第6章 模拟集成电路1004.ppt

4 1 第6章集成电路运算放大器 4 2 绪论 一 集成电路的特点 同分立器件电路相比 1 具有对称性 电路结构与元件参数 2 大电阻不易集成 3 大电容不易集成 同一硅片 相同工艺 元件特性相同 绝对值的同向偏差 温度均一性 硅半导体的体电阻 阻值范围不大 几十欧到几十K欧 误差大 10 到20 尽量少用电阻 PN结电容 几十皮法以下 因此 级间耦合 阻容 直接 4 3 1 直接耦合方式 2 利用对称结构提高电路性能 3 用有源元件替代无源元件 多用晶体管 少用电阻4 采用复合管 5 只用小电容 不用电感6 偏值电流很小7 温度一致性好 绪论 一 集成电路的特点 同分立器件电路相比 4 4 二 集成运放电路的组成 偏置电路 为各级放大电路设置合适的静态工作点 采用电流源电路 输入级 前置级 多采用差分放大电路 要求Ri大 Ad大 Ac小 输入端耐压高 中间级 主放大级 多采用共射放大电路 要求有足够的放大能力 输出级 功率级 多采用准互补输出级 要求Ro小 最大不失真输出电压尽可能大 4 5 6 1集成电路运算放大器中的恒流源 镜像电流源 多路电流源 电流源的应用 微电流源 概述 4 6 概述 实现恒流源的基本思想 IC恒定 IB恒定 VBE恒定 4 7 缺点 1 受电源波动影响大 2 电阻过多 1 单管电流源 电流计算 负载为RL 6 2电流源电路 4 8 6 2电流源电路 1 单管电流源 UT 4 9 2 镜像电流源 VBE T IC IC IREF IB 4 10 2 镜像电流源 精度更高的镜像电流源 由于增加了T3 使IC2更加接近IREF 缺点 1 受电源波动影响大 2 电流最低至mA级 4 11 3 微电流源 所以IC2也很小 4 12 3 微电流源 IC1 ICSexp vBE1 VT IC2 ICSexp vBE2 VT VT 26mV IC1mA级 IC2uA级 Re千欧级 优点 受电源波动影响小 4 13 4 多路电流源 4 14 4 多路电流源 4 15 5 比例 微 电流源 4 16 6 电流源的应用 理想电流源具有 电流恒定 交流等效电阻无穷大的特点 恒流源的作用 1 提供放大电路的偏置电流 2 替代交流大电阻 带恒流源的差分放大器 4 17 7 电流源作有源负载 共射电路的电压增益为 对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻 因此增益为 比用电阻Rc就作负载时提高了 放大管 4 18 1 要放大缓慢变化的信号2 便于集成IC 能不能加隔直电容 6 3差分 动 式放大电路 问题 4 19 1 定义 输入为零时 输出还有缓慢变化的电压产生 即输出电压偏离原来起始点而上下波动 2 原因 温度变化 电源电压波动等内部原因 3 影响 静态工作点 与被放大信号混淆 被后级传播恶化 有时会将信号淹没 一 零点漂移 4 20 例如 若第一级漂了100uV 则第一级输出漂移1V 若第二级也漂了100uV 则第二级输出漂移10mV 假设 漂了100uV 漂移10mV 100uV 漂移1V 10mV 漂移1V 10mV 抑制第一级或前几级的温漂是关键 4 21 二 差动放大器的基本概念 如果存在一个产生零点漂移的信号源 从输出信号中扣除掉 就可以克服零点漂移 vo 4 22 减轻射极电阻对放大倍数的影响 当ui1 ui2时 ie1 ie2 两管共用一个射极电阻保证两管射极接交流地 4 23 如果存在一个产生零点漂移的信号源 从输出信号中扣除掉 就可以克服零点漂移 1 结构特点 对称性 Rb1 Rb2 Rb Rc1 Rc2 Rc T1和T2特性完全相同 Rb是必要的吗 二 差动放大器的基本概念 4 24 1 当vi1 vi2时 输出vo vo1 vo2 0 2 当vi1 vi2时 输出vo vo1 vo2 2vo1 3 vi1 vi2 vo 三 差模信号与共模信号 差动特性 4 25 1 共模信号 数值相等 极性相同的输入信号 即vs1 vs2 vic 三 差模信号与共模信号 2 差模信号 数值相等 极性相反的输入信号 即vs1 vs2 4 26 vi1 VCC RC1 T1 RB1 RC2 T2 RB2 vi2 RE VEE vo vd vd vc vc 4 27 一般定义 对于任意输入的信号 vs1 vs2 都可分解成差模分量和共模分量的组合形式 注意 vs1 vic vid 2 vs2 vic vid 2 例 vs1 20mV vs2 10mV 则 vid 10mV vic 15mV 差模分量 共模分量 vid vs1 vs2 vic vs1 vs2 2 4 28 1 当vid 0时 vi1 vi2 vic 输出vo voc 2 当vic 0时 vi1 vi2 0 5vid 输出vo vod 共模抑制比 综合反映抑制零漂能力的指标 差模电压增益 共模电压增益 总输出电压 差模信号输出 共模信号输出 运用叠加定理 零点漂移 有用信号 四 定性分析 4 29 共模抑制比 CMRR 的定义 例 Ad 200Ac 0 1KCMRR 20lg 200 0 1 66dB CMRR CommonModeRejectionRatio KCMRR KCMRR dB 分贝 4 30 Q点 令vI1 vI2 0 五 差动放大器的直流分析 4 31 差放电路的几种接法 输入端接法 双端输入 浮地 单端输入 输出端接法 双端输出 浮地 单端输出 不同的接法 放大性能有所不同 六 差动放大器的四种接法 六 差动放大器的四种接法 a 双端输入双端输出 b 双端输入单端输出 c 单端输入双端 d 单端输入单端输出 差模输入时 uid 2uid1 ui1 ui2 输出方式有两种 而且输出端一般接有负载RL 七 主要技术指标的计算 1 双端输入双端输出 双端输出时的差模交流通路 七 主要技术指标的计算 静态时UC1 UC2 即接上RL不影响放大器的静态工作点 当差模信号输入时 RL的中点相当于接地 4 35 RE对差模信号作用 ic1 ic2 iRE ie1 ie2 0 vRE 0 RE对差模信号不起作用 VCC 每管的交流负载R L Rc RL 2 故差模放大倍数式中 Av1为差模输入时单管电路的电压放大倍数 差模输入电阻RidRid 2rbe输出电阻Ro 2Rc 七 主要技术指标的计算 2 双端输入单端输出 单端输出时的差模交流通路 b 设射极耦合差动放大器是从T1集电极与地之间输出信号的 则RL接在T1集电极与地之间 此时电路的静态电流不变 但静态电压有所变化 其差模交流通路如图 b 所示 a 差模放大倍数式中 交流负载R L Rc RL 差模输入电阻 Rid 2rbe即Rid与双端输出时相同 输出电阻 Ro Rc 注意 T1管输出 Aud1 0 T2管输出 Aud2 0 即 4 39 3 单端输入双端输出 4 40 4 单端输入单端输出 4 41 对Ad而言 双端输入与单端输入效果是一样的 4 共模输入时的动态分析 1 双端输出由于双端输出 共模输入时电路对称 总有vc1 vc2 接在两管集电极之间的负载RL没有电流流过 可视为开路 显然 共模放大倍数实际上Auc是一个很小的数值 共模抑制比 2 单端输出单端输出时的共模交流通路其共模放大倍数式中 R L Rc RL 考虑到一般情况下 2 1 Re rbe 且 1 故上式可简化为共模抑制比 IC mA 6 4具有恒流源的差动放大器 图 a 为一种具有恒流源的差动放大器 图 b 为其简化画法 恒流源的特点 a b 4 45 场效应管差分放大电路 4 46 6 5差分式放大电路的传输特性 vO R L iC2 iC1 其中R L RC 0 5RL iC1 ICSexp vBE1