模拟电子技术基础 第六章 模拟集成电路

6.1模拟集成电路中的直流偏置技术6.3差分式放大电路的传输特性6.4集成电路运算放大器6.5实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响6.2差分式放大电路模拟电子技术基础(第五版)课件康华光6.1模拟集成电路中的直流偏置技术6.1.1BJT电流源电路6.1.2FET电流源1.镜像电流源2.微电流源3.高输出阻抗电流源4.组合电流源1.MOSFET镜像电流源2.MOSFET多路电流源3.JFET电流源6.1.1BJT电流源电路1.镜像电流源BE1BE2=VVE1E2=IIC1C2=IIT1、T2的参数全同即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略Io＝IC2≈IREF＝RVVRVVVEECCEEBECC)(代表符号6.1.1BJT电流源电路1.镜像电流源动态电阻2B12CE2Co)(Ivir一般ro在几百千欧以上cer6.1.1BJT电流源电路2.微电流源e2BE2BE1RVVE2C2OIIIe2BERV由于很小，BEV所以IC2也很小。ro≈rce2（1＋）e2be2e2RrR（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻）oRA1和A3分别是T1和T3的相对结面积动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻为高6.1.1BJT电流源电路3.高输出阻抗电流源RVVVVIEEBE23BECCREFREF13C2oIAAII6.1.1BJT电流源电路4.组合电流源T1、R1和T4支路产生基准电流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVIT1和T2、T4和T5构成镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了微电流源6.1.2FET电流源1.MOSFET镜像电流源当器件具有不同的宽长比时RVVVIIIGSSSDDREFD2OREF1122O//ILWLWI（=0）ro=rds2MOSFET基本镜像电路流6.1.2FET电流源1.MOSFET镜像电流源2T2GS22n2T2GS22n2D2)()()/(VVKVVKLWI用T3代替R，T1~T3特性相同，且工作在放大区，当=0时，输出电流为常用的镜像电流源6.1.2FET电流源2.MOSFET多路电流源REF1122D2//ILWLWIREF1133D3//ILWLWIREF1144D4//ILWLWI2T0GS0n0D0REF)(VVKII6.1.2FET电流源3.JFET电流源end(a)电路(b)输出特性6.2差分式放大电路6.2.1差分式放大电路的一般结构6.2.2射极耦合差分式放大电路6.2.3源极耦合差分式放大电路6.2.1差分式放大电路的一般结构1.用三端器件组成的差分式放大电路6.2.1差分式放大电路的一般结构2.有关概念i2i1id=vvv差模信号)(21=i2i1icvvv共模信号idod=vvvA差模电压增益icoc=vvvA共模电压增益icciddooo=vvvvvvvAA总输出电压其中ov——差模信号产生的输出ov——共模信号产生的输出共模抑制比反映抑制零漂能力的指标cdCMR=vvAAK6.2.1差分式放大电路的一般结构2.有关概念根据2=idici1vvv2=idici2vvvi2i1id=vvv)(21=i2i1icvvv有共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。6.2.2射极耦合差分式放大电路1.电路组成及工作原理6.2.2射极耦合差分式放大电路1.电路组成及工作原理静态OCC2C121=IIIICE2CE1=VVCCV)V7.0(c2CCCRIVc2CRIEVβIIICB2B1动态仅输入差模信号，i2i1vv和大小相等，相位相反。O2O1vv和大小相等，，0O2O1ovvv信号被放大。相位相反。1.电路组成及工作原理2.抑制零点漂移原理温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。2.抑制零点漂移原理差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用3.主要指标计算（1）差模情况idod=vvvAi2i1o2o1vvvv接入负载时i1o122vvbecrRbeLcd)21//(=rRRβAv以双倍的元器件换取抑制零漂的能力A双入、双出3.主要指标计算（1）差模情况B双入、单出ido1d1=vvvAi1o12vvd21vAbec2rR接入负载时beLcd2)//(=rRRβAv3.主要指标计算（1）差模情况C单端输入eorr等效于双端输入指标计算与双端输入相同。3.主要指标计算（2）共模情况A双端输出共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。所以0oc2oc1ocvvv0icoccvvvA共模增益B单端输出icoc1c1vvvA抑制零漂能力增强icoc2vvobec2)1(rrRoc2rRorc1vA3.主要指标计算（2）共模情况（3）共模抑制比cdCMRvvAAKdBlg20cdCMRvvAAK双端输出，理想情况CMRK单端输出CMRKc1d1vvAAbeorr越大，CMRK抑制零漂能力越强单端输出时的总输出电压)1(idCMRicidd1o1vvvvvKA（4）频率响应高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。例(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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RrRRβAv9.3)1()//(e33beL3c32RrRRβAv1952d2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vvvAAA4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路静态IE6IREFe6BE6EECCRRVVVE6E5E6IRRIO＝IE54.带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模电压增益（负载开路）0ce4o2ce2o2c2c4rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeidrvrvrvrvbece4ce2ido2d2)//(rrrvvAv则单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模输入电阻Rid＝2rbece4ce2o//rrR输出电阻4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路共模输入电阻Ric＝rbe＋2(1＋β)ro56.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路6.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路双端输出差模电压增益ido1i2i1o2o1d2vvvvvvvA)//(2)//(o1o3idmo1o3i1mo1rrgrrgvvv而:)//()//(ds1ds3mo1o3mdrrgrrgAv所以：6.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路单端输出差模电压增益vo2＝(id4-id2)(ro2//ro4)＝gmvid（ro2//ro4）)]2(2[idmidmvvgg(ro2//ro4)ido2dvvvA＝gm(ro2//ro4)与双端输出相同end6.3差分式放大电路的传输特性根据TBE/ESEeVIiviC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2又vO1＝VCC－iC1Rc1vO2＝VCC－iC2Rc2可得传输特性曲线vO1，vO2＝f（vid）vO1，vO2＝f（vid）的传输特性曲线end6.4集成电路运算放大器6.4.1集成电路运算放大器CMOSMC145736.4.2集成运算放大器7416.4.1CMOSMC14573集成电路运算放大器1.电路结构和工作原理2.电路技术指标的分析计算(1)直流分析REFGS5SSDDREFSG5SSDDoREFRVVVRVVVII2TGS5P5REF)(VVKI已知VT和KP5，可求出IREF根据各管子的宽长比，可求出其它支路电流。(2)小信号分析2idgs1vv2idgs2vv设gm1=gm2=gm)//)(()//(4o2o2d4d4o2oogs7o2rriirrivv则)//()//)](2()2([ds4ds2idm4o2oid2mid1mrrgrrggvvv2.电路技术指标的分析计算)//)((4o2o2d1drrii)//(ds4ds2mido21rrgAvvv输入级电压增益(2)小信号分析2.电路技术指标的分析计算总电压增益Av=Av1·Av2Av2=vo/vgs7=－gm7(rds7//rds8)第二级电压增益将参数代入计算得Av=40884.8（92.2dB）6.4.2集成运算放大器741原理电路6.4.2集成运算放大器741简化电路end6.5实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响6.5.1实际集成运放的主要参数6.5.2集成运放应用中的实际问题6.5.1实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）1.输入失调电压VIO在室温（25℃）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压VIO。一般约为±（1～10）mV。超低失调运放为（1～20）V。高精度运放OP-117VIO=4V。MOSFET达20mV。2.输入偏置电流IIB输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值IIB＝（IBN＋IBP）/2BJT为10nA～1A；MOSFET运放IIB在pA数量级。6.5.1实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）3.输入失调电流IIO输入失调电流IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即IIO＝|IBP－IBN|一般约为1nA～0.1A。4.温度漂移（1）输入失调电压温漂VIO/T（2）输入失调电流温漂IIO/T6.5.1实际集成运放的主要参数差模特性1.开环差模电压增益Avo和带宽BW开环差模电压增益AvO开环带宽BW(fH)单位增益带宽BWG(fT)741型运放AvO的频率响应6.5.1实际集成运放的主要参数差模特性2.差模输入电阻rid和输出电阻roBJT输入级的运放ri