jí)的要求：盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高

KCMRR

,輸入阻抗

ri盡可能大。對(duì)中間級(jí)的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。對(duì)輸出級(jí)的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io

。即輸出阻抗ro小。集成電路運(yùn)算放大器各級(jí)的要求第47頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC

=IC1+IC2

=

1IB

+

2(1+

1)IB

=[

1+

2(1+

1)]IB為減小IB，提高輸入電阻，T1、T2采用復(fù)合管

=IC/IB

=

1+

2(1+

1)

1

2ICIBIE

1

2

IC1IC2IB2第48頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器差動(dòng)放大器第2級(jí)第1級(jí)：差動(dòng)放大器第3級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃鳕C+極性判斷集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)舉例第49頁(yè)，課件共55頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

ri

大:幾十k

幾百