chapter6模电演示文稿PPT学习教案

1、会计学1chapter6模电演示文稿模电演示文稿6.1集成电路运算放大器中的电流源6.2差分式放大电路6.3集成电路运算放大器6.4集成电路运算放大器的主要参数第1页/共35页 ：把整个电路中的元器件制作在一快硅基片上，构成特定的功能的电子电路。1 就集成度分：小规模中规模 大规模 超大规模（每块芯片上可有上亿个元件）2 就导电类型分：双极型 单极型 两种兼容型3 就功能分：数字集成电路模拟集成电路运算放大电路 功率放大电路等集成电路分类：第2页/共35页 由于制造工艺上的原因，模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点：（1）电阻和电容的值不宜做得太大，电路结构上采用直接藕合方式 由于集成电路

2、中，电阻是利用NPN管的基区体电阻构成， 电阻值的范围一般为几十欧10千欧左右，阻值范围不大，且阻值精度不易控制，误差可达10%20%。所以，若需要高阻值电阻，可用BJT或FET等组成的恒流源代替，或采用外接电阻的方法。 电容则采用PN结的结电容构成，约在100PF以下，误差也较大，因此电路结构只能采用直接耦合方式。电感的制造则更加困难。集成电路的特点第3页/共35页（2）为克服直接耦合电路的温度漂移，常采用差分式放大电路（3）尽量采用BJT（或FET）代替电阻电容和二极管等元件 在集成电路制造工艺中，制造三极管（特别是NPN管）比制造其他元件容易，且占用面积小，性能好。因此常用BJT（或FE

3、T）构成恒流源作偏置电阻；将BJT的基极和集电极短接构成二极管稳压管等；用复合管共射共基共集共基等组合电阻来改善单管电路的性能。第4页/共35页让我们开始学习吧！第5页/共35页1. 镜像电流源2. 微电流源3. 电流源用作有源负载第6页/共35页IC2IREF1. 镜像电流源IC2 IREF （VccVBE）/ R Vcc / RIC1 IREF 2IB IREF 设T1 T2参数完全相同。 1= 2，ICEO1 = ICEO2 ， VBE1=VBE2 ， IE1 =IE2 ， IC1=IC2存在问题：当不够大时，IC2与IREF 差异较大改 进较大，IB=IC/IC ，IC1 IC2RRc

4、T1T2Vcc2IBIREFIC1IE1IC2第7页/共35页IREFIC1IC2IBT1T2RVccT3IB2IB1IC2 IREFIC2IREF镜像电流源改进电路：镜像电流源电路适合用于较大工作电流（mA级）的场合，若需要IC2 R ，在集成电路中不易实现。故推出第8页/共35页2. 微电流源IREFIC1IE2IC2RRe22IBT1T2VccIE2Re2 =V BE1VBE2IE2Re2+ VBE2= VBE1（KVL方程）IE2=（V BE1VBE2 ）/ Re2 IC2 IE2 V BE的数值很小 IC2亦很小，故称为IREF （VccVBE）/ R Vcc / R 当电流变化时

5、IREF变化 V BE变化很小 IC2变化很小（远小于IREF的变化） IC2较稳定第9页/共35页3. 电流源用作有源负载RT2VccT1T3VOVIIREF特点：直流电阻小，交流电阻很大提高交流放大倍数而不影响 静态工作点亦常用作射级负载电流源用作集电极负载第10页/共35页线性放大vi1vi2vovo=AVD（vi1vi2）差模电压增益基本差分式放大电路第11页/共35页1.差模信号：vid = vi1 vi22.共模信号：vic = （vi1 + vi2 ）/2可以看出：差模信号是在两输入端各加入了一个大小相等，方向相反的信号。共模信号是在两输入端各加入了一个大小相等，方向相同的信号。

6、在差模共模信号同时存在的情况下（用叠加原理）vO=AVDvid+ A VC vic AVD = vod /vidAVC = voc /vic其中：称为差模电压增益称为共模电压增益vi1= vic+ vid / 2vi2= vic vid / 2第12页/共35页输入：vi1 = vi2 = 01. 静态分析（ 差、共摸相同）输出： vo =VC1VC2 =0输入信号电压vid =vi1vi2= 0输出亦为 0IoiC2iC1C1C2eb1b2Rc1Rc2vo1T1T2+Vccvo2vEVEEvi1vi2+rO第13页/共35页Rc1Rc2T1T2iC2iC1C1C2b1b2vi1= vid /

7、2+vi2= vid /2+vo1vo2vo2.动态分析当vi1 = -vi2 = vid /2时 称为差模输入一管电流将增加，一管电流将减小vo =vC1vC2 0输出为vid =vi1vi2 第14页/共35页iC2iC1C1C2b1b2vi1+vi2+voc1voc2voc2.动态分析当vi1 = vi2 = vic时 称为共模输入两管电流将同时变化vo =vC1vC2 =0输出为0 Rc1Rc2T1T22ro2ro第15页/共35页3.主要技术指标的计算差模电压增益 *双端输入、双端输出的差模电压增益AVD = vo /vid = （vo1 - vo2 ） /（vi1 vid2 ）=

8、2vo1 / 2vid1 = -Rc / rbe当集电极c1 、 c2两点接入负载电阻RL时AVD= -RL / rbeRL =Rc（RL / 2）其中 *双端输入、单端输出（只取其中一管的集电极）的差模电压增益AVD = AVD1 /2 = -Rc / 2rbe *单端输入的差模电压增益单端输入时电路的工作状态与双端输入时近似一致。 在电路完全对称的情况下，其与单边电路的电压增益相等。可见该电路是用成倍的元器件以换取抑制零点漂移的能力。第16页/共35页3.主要技术指标的计算共模电压增益 *双端输出的共模电压增益AVC = voc/vic = （voc1 - voc2 ） /vi c0 *单

9、端输出的共模电压增益AVC 1 -Rc /2ro一般情况下，（ 1+ ）2 ro rbe ， 1 共模电压增益越小，说明放大电路的性能越好ro越大，即恒流源Io越接近理想情况， AVC 1越小，说明它抑制共模信号的能力越强AVC 1= voc1 / vic = voc2 / vic = rbe +（1+ ）2 ro Rc第17页/共35页共模抑制比KCMR为了说明差分式放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量其性能。KCMR = |AVD / AVC |越大越好！3.主要技术指标的计算或用分贝表示KCMR = 20lg|AVD / AVC |dB理想情况下AVC=0 K

10、CMR 双端输出单端输出KCMR = |AVD1 / AVC 1| ro /2rbe第18页/共35页4. 由于差分式放大电路有两种输入方式和两种输出方式，组合后便有四种典型电路。则其电压增益及KCMR均不同。输入方式输入方式 双双 端端 输输 入入原理电路图原理电路图 如图所示如图所示输出方式输出方式 双双 端端 单单 端端差模电压增益差模电压增益AVDAVD = vo /vid = -Rc /rbeAVD 1= vo1 /vid =- vo2/vid = -Rc /2rbe共模电压增益共模电压增益AVCAVC0AVC1 -Rc /2ro共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR KCMR ro

11、/2rbe差模输入电阻差模输入电阻Rid Rid = 2rbe共模输入电阻共模输入电阻Ric Ric = rbe +（1+ ）2 ro / 2输出电阻输出电阻Ro Ro= 2Rc Ro= Rc高频响应高频响应 与共射电路相同与共射电路相同 用用 途途1.用于输入、输出不需要一端接地时用于输入、输出不需要一端接地时2.常用于多级直接耦合放大电路的输入常用于多级直接耦合放大电路的输入级、输出级级、输出级将双端输入转化为单端输入，常用于多级直接耦将双端输入转化为单端输入，常用于多级直接耦合放大电路的输入级、中间级合放大电路的输入级、中间级第19页/共35页输入方式输入方式 单单 端端 输输 入入原理

12、电路图原理电路图 如图所示如图所示输出方式输出方式 双双 端端 单单 端端差模电压增益差模电压增益AVDAVD = vo /vid = -Rc /rbeAVD 1= vo1 /vid =- vo2/vid = -Rc /2rbe共模电压增益共模电压增益AVCAVC0AVC1 -Rc /2ro共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR KCMR - ro /2rbe差模输入电阻差模输入电阻Rid Rid = 2rbe共模输入电阻共模输入电阻Ric Ric = rbe +（1+ ）2 ro / 2输出电阻输出电阻Ro Ro= 2Rc Ro= Rc高频响应高频响应从从vo2输出，输出，T1管是共射电路，管

13、是共射电路，T2管是共基电路，故管是共基电路，故T1T2组成共射组成共射共基电路，有效地共基电路，有效地提高了上限频率提高了上限频率 用用 途途1.将单端输入转化为双端输出将单端输入转化为双端输出2.常用于多级直接耦合放大电路的输入常用于多级直接耦合放大电路的输入级级用在放大电路输入电路和输出电路均需有一端接用在放大电路输入电路和输出电路均需有一端接地的电路中地的电路中第20页/共35页二.简单的集成电路运算放大器一.集成电路运放内部组成原理框图AV +NPVO第21页/共35页 输入级 中间级 输出级 偏 置 电 路Vi1Vi2Vo一.集成电路运放内部组成原理框图级间有耦合功放电压（流）放大

14、恒流源差分式输入第22页/共35页R1R2T1T2T7T8R8T4T3R4R3R7T9T6T5R6R5VEE+VCCvi1+vi2+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREF第23页/共35页R1R2T1T2差分式放大电路T7T8R8镜像电流源电路T4T3R4R3中间级R7T9电流源T6T5R6R5输出级VEE+VCCvi1+vi2+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREFRi2Ro1Ri3Ro2第24页/共35页放大电路的直流计算87)(RVVVIIEEBECCREFC72121CCCIII42243)2(RVRIVIIBECCCRR565335RVVRIVIBEB

15、ERCCE66)(RVIEEE)2()(223341121BERCCRCCCEECCCCECEVRIVRIVVVRIVVV第25页/共35页放大电路总电压增益AV的计算结论:多级放大电路的增益等于各级放大电路的增益之积=AVD AV2 AV3vi2-vi1vo1vo2vo1vovo2AV=其中：输入级的电压增益AVD112beVDrRA电压放大级的电压增益AV2输出级的电压增益AV3近似为1)1 ()1 (443322RrrRAbebeV第26页/共35页1 .输入失调电压VIO VIO = （ VO | VI = 0）/ AVO，一般约为（110）mV2 .输入偏置电流IIB IIB =（I

16、BN + IBP）/ 2，一般为10nA1A3 .输入失调电流IIOIIO =| IBP IBN |，一般约 为1nA0.1A第27页/共35页5 .最大差模输入电压Vidmax ：集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。6 .最大共模输入电压Vicmax ：运放所能承受的最大共模输入电压。超过此 值，它的共模抑制比将显著下降。7 .最大输出电流Iomax ：运放所能输出的正向或负向的峰值电流。4 .温度漂移：由输入电压和输入失调电流随温度的漂移所引起的。输入失调电压温漂 VIO / T：规定温度范围内VIO的温度系数。输入失调电流温漂 IIO / T：规定温度范围内IIO 的温度系数。一般约为（1020 V/c ）高质量的每度几个pA 第28页/共35页8 .开环差模电压增益AVO ：集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无 负反馈情况下的直流差模电压增益。9 .开环带宽BW（fH）3dB：开环差模电压增益下降3dB时对应的频率fH。10 .单位增益带宽BWG（fT）：对应于开环电压增益AVO频率响应曲线上其 增益下降到AVO = 1时的频率，即AVO为0dB时的信号频率fT。11 .转换速率SR ：放大