模电第五版第六章

1、6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术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差分式放大电路的传输特性6.4 集成电路运算放大器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实际集成运算放大器的主要参数和对应 用电路的影响用电路的影响6.2 差分式放大电路差分式放大电路BE1BE2=VVE1E2= IIC1C2= IIT T1 1、T T2 2的参数全同的参数全同 即即12，ICEO1ICEO2 当当BJT的的较大时，基极电流较大时，基极电流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF RVVRVVVEECCEEBECC)( 代表符号代表符号动态电阻动态电阻 2B1

2、2CE2Co)(Ivir ce r e2BE2BE1RVV E2C2OIII e2BERV BEV rorce2（1 ） e2be2e2RrR C2OIIA1和和A3分别是分别是T1和和T3的相对结面积的相对结面积 动态输出电阻动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻为高，远比微电流源的动态输出电阻为高，有利于抑制共模信号。有利于抑制共模信号。RVVVVIEEBE23BECCREF REF13C2oIAAII T1、R1 和和T4支路产生基准电流支路产生基准电流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVI T1和和T2、T4和和T5构成镜像电流源构成镜像电流源T1和和T3，T4和和T6构

3、成了微电流源构成了微电流源当器件具有不同的宽长比时当器件具有不同的宽长比时RVVVIIIGSSSDDREFD2O REF1122O/ILWLWI （ =0=0）ro= rds2 MOSFET基本镜像电路流基本镜像电路流 2T2GS22n2T2GS22n2D2)( )()/(VVKVVKLWI 用用T3代替代替R，T1T3特性相同，特性相同，且工作在放大区，当且工作在放大区，当 =0时时，输出，输出电流为电流为 常用的镜像电流源常用的镜像电流源 REF1122D2/ILWLWI REF1133D3/ILWLWI REF1144D4/ILWLWI 2T0GS0n0D0REF)( VVKII end

4、(a) 电路电路 (b) 输出特性输出特性 i2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号idod=vvv A差模电压增益差模电压增益icoc=vvv A共模电压增益共模电压增益icciddooo =vvvvvvvAA 总输出电压总输出电压其中其中ov 差模信号产生的输出差模信号产生的输出ov 共模信号产生的输出共模信号产生的输出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标cdCMR=vvAAK根据根据2=idici1vvv 2=idici2vvv i2i1id=vvv )(21=i2i1icvvv 有有 共模信号相当于两个输入共模信号

5、相当于两个输入端信号中相同的部分端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分端信号中不同的部分 两输入端中的共模信号两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。号大小相等，相位相反。静态静态OCC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)V7 . 0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 动态动态仅输入差模信号，仅输入差模信号， i2i1vv和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 O2O1vv和和大小相等，大小相等， 0O2O1o vvv信号被放大。信号被放大。相位相反。相位相反

6、。 iC1 iC2 温温度度 iC1 iE1 iC2 iE2 vE （vB1、vB2不变）不变） vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 （1）差模情况）差模情况 idod=vvvAi2i1o2o1vvvv 接入负载时接入负载时i1o122vv becrR beLcd)21/(=rRRA v（1）差模情况）差模情况 ido1d1=vvvAi1o12vvd21vA bec2rR 接入负载时接入负载时beLcd2)/(=rRRA v（1）差模情况）差模情况eorr 等效于双端输入等效于双端输入 指标计算与双指标计算与双端输入相同。端输入相同。（2）共模情况）共模情况 共模信号的输入使两管共模信

7、号的输入使两管集电极电压有相同的变化。集电极电压有相同的变化。所以所以0oc2oc1oc vvv0icocc vvvA共模增益共模增益icoc1c1vvv A抑制零漂能力增强抑制零漂能力增强icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or c1vA（2）共模情况）共模情况（3）共模抑制比）共模抑制比cdCMRvvAAK dB lg20cdCMRvvAAK CMRK CMRKc1d1vvAAbeorr 越越大大， CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越强越强)1(idCMRicidd1o1vvvvvKA （4）频率响应）频率响应mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C

8、3CE3 RIVVV。时，时，当当，均为硅管，均为硅管，、V008050TTTOi321321 vv?mV5)3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23C vvvvv时，时，当当的值的值及及、AAARVVIII k3 . 2mV26)1(200E33be3Ir mA37. 0c2BE3e3E3C2 RVRII V9V )7 . 0(1037. 012V12E2c2C2CE2 VRIVmA74. 022C2E2E III k2 . 5k 74. 0121074. 07 . 0)12(Ee1EEe2IRIVR k78. 3mV26)1(200E22be2Ir k3 .245)1(e33

9、be3i2RrR 50)(2)/(b1bei2c22d2 RrRRAv9 . 3)1()/(e33beL3c32 RrRRAv1952d2 vvvAAAmV5 . 2)0mV5(21)(21i2i1ic vvv3 . 0)(2)1()/(e2e12b1bei2c22c2 RRRrRRAvmV972)9 . 3(5 . 2)3 . 0(550)(2icc2idd22O2O vvvvvvvvAAAAmV975O v时时 k12LR95. 1)1()/(e33beL3c32 RrRRAv5 .972d2 vvvAAA静态静态 IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO I

10、E5差模电压增益差模电压增益（负载开路）（负载开路） 0ce4o2ce2o2c2c4 rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2ido2d2)/(rrrvvAv 则则 单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益 差模输入电阻差模输入电阻 Rid2rbece4ce2o/rrR 输出电阻输出电阻共模输入电阻共模输入电阻 Ricrbe2(1)ro5双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益ido1i2i1o2o1d2vvvvvvv A) /(2 )/(o1o3idmo1o3i1mo1rrgrrgvvv 而而:

11、 :)/( )/(ds1ds3mo1o3mdrrgrrgA v所以所以：单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益vo2(id4- -id2)(ro2/ ro4) gm vid（ro2 / ro4） )2(2idmidmvvgg (ro2/ ro4) ido2dvvv A gm(ro2 / ro4 )与双端输出相同与双端输出相同end根据根据TBE/ESEeVIiv iC1= iE1，iC2= iE2vBE1= vi1= vid/2vBE2= vi2 = -vid/2 又又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得传输特性曲线可得传输特性曲线 vO1，vO2f（vid）vO1，vO

12、2f（vid）的传输特性曲线的传输特性曲线endREFGS5SSDDREFSG5SSDDoREF RVVVRVVVII 2TGS5P5REF)(VVKI 已知已知VT 和和KP5 ，可求出，可求出IREF 根据各管子的宽长比根据各管子的宽长比 ，可求出其它支路电流。，可求出其它支路电流。2idgs1vv 2idgs2vv 设设 gm1 = gm2 = gm )/)( )/(4o2o2d4d4o2oogs7o2rriirri vv则则)/()/)(2()2( ds4ds2idm4o2oid2mid1mrrgrrggvvv )/)(4o2o2d1drrii )/(ds4ds2mido21rrgAv

13、 vv输入级电压增益输入级电压增益 总电压增益总电压增益 Av = Av1Av2 Av2= vo/ v gs7 =gm7(rds7/rds8) 第二级电压增益第二级电压增益 将参数代入计算得将参数代入计算得 Av = 40884.8（ 92.2 dB ）原理电路原理电路 简化电路简化电路end1. 输入失调电压输入失调电压VIO 在室温（在室温（25）及标准电源电压下，输入电压为零时，为）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调电压VIO。一般约为。一般约为（110）mV。超低失调运

14、放为（。超低失调运放为（120） V。高精度运放。高精度运放OP-117 VIO=4 V。MOSFET达达20 mV。2. 输入偏置电流输入偏置电流IIB 输入偏置电流是指集成运放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两个输入端静态电流的平均值 IIB（IBNIBP）/ /2 BJT为为10 nA1 A；MOSFET运放运放IIB在在pA数量级。数量级。3. 输入失调电流输入失调电流IIO 输入失调电流输入失调电流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，即端的静态基极电流之差，即IIO|IBPIBN| 一般约为一般约为1

15、nA0.1 A。 4. 温度漂移温度漂移（1）输入失调电压温漂）输入失调电压温漂 VIO / T（2）输入失调电流温漂）输入失调电流温漂 IIO / T1. 开环差模电压增益开环差模电压增益Avo和带宽和带宽BW 开环差模电压增益开环差模电压增益AvO开环带宽开环带宽BW (fH)单位增益带宽单位增益带宽 BWG (fT)741型运放型运放AvO的频率响应的频率响应 2. 差模输入电阻差模输入电阻rid和输出电阻和输出电阻ro BJT输入级的运放输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放为输入级的运放rid1012超高输入电阻运放超高输入电阻运放r

16、id1013、IIB0.040pA一般运放的一般运放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3. 最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax1. 共模抑制比共模抑制比KCMR和共模输入电阻和共模输入电阻ric 一般通用型运放一般通用型运放KCMR为（为（80120）dB，高精度运放，高精度运放可达可达140dB，ric100M。 2. 最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 13V。1.

17、转换速率转换速率SR放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率，即输出电压对时间的最大变化速率，即 maxoRd)(dttSv 若信号为若信号为viVimsin2 ft ，则运放的，则运放的SR必须满足必须满足SR2fmaxVom2. 全功率带宽全功率带宽BWP 指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标。一般通用是大信号和高频信号工作时的重要指标。一般通用型运放型运放SR在在nV/ s以下，以下，741的的S

18、R=0.5V/ s而高速运放要求而高速运放要求SR30V/ s以上。目前超高速的运放如以上。目前超高速的运放如AD9610的的SR3500V/ s。omRmaxP2 VSfBW 1. 电源电压抑制比电源电压抑制比KSVR 衡量电源电压波动对输出电压的影响衡量电源电压波动对输出电压的影响 2. 静态功耗静态功耗PV 1. 1. 集成运放的选用集成运放的选用 根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。至于专用项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。至于专用型运放，虽然某项技术参数很突出，但其他参数则难以兼型运放，虽然某项技术参数很突出，但其他参数则难以兼顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高速型与顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高速型与高精度常常有矛盾，如此等等。高精度常常