,6 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,6.6 模拟乘法器变跨导式,6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术,6.1.1 BJT电流源电路,6.1.2 FET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,6.1.1 BJT电流源电路,1. 镜像电流源,T1、T2的参数全同,即12，ICEO1ICEO2,当较大时，IB可忽略,IoIC2IREF,动态电阻,一般ro在几百千欧以上,4. 组合电流源,T1、R1 和T4支路产生基准电流IREF,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,6.1.2 FET电流源,1. MOSFET镜像电流源,当器件具有不同的宽长比时,（=0）,ro= rds2,MOSFET基本镜像电路流,6.1.2 FET电流源,1. MOSFET镜像电流源,用T3代替R，T1T3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,相当于RD电阻,6.1.2 FET电流源,2. MOSFET多路电流源,6.1.2 FET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,11,问题 1,增加R2 、RE2 : 用于设置合适的Q点。,前后级Q点相互影响,1. 引入原因：直接耦合电路的特殊问题,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,12,指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。,产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化。,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。,零点漂移,问题 2,输入级采用差动放大电路,13,例如,若第一级漂了100 uV，,则输出漂移 1 V。,若第二级也漂了100 uV，,则输出漂移 10 mV。,假设,第一级是关键,3. 减小零漂的措施,用非线性元件进行温度补偿,采用差分式放大电路,漂了 100 uV,漂移 10 mV+100 uV,漂移 1 V+ 10 mV,漂移 1 V+ 10 mV,14,由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。,抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。,基本差分放大电路原理图,两个输入、两个输出,两管静态工作点相同,1.电路结构特点,2. 用三端器件组成的差分式放大电路,T1 、T2：对管（同型号、同参数），结构对称。,uo= VC1 VC2 = 0,uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0,静态时，ui1 = ui2 = 0,当温度升高时ICVC （两管变化量相等）,对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。,2.抑制零点漂移的原理,RE的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。,UEE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。,典型差分放大电路,恒流源式差动放大电路,T1 、T2：对管（同型号、同参数），结构对称。,两组电源供电：+VCC 、 VEE,3.三类输入信号,两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。,(1) 共模信号 ui1 = ui2大小相等、极性相同,差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。,共模信号 需要抑制,两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，,(2) 差模信号 ui1 = ui2大小相等、极性相反,uo= (VC1VC1 )(VC2 + VC ) =2 VC1,即对差模信号有放大能力。,差模信号 是有用信号,差模信号,共模信号,(3) 任意输入,ui1 、ui2 大小和极性是任意的。,例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV,ui2 = 8 mV 2 mV,ui1 = 8 mV + 2 mV,例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV,ui1 = 18 mV + 2 mV,ui2 = 18 mV 2 mV,这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。,放大器只放大两个输入信号的差值信 号差分放大电路。,22,差模信号,共模信号,定义一:,定义二:,(3) 任意输入,23,例: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV,ui1 = 18 mV + 2 mV,ui2 = 18 mV 2 mV,ui1 = 18 mV + 2 mV,ui2 = 18 mV 2 mV,定义一:,定义二:,24,射极耦合差分式放大电路,4、输入输出方式,单端输入双端输出,双端输入双端输出,双端输入单端输出,单端输入双端输出,25,1、静态分析：,ui1= ui2= 0时,静态(vi1=0,vi2=0),6.2.2 射极耦合差分式放大电路,静态时，ui1 = ui2 = 0,结论： 典型差动放大电 路的静态工作点 由负电源提供。,静态估算,27,RL,2、动态分析：,28,对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。,双端输入：,ui1 =0+ 0.5ud ui2= 0-0.5ud,分析结果表明：动态指标仅与输出方式有关,(4-29),共模抑制比(CMRR)的定义,例: Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB,CMRR Common Mode Rejection Ratio,KCMRR =,KCMRR (dB) =,(分贝),30,加差模信号：ui1 = - ui2,RL,1）双端输出,2、动态分析：,31,2）单端输出,32,五. 几种方式指标比较,33,五. 几种方式指标比较,ui1 =0+ 0.5ud , ui2= 0-0.5ud,ui1 =0.5ud +0.5ud ui2 = 0.5ud -0.5ud,34,五. 几种方式指标比较,35,1. 恒流源相当于阻值很大的电阻。,2. 恒流源不影响差模放大倍数。,3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。,恒流源的作用,36,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。,温度变化和电源电压波动,IC1， IC2变化趋势相同,相当于在两个输入端加入了共模信号。,效果,差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用,例,(4)当输出接一个12k负载时的差模电压增益.,解：,求:,(1)静态,长尾式差动放大电路,（VQ=-0V）,(2)电压增益,VE2Q=-0.7V,VQ=-0V,(3),差分电路的共模增益,共模输入电压,不计共模输出电压时,uid,uic,(较小,why?),(4),归纳： 1)差动放大电路的分析计算的内容； 2)在分析时，重点注意基本概念，如共模、差模，单出、双出等; 3)理解计算结果；,4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路,静态,IE6 IREF,IO IE5,RE,4. 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）,则,单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益,PNP管作 有源负载,4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路,差模输入电阻 Rid2rbe（不够大）,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 rbe2(1)ro5/2,（教材错，请更正）,6.2.3 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,而:,所以：,交流回路,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),gm vid（ro2 / ro4）,(ro2/ ro4), gm(ro2 / ro4 ),与双端输出相同,end,6.3 差分式放大电路的传输特性,根据,iC1= iE1，iC2= iE2 vBE1= vi1= vid/2 vBE2= vi2 = -vid/2,又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2,可得传输特性曲线 vO1，vO2f（vid）,vO1，vO2f（vid）的传输特性曲线,end,6.4 集成电路运算放大器,6.4.1 集成电路运算放大器CMOS MC14573,6.4.2 集成运算放大器741,6.4.1 CMOS MC14573 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,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,设 gm1 = gm2 = gm,则,2. 电路技术指标的分析计算,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,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,end,甲乙类互补对称功放,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,6.5.1 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（110）mV。超低失调运放为（120）V。高精度运放OP-117 VIO=4V。MOSFET达20 mV。,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（IBNIBP）/2,BJT为10 nA1A；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|IBPIBN| 一般约为1 nA0.1A。,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 / T,6.5.1 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rid一般在几百千欧到数兆欧 MOSFET为输入级的运放rid1012 超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA 一般运放的ro200，而超高速AD9610的ro0.05。,3. 最大差模输入电压Vidmax,6.5.1 实际集成运放的主要参数,共模特性,1. 共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric,一般通用型运放KCMR为（80120）dB，高精度运放可达140dB，ric100M。,2. 最大共模输入电压Vicmax,一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 13V。,6.5.1 实际集成运放的主要参数,大信号动态特性,1. 转换速率SR,放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）