模拟集成电路基础罗群模电ppt课件

1、 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术第第5 5章章 模拟集成电模拟集成电路根底路根底5.1概述概述5.3 差动放大电路差动放大电路5.2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路5.4 集成运算放大电路集成运算放大电路 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5.1概述概述 集成电路是一种将集成电路是一种将“管和管和“路严密结合的器件，路严密结合的器件， 它以半导它以半导体单晶硅为芯片，体单晶硅为芯片， 采用专门的制造工艺，采用专门的制造工艺， 把晶体管、把晶体管、 场效应管、场效应管、 二极管、二极管、 电阻和电容等元器件及它们之间的连线所组成的完好电电阻和电容等元器件及它们之间的连线所组成的完

2、好电路制造在一同，路制造在一同， 使之具有特定的功能。使之具有特定的功能。 集成电路体积小、集成电路体积小、 分量轻、分量轻、 耗电少、耗电少、 可靠性高，可靠性高， 已成为现已成为现代电子器件的主体。代电子器件的主体。 集成电路分数字与模拟两大类。集成电路分数字与模拟两大类。 模拟集成电路的种类很多，模拟集成电路的种类很多， 有集成运算放大器简称集成运有集成运算放大器简称集成运放，放， 集胜利率放大器，集胜利率放大器， 集成模拟乘法器，集成模拟乘法器， 集成锁相环，集成锁相环， 集成稳集成稳压器等。压器等。 在模拟集成电路中，在模拟集成电路中， 集成运算放大器是最为重要、集成运算放大器是最为

3、重要、 用途用途最广的一种，最广的一种， 这里主要引见集成运放的内部电路、这里主要引见集成运放的内部电路、 任务原理、任务原理、 性性能目的及常用等效模型。能目的及常用等效模型。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术1集成电路中的元器件是在一样的工艺条件下做出的，集成电路中的元器件是在一样的工艺条件下做出的， 临近临近的器件具有良好的对称性，的器件具有良好的对称性， 而且受环境温度和干扰的影响后的变而且受环境温度和干扰的影响后的变化也一样，化也一样， 因此特别有利于实现需求对称构造的电路。因此特别有利于实现需求对称构造的电路。2集成工艺制造的电阻、集成工艺制造的电阻、 电容数值范围有一定的限制。

4、集成电电容数值范围有一定的限制。集成电路中的电阻是运用半导体资料的体电阻制成的，路中的电阻是运用半导体资料的体电阻制成的， 因此很难制造大因此很难制造大的电阻，的电阻， 其阻值普通在几十欧姆到几十千欧姆之间其阻值普通在几十欧姆到几十千欧姆之间; 集成电路中的集成电路中的电容是用电容是用PN结的结电容作的。结的结电容作的。3集成工艺制造晶体管、集成工艺制造晶体管、 场效应管最容易，场效应管最容易， 众多数量的晶体管众多数量的晶体管经过一次综合工艺完成。经过一次综合工艺完成。 集成晶体管有纵向集成晶体管有纵向NPN型管型管值高、性值高、性能好、能好、 横向横向PNP 型管型管值低、但反向耐压高和场

5、效应管，值低、但反向耐压高和场效应管， 另另外，外， 集成工艺比较容易制造多极晶体管，集成工艺比较容易制造多极晶体管， 如多发射极管、如多发射极管、 多集电极多集电极管等。管等。 集成二极管、集成二极管、 稳压管等普通用稳压管等普通用NPN管的发射结替代。管的发射结替代。5.1.1 集成电路中的元器件特点集成电路中的元器件特点 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术1由于硅片上不能制造大电容，所以集成运放均采用直由于硅片上不能制造大电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。接耦合方式。2由于相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和由于相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰等影响后的变化也一样

6、，所以集成运放中大量采用各种干扰等影响后的变化也一样，所以集成运放中大量采用各种差分放大电路作输入级和恒流源电路作偏置电路或有差分放大电路作输入级和恒流源电路作偏置电路或有源负载。源负载。3由于制造不同方式的集成电路，只是所用掩模不同，由于制造不同方式的集成电路，只是所用掩模不同，添加元器件并不添加制造工序，所以集成运放允许采用添加元器件并不添加制造工序，所以集成运放允许采用复杂的电路方式，以到达提高各方面性能的目的。复杂的电路方式，以到达提高各方面性能的目的。5.1.2 集成运放的电路构造特点集成运放的电路构造特点4由于硅片上不宜制造高阻值电阻，所以在集成运放由于硅片上不宜制造高阻值电阻，所

7、以在集成运放中常用有源元件晶体管或场效应管取代电阻。中常用有源元件晶体管或场效应管取代电阻。5集成晶体管和场效应管因制造工艺不同，性能上有集成晶体管和场效应管因制造工艺不同，性能上有较大差别，所以在集成运放中常采用复合方式，以得到较大差别，所以在集成运放中常采用复合方式，以得到各方面性能俱佳的效果。各方面性能俱佳的效果。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 集成运放电路中的晶体管和场效应管，除了集成运放电路中的晶体管和场效应管，除了作为放大管外，还构成电流源电路，为各级提供作为放大管外，还构成电流源电路，为各级提供适宜的静态电流，或作为有源负载取代高阻值的适宜的静态电流，或作为有源负载取代高阻

8、值的电阻，从而增大放大电路的电压放大倍数。本节电阻，从而增大放大电路的电压放大倍数。本节将引见常见的电流源电路以及有源负载的运用。将引见常见的电流源电路以及有源负载的运用。5.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 电流源电路是指可以输出恒定电流的电路。由第电流源电路是指可以输出恒定电流的电路。由第1章章晶体管场效应管的特性，晶体管场效应管的特性， 晶体管场效应管本身晶体管场效应管本身便具有近似恒流的特性。便具有近似恒流的特性。 在集成电路中， 常用的电流源电路有： 镜像电流源、 精细电流源、 微电流源、 比例电流源和多路电流源等。 它主要提供集成

9、运放中各级适宜的静态电流或作为有源负载替代高阻值电阻， 以提高放大电路的放大倍数。 5.2.1 电流源电路电流源电路 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术镜像电流源镜像电流源基准电流RUVIBECCR输出电流RCII21RCI，I12时时当当分析分析条件：两管参数对称条件：两管参数对称 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术镜像电流源分析镜像电流源分析由两只特性完全一样由两只特性完全一样的管子的管子T0T0和和T1T1构成，构成，UCE0=UBE0UCE0=UBE0，从而保，从而保证证T0T0任务在放大形状。任务在放大形状。集成运放中纵向晶体管的集成运放中纵向晶体管的均在百倍以上。假设根本均在百倍以

10、上。假设根本电流源中采用横向电流源中采用横向PNPPNP管，那么管，那么只需几倍。只需几倍。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术在镜像电流源在镜像电流源T0T0管的集电极与基极之间加管的集电极与基极之间加一个射极输出的晶体管一个射极输出的晶体管T2T2。利用。利用T2T2管的电管的电流放大作用，减小了基极电流流放大作用，减小了基极电流IB0IB0和和IB1IB1对对基准电流基准电流IRIR的分流。在实践电路中，有时的分流。在实践电路中，有时在在T0T0管和管和T1T1管的基极与地之间加电阻管的基极与地之间加电阻Re2Re2，用来增大用来增大T2T2管的任务电流，从而提高管的任务电流，从而提高T

11、2T2的的。II，II，。II，RCRCRC保持很好的镜像关系保持很好的镜像关系与与也可以认为也可以认为很小很小说明即使说明即使则代入上式可得则代入上式可得若若111982. 010改良型镜像电流源改良型镜像电流源加射极输出器的电流源加射极输出器的电流源 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术比例电流源比例电流源分析分析基准电流输出电流 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术比例电流源分析比例电流源分析微电流微电流输出电流可以大于或小于基准电流，与基准电流成比例关系。输出电流可以大于或小于基准电流，与基准电流成比例关系。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术微电流源微电流源分析分析基准电流输出电流 模模

12、 拟拟 电电 子子 技技 术术微电流源分析微电流源分析集成运放输入级放大管的集电极发射极静态电流很小，往往只需几十微集成运放输入级放大管的集电极发射极静态电流很小，往往只需几十微安，甚至更小。为了只采用阻值较小的电阻，而又获得较小的输出电流，可安，甚至更小。为了只采用阻值较小的电阻，而又获得较小的输出电流，可以将比例电流源中以将比例电流源中Re0Re0的阻值减小到零。的阻值减小到零。在在ReRe的情况下，上式对输出电的情况下，上式对输出电流流IC1IC1而言是超越方程，可以经而言是超越方程，可以经过图解法或累试法解出过图解法或累试法解出IC1IC1。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术基于比例

13、电流源的多路电流源基于比例电流源的多路电流源集成运放是一个集成运放是一个多级放大电路，多级放大电路，因此需求多路电因此需求多路电流源分别给各级流源分别给各级提供适宜的静态提供适宜的静态电流。可以利用电流。可以利用一个基准电流去一个基准电流去获得多个不同的获得多个不同的输出电流，以顺输出电流，以顺应各级的需求。应各级的需求。，IE就可以得到所需的电流阻各级只要选择合适的电确定后当0 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术多集电极管构成的多路电流源多集电极管构成的多路电流源T T多为横向多为横向PNPPNP型管，当基极电流一定时，集型管，当基极电流一定时，集电极电流之比等于它们的集电区面积之比。设电极

14、电流之比等于它们的集电区面积之比。设各集电区面积分别为各集电区面积分别为S0S0、S1S1、S2S2。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术MOSMOS管多路电流源管多路电流源由场效应管同样可以组成镜像电流源、比例电流源等。由场效应管同样可以组成镜像电流源、比例电流源等。T0T0T3T3均为均为N N沟道加强沟道加强型型MOSMOS管，它们的开启电压管，它们的开启电压UGSUGSthth等参数相等。在栅等参数相等。在栅- -源电压相等时，源电压相等时，MOSMOS管管的漏极电流正比于沟道的宽长比。设宽长比的漏极电流正比于沟道的宽长比。设宽长比W/L=SW/L=S，且，且T0T0T3T3的宽长比分

15、别为的宽长比分别为S0S0、S1S1、S2S2、S3S3。这样就可以经过改动场效应管的几何尺寸来获得各种数值的。这样就可以经过改动场效应管的几何尺寸来获得各种数值的电流。电流。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例一：图示电路是型号为例一：图示电路是型号为F007F007的通用型集成运放的电流源部分。其中的通用型集成运放的电流源部分。其中T10T10与与T11T11为纵向为纵向NPNNPN管；管；T12T12与与T13T13是横向是横向PNPPNP型管，其型管，其均为均为5 5。各管。各管的的b-eb-e间电压值均约为间电压值均约为0.7V0.7V。试求出各管的集电极电流。试求出各管的集电极电

16、流。解：解： 图中图中R5上的电流是基准电流，根据上的电流是基准电流，根据R5所在回路可以求出所在回路可以求出511122RUUVIBEEBCCRmA73. 0T10与与T11构成微电流源构成微电流源10410lnCRTCIIRUIAIC1073. 0ln326利用累试法或图解法求出利用累试法或图解法求出AIC2810T12与与T13构成镜像电流源构成镜像电流源RCCIII21213mA52. 0在电流源电路的分析中，首先应求出基准电流在电流源电路的分析中，首先应求出基准电流IR，IR经常是集成运放电路中独一可以经经常是集成运放电路中独一可以经过列回路方程直接求出的电流；然后利用与过列回路方程

17、直接求出的电流；然后利用与IR的关系，分别求出各路输出电流。的关系，分别求出各路输出电流。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例二：多路电流源电路如以下图，一切晶体管的特性例二：多路电流源电路如以下图，一切晶体管的特性均一样，均一样，UBEUBE均为均为0.7V0.7V，R=kR=k 。试求。试求IC1IC1、IC2IC2各为多少各为多少? ?130BCII解：解：RUUVIBEBECCR03A10030BCRIIIRCII322当当1+3时时AIIIRCC10021)1 (3CCII 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思索：电路如以下图，思索：电路如以下图，0 = 1 = 2=100，各管的

18、，各管的UBE均为均为0.7V，R=k 。试求。试求IC2的值。的值。RUUVIBEBECCR12mA1 . 0分析分析:20BCRIIICCII RCII1mAIR1 . 0 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思索思索:在以以下图电路中，在以以下图电路中， T1、T2管的特性一样，管的特性一样， VCC=15V，1=2=，UBE1=UBE2=0.6V。 1试证明当试证明当 2时，时， IC2IR； 2假设要求假设要求IC2=28A，电阻，电阻R应取多大？应取多大？ 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思索思索:在以以下图电路中在以以下图电路中1指出电路为何种电流源电路；指出电路为何种电流源电路

19、； 2根据二极管电流方程，根据二极管电流方程， 导出导出T1、 T2管的任务电流管的任务电流IC1、 IC2的关系式；的关系式； 3假设测得假设测得IC228A，IC10.73mA，估算电阻，估算电阻Re和和R的阻值；的阻值； 4阐明微电流源和上题所示镜像电流源的异同。阐明微电流源和上题所示镜像电流源的异同。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 在共射放大电路中，为了提高在共射放大电路中，为了提高Au，行之有效的方法是，行之有效的方法是增大集电极电阻增大集电极电阻Rc。 然而，为了维持晶体管的静态电流不然而，为了维持晶体管的静态电流不变，在增大变，在增大Rc时必需提高电源电压。当电源电压增大到

20、一时必需提高电源电压。当电源电压增大到一定程度时，电路的设计就变得不合理了。另外在集成电路定程度时，电路的设计就变得不合理了。另外在集成电路中，不能运用过大的电阻，而且中，不能运用过大的电阻，而且Rc增大，直流功耗也增大，增大，直流功耗也增大，对电源电压的要求也会提高，因此对电源电压的要求也会提高，因此Au的添加遭到的添加遭到Rc取值的取值的限制。限制。 假设用恒流源来替代假设用恒流源来替代Rc，那么由于恒流源的直流电，那么由于恒流源的直流电阻不大，故恒流源两端的直流电压并不大，但恒流源的阻不大，故恒流源两端的直流电压并不大，但恒流源的动态交流电阻很大，该交流电阻与交流通道中的动态交流电阻很大

21、，该交流电阻与交流通道中的Rc等效，等效，Au可以大大提高。由于晶体管和场效应管是有源器件，可以大大提高。由于晶体管和场效应管是有源器件， 而上述电路又以它们为负载，故称为有源负载。而上述电路又以它们为负载，故称为有源负载。5.2.2 有源共射放大电路有源共射放大电路 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术有源共射放大电路有源共射放大电路 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5.3 差动放大电路差分放大电路差动放大电路差分放大电路零点漂移的严重性零点漂移的严重性根据集成电路构造方式上的特点，集成电路的级间耦合方根据集成电路构造方式上的特点，集成电路的级间耦合方式普通采用直接耦合。直接耦合存在温度漂移

22、问题。为了式普通采用直接耦合。直接耦合存在温度漂移问题。为了抑制温度漂移，一种比较有效的电路就是差动放大电路。抑制温度漂移，一种比较有效的电路就是差动放大电路。差动放大电路是构成多级直接耦合放大电路的根本单元电差动放大电路是构成多级直接耦合放大电路的根本单元电路。路。假设零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比较，就假设零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比较，就无法正确地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能无法正确地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能正常任务，必需有效地抑制零点漂移。正常任务，必需有效地抑制零点漂移。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5.3.1 差动放大电路差动放大电路

23、Differential AmplifierDifferential Amplifier1. 电路组成电路组成 特点：特点： a.两只完全一两只完全一样的管子；样的管子； b.元件参数对元件参数对称称差动放大电路是由典型的任务点稳定电路演化而来的。差动放大电路是由典型的任务点稳定电路演化而来的。所谓所谓“差动，是指只需当两个输入端差动，是指只需当两个输入端uI1与与uI2之间有之间有差别即变化量时，输出电压才有变动即变化量差别即变化量时，输出电压才有变动即变化量的意思。的意思。对于差动放大电路的分析，多是在理想情况下，对于差动放大电路的分析，多是在理想情况下，即电路参数理想对称情况下进展的。所

24、谓电路参即电路参数理想对称情况下进展的。所谓电路参数理想对称，是指在对称位置的电阻值绝对相等，数理想对称，是指在对称位置的电阻值绝对相等，两只晶体管在任何温度下输入特性曲线与输出特两只晶体管在任何温度下输入特性曲线与输出特性曲线都完全重合。该当指出，由于电阻的阻值性曲线都完全重合。该当指出，由于电阻的阻值误差各不一样，特别是晶体管特性的分散性，实误差各不一样，特别是晶体管特性的分散性，实践的电路参数不能够理想对称。践的电路参数不能够理想对称。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术2. 输入输出方式输入输出方式输入端：同相输入端、反相输入端输入端：同相输入端、反相输入端输入方式：输入方式：双端输入

25、：假设信号同时加到同相输入端和反相输入端。双端输入：假设信号同时加到同相输入端和反相输入端。单端输入：假设信号仅从一个输入端参与，单端输入：假设信号仅从一个输入端参与， 另一个输入端另一个输入端接地。接地。输出方式：输出方式：双端输出：假设从双端输出：假设从C1和和C2两端输出。两端输出。单端输出：单端输出： 仅从集电极仅从集电极C1或或C2对地输出称为单端输出。对地输出称为单端输出。输出端：一个是输出端：一个是T1T1的集电极的集电极C1C1， 另一个是另一个是T2T2的集电极的集电极C2C2差动电路的任务方式：差动电路的任务方式：1双端输入、双端输入、 双端输出双入双端输出双入双出双出 2

26、双端输入、双端输入、 单端输出双入单端输出双入单出单出 3单端输入、单端输入、 双端输出单入双端输出单入双出双出 4单端输入、单端输入、 单端输出单入单端输出单入单出单出 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术3. 差模信号与共模信号差模信号与共模信号差模输入信号：差模信号是两个输入端信号之差差模输入信号：差模信号是两个输入端信号之差差模信号：差模信号：指在两个输入端加上大小相等，指在两个输入端加上大小相等， 极性相反的信号极性相反的信号共模信号：共模信号： 指在两个输入端加上大小相等，指在两个输入端加上大小相等， 极性一样的信号极性一样的信号共模输入信号：共模信号是两个输入端信号的平均值共模输入

27、信号：共模信号是两个输入端信号的平均值2121IIIcuuu21IIIduuuIcIdI1uu21u 即：即：IcIdI2uu21u 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术4. 抑制零漂的任务原理抑制零漂的任务原理 原理：静态时，输入信号为零，即将输入端和短接。由于两管特性一样，所以当温度或其他外界条件发生变化时，两管的集电极电流ICQ1和ICQ2的变化规律一直一样，结果使两管的集电极电位UCQ1、UCQ2一直相等，从而使UO= UCQ1 - UCQ2 =0，因此抑制了零点漂移。详细实际：在实际中，两个特性一样的管子采用详细实际：在实际中，两个特性一样的管子采用“差分差分对管，两半电路中对应的电阻

28、可用电桥精细选配，尽对管，两半电路中对应的电阻可用电桥精细选配，尽能够保证阻值对称性精度满足要求。能够保证阻值对称性精度满足要求。结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电路的两半电路仍不能够完全对称，也就是说，零点漂路的两半电路仍不能够完全对称，也就是说，零点漂移不能够完全消除，只能被抑制到很小。移不能够完全消除，只能被抑制到很小。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 电路参数理想对称，Rb1=Rb2=Rb，Rc1=Rc2=Rc；T1管与T2管的特性一样，1= 2= ，rbe1=rbe2=rbe；Re为公共

29、的发射极电阻。静态分静态分析析共模信共模信号作用号作用差模信差模信号作用号作用电压传输特性电压传输特性 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术一、静态分析一、静态分析当输入信号当输入信号uI1=uI2=0uI1=uI2=0时，作静态分析：时，作静态分析：在通常情况下，在通常情况下，RbRb阻值很小阻值很小很多情况下很多情况下RbRb为信号源内为信号源内阻，而且阻，而且IBQIBQ也很小，所以也很小，所以RbRb上的电压可忽略不计。上的电压可忽略不计。eBEQEEEQRUVI21EQBQIIBEQcCQCCCEQURIVU21CQCQUU021CQCQOUUu 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术二、

30、对共模信号的抑制造用二、对共模信号的抑制造用共模放大倍数共模放大倍数 由于电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全一样，故可以将温度漂移等效成共模信号，差分放大电路对共模信号有很强的抑制造用。电路参数的对称性起了相互补电路参数的对称性起了相互补偿的作用，抑制了温度漂移。偿的作用，抑制了温度漂移。当电路输入共模信号时，基极当电路输入共模信号时，基极电流和集电极电流的变化量相电流和集电极电流的变化量相等，因此，集电极电位的变化等，因此，集电极电位的变化也相等，从而使得输出电压也相等，从而使得输出电压uO=0uO=0。另外，还利用了射极电。另外，还利用了射极电阻阻ReRe对共模信号的负反响

31、作用，对共模信号的负反响作用，抑制了每只晶体管集电极电流抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极电位的变化，从而抑制集电极电位的变化。的变化。IcOccuuA0Ou0cA 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术三、差模信号的放大作用三、差模信号的放大作用 由于E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地；又由于负载电阻的中点电位在差模信号作用下也不变，也相当于接“地，因此负载RL被分成相等的两部分，分别接在T1管和T2管的c-e之间。差模放大倍数差模放大倍数IdOdduuAbebLcdrRRRA2/)(2bebirRRcoRR2共共模模抑抑制制比比cdCMRAAK0cACMRK电路电路差模信

32、号作用下的等效差模信号作用下的等效 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术差模信号作用下的动态分析差模信号作用下的动态分析 共模抑制比是调查差分放大电路对差模信号的放大才干和对共模信号的抑制才干的一个参数，其值愈大，阐明电路性能愈好。 虽然差分放大电路用了两只晶体管，但它的电压放大才干只相当于单管共射放大电路。因此差分放大电路是以牺牲一虽然子的放大倍数为代价，换取了低温漂的效果。差模放大倍数差模放大倍数共模抑制比共模抑制比 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术四、电压传输特性四、电压传输特性放大电路输出电压与输入电压之间的关系曲线称为电压传输特性，即放大电路输出电压与输入电压之间的关系曲线称为电压传

33、输特性，即uO=fuO=fuIuI。从曲线可知，只需在中间一段差模输入与输出才是线性关系，斜率就是差模从曲线可知，只需在中间一段差模输入与输出才是线性关系，斜率就是差模电压放大倍数。电压放大倍数。当输入电压幅值过大时，输出电压就会产生失真，假设再加大输入电压，那当输入电压幅值过大时，输出电压就会产生失真，假设再加大输入电压，那么输出电压将趋于不变，其数值取决于电源电压么输出电压将趋于不变，其数值取决于电源电压VCCVCC。假设改动假设改动uIduId的极性，那么可得到另一条如图中虚线所示的曲线，它与实线的极性，那么可得到另一条如图中虚线所示的曲线，它与实线完全对称。完全对称。 模模 拟拟 电电

34、 子子 技技 术术接法一：双端输入接法一：双端输入- -双端输出差分放大电路双端输出差分放大电路bebLcdrRRRA2/)(2bebirRRcoRR20cACMRK动态参数动态参数QQ点点eBEQEEEQRUVI21EQBQIIBEQcCQCCCEQURIVU 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术接法二：双端输入接法二：双端输入- -单端输出差分放大电路单端输出差分放大电路静态分析静态分析差模信差模信号作用号作用共模信共模信号作用号作用 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术1 1静态分析静态分析直流通路直流通路:利利用用戴戴维维宁宁定定理理LccRRR/eBEQEEEQRUVI21EQBQIIB

35、EQcCQCCCEQURIVU2BEQcCQCCCEQURIVU1点QCCLcLCCVRRRV 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术2 2对差模信号的放大作对差模信号的放大作用用差模信号作用下的等效电路差模信号作用下的等效电路bebLcdrRRRA/21)(2bebirRRcoRR 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术3对共模信号的抑制对共模信号的抑制造用造用将射极电阻将射极电阻ReRe进展等效变换进展等效变换共模信号作用下的等效电路共模信号作用下的等效电路 可以看出，Re愈大，Ac的值愈小，KCMR愈大，电路的性能也就愈好。因此，增大Re是改善共模抑制比的根本措施。ebebLccRrRRRA)1

36、 (2)/()(2)1 (2bebebebcdCMRrRRrRAAKbebLcdrRRRA/21由前面分析知 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术接法三：单端输入接法三：单端输入- -双端输出差分放大电路双端输出差分放大电路输入差模信号的等效变换输入差模信号的等效变换 假设电路参数理想对称，那么共模放大倍数为零，共模抑制比为无穷假设电路参数理想对称，那么共模放大倍数为零，共模抑制比为无穷大。大。 其其Q Q点以及动态参数的分析与双端输入点以及动态参数的分析与双端输入- -双端输出电路完全一样。双端输出电路完全一样。2IcIdOuAuAu单端输入电路与双端输入电路的区别在于：单端输入电路与双端输入

37、电路的区别在于： 在差模信号输入的同时，伴随着共模信号输入。在差模信号输入的同时，伴随着共模信号输入。因此，在共模放大倍数因此，在共模放大倍数AcAc不为零时，输出端不只需差模信号作用而得到的差模不为零时，输出端不只需差模信号作用而得到的差模输出电压，而且还有共模信号作用而得到的共模输出电压，即输出电压：输出电压，而且还有共模信号作用而得到的共模输出电压，即输出电压： 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术接法四：单端输入接法四：单端输入- -单端输出差分放大电路单端输出差分放大电路 四种接法的动态参数特点归纳如下：输入电阻Ri均为2Rb+rbe。Ad、Ac、Ro与输出方式有关。双端输出与单端输出

38、不同。单端输入时，假设输入信号为uI，其差模输入电压uId=uI，其共模输入电压uIc=+uI/2。 是输出电压表达式。2IcIdOuAuAu 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路 当T3管输出特性为理想特性时，即当T3在放大区的输出特性曲线是横轴的平行线时，恒流源的内阻为无穷大，即相当于T1管和T2管的发射极接了一个阻值为无穷大的电阻，对共模信号的负反响作用无穷大，因此使电路的Ac=0，KCMR=。 恒流源电路在不高的电源电压下既为差分放大电路设置了适宜的静态任务电流，又大大加强了共模负反响作用，使电路具有更强的抑制共模信号的才干。II，T、R、

39、RRB323321电路参数应满足组成工作点稳定电路和EERVRRRU212233233RUUIIBEREC2321CEQEQIII)(恒定电流 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术恒流源电路的简化画法及电路调零措施恒流源电路的简化画法及电路调零措施恒流源电路可用一恒流源取代。在实践电路中，难以做到参数恒流源电路可用一恒流源取代。在实践电路中，难以做到参数理想对称，常用一阻值很小的电位器加在两虽然子发射极之间，理想对称，常用一阻值很小的电位器加在两虽然子发射极之间，称称RwRw为调零电位器。为调零电位器。221IIIEQEQ2)1 (wbebcdRrRRAwbebiRrRR)1 ()(2coRR2

40、0cACMRK动态参数动态参数 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路为了获得高输入电阻的差分放大电路，可以将前面所讲电路中的为了获得高输入电阻的差分放大电路，可以将前面所讲电路中的差放管用场效应管取代晶体管。这种电路特别适于做直接耦合多差放管用场效应管取代晶体管。这种电路特别适于做直接耦合多级放大电路的输入级。场效应管差分放大电路也有四种接法。级放大电路的输入级。场效应管差分放大电路也有四种接法。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术有源负载差分放大电路有源负载差分放大电路 由于T3和T4管构成的电流源作为有源负载，将T1集电极电流的变化转换为输出电流，所以

41、使单端输出电路对差模信号的放大才干接近双端输出的情况。利用镜像电流源作有源负载，不但可将T1管的集电极电流变化转换为输出电流，而且还将使一切变化电流流向负载。输出电流约为单端输出时的两倍，因此电压放大倍数接近双端输出时的情况。II，iII，II；II，I。III，IIT，TCCOCCCCCCCCEE022121241434133212121所以所以而因为而因为则则若若管的发射极电流管的发射极电流管和管和静态时静态时。，。iiii，；ii，ii；ii，ii，CCCOCCCCCCCC的情况的情况双端输出时双端输出时因而电压放大倍数接近因而电压放大倍数接近时的两倍时的两倍输出电流约为单端输出输出电流

42、约为单端输出由此可见由此可见所以所以的镜像关系的镜像关系和和由于由于而而动态集电极电流动态集电极电流点点根据差分放大电路的特根据差分放大电路的特当差模信号输入时当差模信号输入时124434313212 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术只与输出方式有关，与单端输入还是双端输入无关只与输出方式有关，与单端输入还是双端输入无关 双端输出时：beLcd)2/(rRRRAb 单端输出时：beLcd/21rRRRAb 2共模放大倍数只与输出方式有关，与单端输入还是双端输入无关只与输出方式有关，与单端输入还是双端输入无关 双端输出时： 单端输出时：0cA差动放大电路动态参数计算总结差动放大电路动态参数计算

43、总结1 1差模放大倍数差模放大倍数ebebLccRrRRRA)1 (2)/(eLRR2 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 3差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是根本放大电路的两倍。beid2rRRb 4输出电阻 双端输出时： 单端输出时：coRR coRR2 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5 5共模抑制比共模抑制比 共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要目的。cdCMRAAKdBlg20cdCMRAAK或或 双端输出时KCMR可以为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比：)(2)1 (2bebebebcdCMRrRRrRAAK 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术差

44、动放大电路四种输入、输出方式比较差动放大电路四种输入、输出方式比较uid = ui uic = ui / 2单入单入单出单出uid = ui uic =0双入双入单出单出uid = ui uic =ui / 2单入单入双出双出uid = ui uic = 0双入双入双出双出共模抑制共模抑制比比KCMR Ro差模差模 Rid差模放大倍数差模放大倍数 Ad差模差模uid共模共模uic输入输出输入输出方式方式C2RCR icoccuuA 很小很小beLcd)2/(rRRRAbbeLcd/21rRRRAbbe2rRbbe2rRb 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例：电路如以下图，例：电路如以下图，R

45、b=1k Rb=1k ，Rc=10k Rc=10k ，RL=5.1k RL=5.1k ，VCC=12VVCC=12V，VEE=6VVEE=6V；晶体；晶体管的管的=100=100，rbe=2krbe=2k。1 1为使为使T1T1管和管和T2T2管的发射极静态电流均为管的发射极静态电流均为0.5mA0.5mA，ReRe的取值应为多少？的取值应为多少？T1T1管和管和T2T2管的管压降管的管压降UCEQUCEQ等于多少？等于多少？2 2计算计算AuAu、RiRi和和RoRo的数值；的数值；3 3假设将电路改成单端输出由假设将电路改成单端输出由T1T1管的集电极输出，用直流表测得输出电压管的集电极输

46、出，用直流表测得输出电压uO=3VuO=3V，试问输入电压，试问输入电压uIuI约为多少？设约为多少？设IEQ=0.5mAIEQ=0.5mA，且共模输出电压可忽略不计。，且共模输出电压可忽略不计。kIUVREQBEQEEe3 . 52) 1 (VURIVUBEQcCQCCCEQ7 . 7)2(682/bebLcurRRRAkrRRbebi6)(2kRRco202)3(VuAUuIuCQO31VRRIVRRRRIVULcCQCCLcLcCQCCCQ36. 2)/(156/21bebLcurRRRAmVuI4 .11由于用直流表测得的输出电压中既含有直流静态量由于用直流表测得的输出电压中既含有直流

47、静态量又含有变化量信号作用的结果，所以首先应计算出又含有变化量信号作用的结果，所以首先应计算出静态时静态时1管的集电极电位，然后用所测电压减去静态管的集电极电位，然后用所测电压减去静态电位就可得到动态电压电位就可得到动态电压分析：分析： 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思索：图示电路参数理想对称，晶体管的思索：图示电路参数理想对称，晶体管的均为均为100100， =100 =100，UBEQ=0.7VUBEQ=0.7V。试计算。试计算RwRw滑动端在中点时滑动端在中点时T1T1管和管和T2T2管的发射极静态电流管的发射极静态电流IEQIEQ，以及动态参数，以及动态参数AdAd和和RiRi。b

48、br分析：分析：WeBEQEEEQRRUVI212mA517. 02)1 (WbecdRrRAEQTbbbeIUrr)1 (k18. 597WbeiRrR)1 (2k5 .20 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术分析：分析：eBEQEEEQRUVI2mA265. 0CCQCCCQRIVU1)/(LcCQCCLcLRRIVRRRV23. 3VUCQ15212bebLcdrRRRA)/(217 .32EQTbbbeIUrr)1 (k1 . 5VuAUuIdCQO21mVuI6 .37假设假设uI=10mVIdCQOuAUu1V9 . 2思索：电路如以下图，晶体管的思索：电路如以下图，晶体管的=50

49、=50， =100 =100 。1 1计算静态时计算静态时T1T1管和管和T2T2管的集电极电流和集电极电位；管的集电极电流和集电极电位；2 2用直流表测得用直流表测得uO=2VuO=2V，uI=uI=？假设？假设uI=10mVuI=10mV，那么，那么uO=uO=？假设？假设uI=100mVuI=100mV，那么，那么uO =uO =？bbr假设假设uI=100mVIdCQOuAUu1V04. 0 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思索：电路如以下图，思索：电路如以下图，T1与与T2管的特性一样，一切晶体管的管的特性一样，一切晶体管的均一均一样，样，Rc1远大于二极管的正向电阻。当远大于二极

50、管的正向电阻。当uI1uI20V时，时，uO0V。 1求解电压放大倍数的表达式；求解电压放大倍数的表达式； 2当有共模输入电压时，当有共模输入电压时，uO=？简述理由。？简述理由。分析：分析：1221uuuAAA321312/becbebecrRrrR在忽略二极管动态电阻的情况下在忽略二极管动态电阻的情况下当有共模输入电压时，当有共模输入电压时，uO近似为零。近似为零。dcrR121ccuu03BEu0Ou 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思索：电路如以下图，思索：电路如以下图，T1T1和和T2T2的低频跨导的低频跨导gmgm均为均为2mS2mS。试求解差模放。试求解差模放大倍数和输入电阻。

51、大倍数和输入电阻。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5.4.1 集成运放根本知识集成运放根本知识一、通用型集成运放一、通用型集成运放Operational Amplifier的组成的组成模拟集成电路的特点模拟集成电路的特点1 直接耦合：直接耦合：采用差分电路方式，元件相对误差小；采用差分电路方式，元件相对误差小；2 大电阻用恒流源替代，大电容外接；大电阻用恒流源替代，大电容外接；3 二极管用三极管替代二极管用三极管替代B、C 极接在一同；极接在一同；4 高增益、高输入电阻、低输出电阻。高增益、高输入电阻、低输出电阻。 5.4集成运算放大电路集成运算放大电路5.4集成运算放大电路 模模 拟拟

52、电电 子子 技技 术术集成运放电路的组成及其各部分的作用集成运放电路的组成及其各部分的作用偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态任务点。集成运放采用电偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态任务点。集成运放采用电流源电路为各级提供适宜的集电极或发射极、漏极静态任务电流，从流源电路为各级提供适宜的集电极或发射极、漏极静态任务电流，从而确定适宜的静态任务点。而确定适宜的静态任务点。输入级是一个双端输入的高性能差分放大电路。普通要求其输入电阻高，输入级是一个双端输入的高性能差分放大电路。普通要求其输入电阻高，差模放大倍数大，抑制共模信号的才干强，静态电流小。差模放大倍数大，抑制共模信号的才干强

53、，静态电流小。中间级是整个放大电路的主放大器，其作用是使集成运放具有较强的放大中间级是整个放大电路的主放大器，其作用是使集成运放具有较强的放大才干，多采用共射或共源放大电路。而且为了提高电压放大倍数，常才干，多采用共射或共源放大电路。而且为了提高电压放大倍数，常采用复合管做放大管，以恒流源做集电极负载。采用复合管做放大管，以恒流源做集电极负载。输出级应具有输出电压线性范围宽、输出电阻小即带负载才干强、非输出级应具有输出电压线性范围宽、输出电阻小即带负载才干强、非线性失真小等特点。集成运放的输出级多采用互补对称输出电路。线性失真小等特点。集成运放的输出级多采用互补对称输出电路。在普通的集成运放电

54、路中，为了抑制温漂，输入级几乎毫无例外在普通的集成运放电路中，为了抑制温漂，输入级几乎毫无例外地采用差分放大电路；为了增大放大倍数，中间级多采用共射放地采用差分放大电路；为了增大放大倍数，中间级多采用共射放大电路；为了提高带负载才干且具有尽能够大的不失真输出电压大电路；为了提高带负载才干且具有尽能够大的不失真输出电压范围，输出级多采用互补式电压跟随电路范围，输出级多采用互补式电压跟随电路 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5.4. 2 通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器 F007 电路简介电路简介5.4.2通用型集成运算放大器F007电路简介1 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术F007

55、F007电路中的偏置电路部分电路中的偏置电路部分从从VCCVCC经经T12T12、R5R5和和T11T11到到 VCC VCC所构成的回路的电流可以直接估算出来，因此所构成的回路的电流可以直接估算出来，因此R5R5中的电流为偏置电路的基准电流。中的电流为偏置电路的基准电流。T10T10与与T11T11构成微电流源，而且构成微电流源，而且T10T10的集电极电流的集电极电流IC10IC10等于等于T9T9管集电极电流管集电极电流IC9IC9与与T3T3、 T4 T4的基极电流的基极电流IB3IB3、 IB4 IB4之和；之和； T8 T8与与T9T9为镜像为镜像关系，为第一级提供静态电流；关系，

56、为第一级提供静态电流； T13 T13与与T12T12为镜像关系，为第二、三级提供静态电为镜像关系，为第二、三级提供静态电流。流。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术F007F007电路中的放大电路部分电路中的放大电路部分F007的电压放大倍数可达几十万倍，输入电阻可的电压放大倍数可达几十万倍，输入电阻可达达2M以上。以上。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思索：通用型运放思索：通用型运放F747的内部电路如以下图，试分析：的内部电路如以下图，试分析： 1偏置电路由哪些元件组成？基准电流约为多少？偏置电路由哪些元件组成？基准电流约为多少？ 2哪些是放大管，组成几级放大电路，每级各是什么根本电

57、路？哪些是放大管，组成几级放大电路，每级各是什么根本电路？ 3T19、T20和和R8组成的电路的作用是什么？组成的电路的作用是什么？ 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思索：思索：1阐明电路是几级放大电路，各级分别是哪种方式的放大电阐明电路是几级放大电路，各级分别是哪种方式的放大电路共射、共集、差放路共射、共集、差放； 2分别阐明各级采用了哪些措施来改善其性能目的如增大放大分别阐明各级采用了哪些措施来改善其性能目的如增大放大倍数、输入电阻倍数、输入电阻。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思索：图示简化的高精度运放电路原理图，试分析：思索：图示简化的高精度运放电路原理图，试分析： 1两个输入端

58、中哪个是同相输入端，哪个是反相输入端；两个输入端中哪个是同相输入端，哪个是反相输入端； 2T3与与T4的作用；的作用； 3电流源电流源I3的作用；的作用； 4D2与与D3的作用。的作用。+_+_反向输入端反向输入端同向输入端同向输入端 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术集成运放的主要性能目的集成运放的主要性能目的 开环差模增益开环差模增益AodAod 共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR 差模输入电阻差模输入电阻ridrid 输入失调电压及其温漂输入失调电压及其温漂 输入失调电流及其温漂输入失调电流及其温漂 输入偏置电流输入偏置电流 最大共模输入电压最大共模输入电压 最大差模输入电压最大差模输入电压 -3dB-3dB带宽带宽fHfH 单位增益带宽单位增益带宽 转换速率转换速率 在近似分析时，常把集成运放理想化。