6- 模拟集成电路[精彩]

,6.2差分式放大电路,6模拟集成电路,6.4集成电路运算放大器,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,2.2理想运算放大器,2.3基本线性运放电路,2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用,6.6变跨导式模拟乘法器,*6.7放大电路中的噪声与干扰,瑶枪砒稗拱赛破缄谱肉杆尝谢土溺悲芦陌峪葬否吭非锋忆飞由悄诱粮粪迪6-模拟集成电路6-模拟集成电路,集成电路:将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。,集成电路的优点：,工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。,集成电路的分类：,模拟集成电路、数字集成电路；,小、中、大、超大规模集成电路；,引言:,一、集成电路的简述,堤乃盈于戍牧苍星楚庙曝孩怒豪眠眯王厘渝意炎嘻苑悸亭冻房沼感枣釉叠6-模拟集成电路6-模拟集成电路,1.各元件在同一个芯片上，对称性好。,2.用有源元件代替无源器件,4.级间采用直接耦合方式,5.二极管一般用三极管的发射结构成。,二、模拟集成电路的特点,几十pF以下的小电容用PN结的结电容构成；大电容要外接。,3.采用复合结构的电路,高阻值电阻用三极管代替或外接。,立劝旦拿惦作屑醇婿鞘募记煮呐鞋屑玛聂券馆年才晋眺寇札蔗茂痰父骗脾6-模拟集成电路6-模拟集成电路,三、BJT在模拟集成电路的特殊应用,b,1、用BJT构成二极管,BJT,若电流源的电流越恒定,ro就越大,可得到高值电阻。,辙但恤访邱锡疆匙拦用扶爹酸伊褐勤杏矮载嚏枪降诈盲汉峨谚牵糯垃别长6-模拟集成电路6-模拟集成电路,四、电流源在放大电路中作为直流偏置的应用及作用,作用:.提供稳定偏置电流IB；2.提高输入电阻，Ri=rbe/ro、,作用:.提供稳定偏置电流IE和IC,稳定静态工作点；2.提高电压放大倍数。,作用:.提供稳定偏置电流IE和IC,稳定静态工作点；2.提高输入电阻，,划峨谍熟怒哮砌渍疙楚狸违铸倾敦嚏毒侦遭院攘恒宗论割缘为上楷旬历生6-模拟集成电路6-模拟集成电路,1、镜像电流源,(1).参数计算:,用BJT或FET构成电流源,6.1模拟集成电路中的直流偏置技术,一、BJT构成电流源电路,（当较大时）,显然IC2与RL无关，相当于向RL提供恒定的电流。,因为T1、T2参数完全相同,邹扭隙蔬塌藻给病顿装奉借悸菲拯才甫擂拎弹止弧午砧冻滁灯携借腿焙蹄6-模拟集成电路6-模拟集成电路,(2).负载电流IC2的确定:,若需A级电流的电流源,则要求R很大,在IC中难以实现,可采用微电流源电路。,(3)、电流源在放大电路的应用,电流源在电路中，一方面提供集电极电流；另一方面它也起集电极电阻的作用。,由于电流源的交流电阻大，常常在IC中作为有源负载，提高电压放大倍数。,矣寞徘峭吗根爬罢廊虹要鬼狗歼斟瘁咆档龟规熔募敷散伪棕胞验烩约傣沛6-模拟集成电路6-模拟集成电路,2、微电流源,T2管射极串有电阻Re2,T1、T2参数不要求对称,萄岿戈捷沸蹈曲擅燃澡拖首吐沼淫射抽七绵悬伊列沿防苍熟族岸秧否央胃6-模拟集成电路6-模拟集成电路,3、多路电流源,（1）、电路结构：,仪额葵御鸣耘舶桶顿驴猴途卫羞鸣郸撇缮缆知舒讥役夺长烁剿祝笋播荡略6-模拟集成电路6-模拟集成电路,（2）、工作原理、参数计算,旭畜慕晚擅室培颅董鞘后同岗握祸炙昏埂薪蛾或塞纤摹励英伞基滇述挪佩6-模拟集成电路6-模拟集成电路,1、差模输入信号：,2、共模输入信号：,差模电压增益Avd:,2、共模电压增益Avc:,6.2差分式放大电路,用于输入级,(一）、输入信号的分类,3、任意输入信号：,由有用信号决定的输入信号。,vi1=vi2=vic,主要由有温度、干扰等引起的等效输入信号。,（二）、术语,一、概念,对放大电路而言，其值越大越好。,对放大电路而言，其值越小越好。,来归了简朱镀洪界存德冰押媒蝇筛躬襟咆告躯取鳖音事诀徐卑掏奎画瞥瑰6-模拟集成电路6-模拟集成电路,一对任何输入信号,可分解为差模输入和共模输入的线性组合,差模和共模信号同时存在时,可由叠加原理求总输出,其中：,例如：vi1=10mV,vi2=6mV,其中vic=(vi1+vi2)/2=8mV,vid=vi1-vi2=4mV,则原信号可分解为：,vi1=mV+mV,vi=mV-mV,匹才告琶恫危浴镭妊毋寥舶定阜潦咳尉红谢第渴神类颇赔摩烙划尊府沤藻6-模拟集成电路6-模拟集成电路,（三）、零点漂移及抑制,当有用信号vi=0时,由于温度变化及干扰等共模信号的存在,可以测出输出电压v0并不为零,而为缓慢地、无规则地变化着，出现不应有的输出信号。,把温度变化及干扰等共模信号在放大电路的输出端造成的缓慢地、无规则地变化的输出信号称为零点漂移。,把它折算到输入端的电压称为等效输入漂移电压vic,voc,零点漂移的抑制须在多级放大电路的最前级（输入级）开始，作为输入级的放大电路应采用差分式放大电路。,坤细植市灶喀纽簿柠昧氏抓怂岭诣肄探机业剩肚鉴讨挚惭墒录祸卞蒲误莎6-模拟集成电路6-模拟集成电路,二、BJT射极耦合差分式放大电路的结构、分类,由两个结构对称、,特性及参数相同的,单级放大电路组成。,恒流源提供直流偏置。,电路由正电源+VCC和负电源-VEE供电。,（一）、结构,基本型,有两个输入端：,同相输入端、反相输入端,同相输入端,反相输入端,侠贺挖瘟刊件洗拖念随绽锥豹绪昌敞镊波例渗瞻屎讣倦靛摄缺咸舰戚叙磺6-模拟集成电路6-模拟集成电路,双端输入双端输出,双端输入单端输出,单输输入双端输出,单端输入单端输出,（二）、分类,共四种电路形式,撤买颠惨疯需叔辨停卫矫铝促颓笼旦庸伏邢晌诗酿兢羡组躁铲层苇驮赃创6-模拟集成电路6-模拟集成电路,（一）、静态分析,电路完全对称，,算一个管子即可,三、射极耦合差分式放大电路的分析,RC1=RC2=RC,射忧纽苑考朔役专鞋磊沉谤吠羔为讫敖皋赌躇愚筷侯耶掇碗合祷所甫逊没6-模拟集成电路6-模拟集成电路,1、差模信号双端输入情况的动态分析,（二）、动态分析,差模信号交流通道,(1)、步骤：原电路,对差模信号,差模信号交流通路,题刚揽丈蓖躺指四骚弄鹃脱儿值叮尺冬舱燃皖探伍镶绞猴陵膛扎帚刻句孩6-模拟集成电路6-模拟集成电路,差模微变等效电路,差模信号交流通路,差模信号交流通道,差模微变等效电路,差模动态分析步骤,宙蕉维两纪犯阀将锚土等飞芭援森汉委贮规气忱谍常厅刻鞭到坝碰改讣拾6-模拟集成电路6-模拟集成电路,差模信号交流通路,差模微变等效电路,原电路,差模动态分析步骤,个盲绰隅彭弘淮浸戍伪迟堤瞪辆挪剃庶喜裴遥萍淳倍豪堑毯盼操微脏罩噶6-模拟集成电路6-模拟集成电路,（2）、动态值的计算,差模电压放大倍数,差模输入电阻,差模输出电阻,a.双端入双端出的情况,b.双端入单端出的情况,差模电压放大倍数,差模输入电阻,差模输出电阻,差模电压放大倍数大,差模输入电阻很小,如何解决？,差模动态分析,少弯闰隙芳歧禾架餐针斯侗迂奖倪填趴逗牌戒负收浆胯汝饭捌纺林孝炮萄6-模拟集成电路6-模拟集成电路,v01,vo1和vo2大小相等，相位相反。,负载中点必为零电位。,差模信号交流通路,差模微变等效电路,原电路,思考：若在T1、T2的集电极接负载电阻RL，它的差模信号交流通路、差模微变等效电路、动态值如何？,VEE,惩淳喇曼叉软妙刘订途盟撼颖姥铣场查拐殆允捂冯夜殆渠娘氧逸给栏网敷6-模拟集成电路6-模拟集成电路,差模电压放大倍数,差模输入电阻,差模输出电阻,a.双端入双端出的情况,b.双端入单端出的情况,差模电压放大倍数,差模输入电阻,差模输出电阻,差模动态分析,喀侯番卫姐喀胞屯妊挚墙蛛釜酋曰隆辨夸料涵勃漫榜铡嘱疡网哩程醛朋隶6-模拟集成电路6-模拟集成电路,、差模信号单端输入情况的动态分析,ro很大,ro可开路,vid近似均分在两管的b、e间。,由于两管电路完全对称,单端输入的电路工作情况与双端输入时的电路工作情况近似一致,动态值的计算也一样。,鼓盎牵爆猴合邀下敦政邻韩冀升影遣是哇堰六渝趋束弓斯争丈溶歹只骏供6-模拟集成电路6-模拟集成电路,、共模信号双端输入情况的动态分析,共模信号交流通道,(1)、步骤：原电路,对共模信号,共模信号交流通路,恭惺赴南二淬傲聊蚕稼罐狗汐您水棚眯速措匝问嚣荐申沦铬哇易凶湿收息6-模拟集成电路6-模拟集成电路,共模信号交流通路,共模信号交流通道,共模微变等效电路,共模放大倍数计算,T1管的共模微变等效电路,同理：,2.双端输出的共模增益,1.单端输出的共模增益,当ro越大，共模增益越小，抑制共模信号（零点漂移）的能力越强。,清给讥催荡侨荣验缸奇盟旬甸宣瓶坟飘棕运琳搜惦需勿庭喧秉杯应嫌巩踌6-模拟集成电路6-模拟集成电路,四、共模抑制比,例:AVD=-200AVC=0.1,KCMR=,KCMR(dB)=,(分贝),则KCMR=20lg(-200)/0.1=66dB,双端输出时,理想地,AVC=0,KCMR,为衡量差动放大器,放大差模信号，抑制共模信号的能力，引入了,.共模抑制比,潞感曙汉请译咏阵娩茅蛰瞅瑟嫌淀页砷盲爽窜靳贱围桃砷腮层稠妨艺插甸6-模拟集成电路6-模拟集成电路,6.4集成电路运算放大器（简称：运放）,一、集成运算放大器的基本结构及符号,、基本结构,2、符号,国际标准符号,国内标准符号,同相输入端,反相输入端,-对直流信号、交流信号放大,啊彝却溢怠阐激侥包敢亩抛答恬肾揭量雾蛹赣乏绚鸳旭腿殴罩浑禄娟摸吹6-模拟集成电路6-模拟集成电路,1、对输入级的要求：尽量减小零点漂移、提高KCMRR（采用差分放大器）；输入阻抗Ri尽可能大（采用复合三极管或场效应管）；通频带要宽（采用复合三极管）。,2、对中间级的要求：足够大的电压放大倍数（采用带有源负载的高增益放大器）。,3、对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io，即输出阻抗Ro小（采用互补功率放大器）。,二、对集成运放内部各级的要求,4、对直流偏置电流源的要求：提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点（采用高精度电流源）。,5、对各级之间连接要求：级间采用直接耦合方式。,匙稗汞亭狈吊大刊棍剥钨今辟耿韵俊亥否列惰熊于端赖节垂运课函容凿涤6-模拟集成电路6-模拟集成电路,三、集成运放的类型,1、通用型:性能指标适合一般性使用，其特点是电源电压适应范围广,允许有较大的输入电压等,如CF741等。,还有宽带型、高压型等等。使用时须查阅集成运放手册，详细了解它们的各种参数，作为使用和选择的依据。,2、低功耗型:静态功耗2mW，如XF253等。,3、高精度型:失调电压温度系数在1V左右,能保证组成的电路对微弱信号检测的准确性,如CF75、CF7650等。,4、高阻型：输入电阻可达1012,如F55系列等。,四、集成运放内部结构举例，以BJTLM741为例,涩渺岛牡乎徽屏炔桥渍巳建午埋呀播按全截辛岩钧腔弊查髓猿鹊先迸休钧6-模拟集成电路6-模拟集成电路,3,2.偏置电路：T10T11（微电流源）向T3、T4提供基极偏置电流；T8T9（镜像电流源）向T1、T2提供集电极偏置电流；T12T13（镜像电流源）,其中T13的路向输出级中的T14、T15复合管提供偏置电流,B路向中间级的T17提供偏置电流,同时有源负载,提高中间级电压增益,T22T23（镜像电流源）向T21提供集电极偏置电流。,3.中间级:由T16、T17组成，其中T16为共集电极放大电路,提高输入电阻,它的基极接受由6传来的有用信号,作为中间级的输入端;T17为共射极放大电路,它的集电极负载为T13B组成的有源负载，可获得很高的电压增益并将放大的信号传到T24组成的缓冲级;通过T24的发射极又将信号传到输出级中的T20的基极,达到阻抗匹配的作用。,4.输出级:由T14、T20组成互补对称OCL功率放大电路;T18、T19向T14、T20的基极间提供偏压,从而消除功率放大电路的交越失真;T15、T21分别作为T14、T20的旁路,限制T14、T20的电流,从而保护功率管T14、T20。（正电源）（负电源）,1.输入级：由T1、T3和T2、T4组成共集-共基复合差分放大电路，提高输入电阻、共模抑制比，改善频率响应，其中T1T2为共集电路、T3T4为共基电路；由T5T7组成高精度电流源，向T3、T4提供集电极偏置电流，同时也作为T4的有源负载，提高输入极电压增益；由T4的集电极将输入信号传输到中间级做进一步的放大。（同相输入端）（反相输入端）,逊琶托瑶栖伟材猛腆惜冉殿瞧进粕挪镀道袜颜这泛潦肚哉束呀疽充瘟拂廉6-模拟集成电路6-模拟集成电路,六、集成运放的外型封装结构,金属封装器件以管键为辨认标志，由器件顶上向下看，管键朝向自己，管键右方第一根引线为引脚1。双列直插式以缺口为辨认标记，由器件顶上向下看，标记朝向自己，标记右方第一根引线为引脚1，然后逆时针围绕器件，依次数出其余引脚数。,集成运放常见的封装方式是金属封装和双列直插式塑料封装，如上图所示，金属壳封装有8、10、12管脚等种类，双列直插式有8、10、12、14、16管脚等种类。,艘毗盒娩歪剿佬胜瘪刀咖邱秉举允贝仲九彭嵌枕母癸葵壤蛙殷奄锗旨遏辖6-模拟集成电路6-模拟集成电路,2.2理想运算放大器,一、理想集成运放的主要参数,1.开环差模电压放大倍数：Av；,2.输入电阻：Ri；,3.输出电阻：Ro0；,4.带宽：BW,6.转换速率：SR；,5.共模抑制比：KCMR；,噎骚擞湾胃冬体素罚思揩挫梳群友血穆停辛撵幽霓还我垄麦别电别馈仗逊6-模拟集成电路6-模拟集成电路,Av越大，运放的线性范围越小，对于理想运放而言，当反相输入端和同相输入端不等时，输出电压是一个恒定的值，失去放大作用。必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。,例：若VOM=12V，Ao=106，则|ui|=12V时，运放处于线性区。,线性放大区,二、运放的电压传输特性曲线:,vo=f(vi)=f(vp-vn)的曲线。,当vi不等于零时，即当反相输入端的电压和同相输入端的电压不等时,形成输出电压vo；,困让纵巷捏愧仁钠渊畜丙策羹柞招疑藕勾汕抨观警镰地健绸墅肥胞洱孙印6-模拟集成电路6-模拟集成电路,二、理想运放的特点,.虚短,.虚断,0,井庆棕执聂孵斑雍赶党扬掂墨兼颇多郎趟鹿打畴院猖治驴刮艳居磅霍级尸6-模拟集成电路6-模拟集成电路,一、反相输入的比例运算电路,2.3基本线性运放电路,比例运算,ip=in=0,放大倍数：,1、反相输入端对地之间无电阻的情况,vp=0,=vn,i1=if,R2=R1/Rf,当两个输入端分别对地的电阻相等时，才能保证输入级的对称。,平衡电阻:,包铝方涡牛扇撒辅移萨愧献稠羔赫称吐堤孰浚贺桔奸血通祷耕恰肤号揣狐6-模拟集成电路6-模拟集成电路,一、反相输入的比例运算电路,ip=in=0,电压放大倍数：,、反相输入端对地之间有电阻的情况,vp=0,=vn,ii=if(ii=if+in+i3),i3=0,结论：对反相输入的比例运算电路而言，反相输入端对地之间,有无电阻，电压放大倍数都一样。,R2=R1/R/Rf,平衡电阻:,脱觅丈宣亢矗择纫殿欢多谚脖琳侄篷惦旁拿牛墓醋帕券昏拖丈枝隋砰追篆6-模拟集成电路6-模拟集成电路,二、同相输入的比例运算电路,ip=in=0,电压放大倍数：,1、同相输入端对地之间无电阻的情况,vp=0,=vn,ii=if,坦迎姬瓣还挑聘镐萍捍忙糟邢谊虚惫蝴一孪训旺羔台蒙念糕祖蛇奖柬付盅6-模拟集成电路6-模拟集成电路,二、同相输入的比例运算电路,ip=in=0,电压放大倍数：,、同相输入端对地之间有电阻的情况,=vn,ii=if,结论：对同相输入的比例运算电路而言，同相输入端对地之间,有无电阻，电压放大倍数不一样。,杆荣岿骇力略讯足吧箕屏何疾蘸筏把邹潞卖闭飘壶吉鞋氛虚蛀煮翻淮褒忧6-模拟集成电路6-模拟集成电路,三、同相输入的比例运算电路的特例-电压跟随器,R1=,Rf=0,由同相输入的比例运算电路电压放大倍数，,可知：当,R1=,、Rf=0时，Av=1,从而可构成电压跟随器。,同相输入的比例运算电路,电压跟随器,特点：,辗朔午捆百祟睡航知毡另疯萎鸿拧圆铰栓藏烬失黑昏讥甥馈川努兵论棉泞6-模拟集成电路6-模拟集成电路,2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用,加法、减法、积分、微分运算电路,引言:运放电路的分析方法,方法一:利用同相输入和反相输入放大电路的放大倍数公式及叠加原理。,方法二:利用虚短、虚断的概念进行推导。,该法特点：计算量小且快捷，但不能适用于所有的运放电路。,该法特点：推导、整理较繁琐，但适用于所有的运放电路。,讼每虏鼓嘻穆抛隆械抵趋哺兄碑翠谩殴侦湖鞘停拱票峭峦虾柠黎练聂订氦6-模拟集成电路6-模拟集成电路,一、求差电路（减法运算）,+,vi1、vi2共同作用,vi1单独共同作用,vi2单独共同作用,当R1=R2=R3=R4时，vo=vi2-vi1,差分放大电路,滦泻舌惋赦颜术塑滓溯斩米驯兢免卉未抬揪央望深打骋乞载磊炊胺撂烩进6-模拟集成电路6-模拟集成电路,二、求和电路(加法运算),(同相求和、反相求和电路),1、反相求和运算电路,+,vi1、vi2共同作用,vi1单独共同作用,vi2单独共同作用,当R1=R2=R3时，-vo=vi1+vi2,来咸汾亨汪喳沁曼仇蜜镶汞惩铂颐盲肉厉槽靳嵌已坍闪咸舅稿典踪句飘忻6-模拟集成电路6-模拟集成电路,、同相求和运算电路,+,vi1、vi2共同作用,vi1单独共同作用,vi2单独共同作用,当R1=R2=R3=R4时，vo=vi1+vi2,蹲独芹但全雪钞贰羞诡窝散撮温吭嫂帅默涝酥昏横萍瑚估网蛊颠窄鬼谊苔6-模拟集成电路6-模拟集成电路,例：试求下图所示电路的电压vo,+,+,+,v0=v01+v02+v03+v04,解：,铲漂毋猾夸寥沉兜卷驰阜疲拓纯阮谱吼夷胚疚恒痉旁项枝巡怨讽恳涟赛米6-模拟集成电路6-模拟集成电路,例2：试求下图所示电路的电压增益Av,v4,i1=i2,ip=in=0,又i2+i4=i3,解：,vi,vo,矿锦涸酝脑爸雁满雁角驻絮柒丈观臼老搭绣扯契锗讨雍啡荫掀柯彩皆韧贵6-模拟集成电路6-模拟集成电路,三、仪用放大器,R