第六章模拟集成电路.

模拟电子技术第六章模拟集成电路电子与信息工程学院•上海电力学院2本章主要内容6.1.1BJT电流源电路6.2差分式放大电路6.4.2集成运算放大器36.1引言模拟集成电路—是由一块厚约0.2-0.25mm的P型硅片作为基片。在此基片上做出数十个或更多的BJT、FET、电阻等构成的电路。模拟集成电路的特点直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性，大量采用电流源电路差分放大电路和差分放大电路。用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。采用复合管。46.1引言直接耦合阻容耦合6.1.1直流偏置技术镜像电流源T1,T2参数相同,包括1＝2∵VBE1＝VBE2∴IB1＝IB2,IC1＝IC2＝Io(2)镜像电流源的作用作用1:静态时可作为恒流源∵当较大时,IB可以忽略:Io＝IC2≈IREF＝VCC-VEET1T2RIREF2IBIC2=IoIC1当VCC,VEE,R恒定时,输出电流Io恒定RVVV)(EEBECC(1)电路组成作用2:动态时可作为动态电阻∵静态恒流∴输出特性稳定:T2的ce两端表现出的动态电阻数值:rce2＝ro＝vCE/Ic——较大,一般ro在几百千欧以上。IBiCuCEvCEiCVCC-VEET1T2RIREF2IBIC2=IoIC1思考：该电路有反馈吗？T1对T2的温度补偿作用？镜像电流源的优点VCC-VEET1T2RIREF2IBIC2=IoIC1镜像电流源的缺点结构简单，易实现。有温度补偿作用。小电流工作场合需要较大的R值，集成电路中大电阻实现不易。偏置电压变化对输出的电流有影响。6.1.1直流偏置技术微电流源VCC-VEET1T2RRe2IREFIB1+IB2IC2=IoIC1+VBE1-+VBE2-e2BE2BE1RVVe2BERV由于△VBE很小,所以Io＝IC2也很小。作用2——动态时可作为动态电阻Io＝IC2≈IE2作用1——静态时可作为恒流源)1(e2be2e2ce2RrRrroro很大vo=rce2(io-ib2)＋(io+ib2)Re2e2be2e22RRrRiiob经整理得:e2be2e2ce2ce2RrRrrro微电流源输出电阻ro的推导过程：求ro的图如右下图所示。设从T1基极看进去的电阻为R':rbe2ib2ib2Re2rce2Rrce1ib1ib1io+vo-21bbeivR0)1//(//11becerrR111111)1(bebecebebebervrvRvve2be2e22e222)(RRrRRrRrrceeceorce2较大R'≈0106.2差分式放大电路什么是零点漂移现象？—ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。116.2差分式放大电路零点漂移的危害直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。减小零漂的措施减少第一级零漂是关键。只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。——采用差分放大电路。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。已知:VZ=4V,VBE=0.6V,1=2=50,温度升高前:IC1=2.3mA,Vo=7.75V若由于温度的升高IC1增加1%,试计算输出电压Vo变化了多少?IC1=2.31.01mA=2.323mA,VC1=VZ+VBE2=4+0.6=4.6VmA147.0mA32.236.412121CRBIIIC例1uZ–++VCCuoRC2500T2ui=0RC13kR1T1R2––++RDZIC2=2•IC2=500.147mA=7.35mA,Vo=8.325－7.75V=0.575V提高了7.42%可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发生了变化即有零点漂移现象。VC2=12-IC2RC213零点漂移零输入零输出理想对称信号特点？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反。信号特点？能否放大？消除零漂的方法6.2差分式放大电路差分放大电路的特点抑制共模信号放大差模信号差模信号与共模信号差分信号有两个：vi1vi2共模信号是指这两个信号共同的部分vic=(vi1+vi2)/2差模信号是指这两个信号不同的部分vid=vi1-vi26.2差分式放大电路任意信号可分解为vi1=vic+vid/2vi2=vic-vid/2差模电压增益Avd=vod/vid共模电压增益Avc=voc/vicvo=vod+voc=Avdvid+Avcvic利用叠加原理：6.2差分式放大电路差分放大电路的输入输出方式双端输入:需放大的信号vi可从两输入端之间输入;单端输入:vi可从一个输入端对地输入,另一输入端接地;双端输出:从两管集电极输出电压;单端输出:从T1(或T2)集电极对地输出电压;双入单出单入双出6.2差分式放大电路差分电路的静态分析OCC2C121=IIIICE2CE1=VVCCV)V7.0(c2CCCRIVc2CRIEVβIIICB2B16.2差分式放大电路差模电压增益Avd双入双出情况负载开路时连接负载时beLcd)21||(=rRRβAvodid=Avvvi1o122vvbecrR6.2差分式放大电路差模电压增益Avd双入单出情况负载开路时连接负载时ido1d1=vvvAi1o12vvd21vAbec2rRbeLcd2)||(=rRRβAv6.2差分式放大电路差模电压增益Avd单端输入情况（非对称）共模输入电压差模输入电压近似等效于双端输入6.2差分式放大电路共模电压增益Avc双端输出情况所以0oc2oc1ocvvv0icoccvvvA共模增益由于电路的对称性6.2差分式放大电路共模电压增益Avc单端输出情况icoc1c1vvvAicoc2vvobec2)1(rrRoc2rR6.2差分式放大电路共模抑制比KCMR单端输出情况双端输出情况cdCMRvvAAKdBlg20cdCMRvvAAKCMRKCMRKc1d1vvAAbeorr)1(idCMRicidd1o1vvvvvKA单端输出时的总输出电压(4)当输出接一个12k负载时的差模电压增益.解：求:mA1)V12(0c3C3RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3RIVVV。时，当，，均为硅管，、、V008050TTTOi321321vvβββ?mV5)3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23Cvvvvv时，当的值及、、、、AAARVVIII(1)静态例2k3.2mV26)1(200E33be3Ir(2)电压增益mA37.0c2BE3e3E3C2RVRIIV9V)7.0(1037.012V12E2c2C2CE2VRIVmA74.022C2E2EIIIk2.5k74.0121074.07.0)12(Ee1EEe2IRIVRk78.3mV26)1(200E22be2Irk3.245)1(e33be3i2RrR(3)50)(2)//(b1bei2c22d2RrRRβAv3c32be3e33.9(1)βRArRv1952d2vvvAAAmV5.2)0mV5(21)(21i2i1icvvv差分电路的共模增益3.0)(2)1()//(e2e12b1bei2c22c2RRβRrRRβAvmV972)9.3(]5.2)3.0(550[)(2icc2idd22O2OvvvvvvvvAAAA共模输入电压不计共模输出电压时mV975Ov(4)时k12LR95.1)1()//(e33beL3c32RβrRRβAv5.972d2vvvAAA6.2差分式放大电路实际的恒流源差分电路3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，6.2差分式放大电路带有源负载的射极耦合差放静态IE6IREFe6BE6EECCRRVVVE6E5E6IRRIO＝IE56.4.2BJTLM741集成运放集成运放的总体结构uuu电压放大级输出级偏置电路uo+差动输入级uu-6.4.2BJTLM741集成运放习题P3166.2.26.2.4