CH06模拟集成电路2实用教案

1、6.1.1 BJT电流电流(dinli)源电路源电路1. 镜像电流镜像电流(dinli)源源BE1BE2=VVE1E2= IIC1C2= IIT1T1、T2T2的参数(cnsh)(cnsh)全同 即12，ICEO1ICEO2 当BJT的较大时，基极电流IB可以忽略 IoIC2IREF RVVRVVVEECCEEBECC)( 代表符号第1页/共82页第一页，共83页。6.1.1 BJT电流电流(dinli)源电路源电路1. 镜像电流镜像电流(dinli)源源动态(dngti)(dngti)电阻 2B12CE2Co)(Ivir 一般ro在几百千欧以上ce r 第2页/共82页第二页，共83页。6.

2、1.1 BJT电流电流(dinli)源电路源电路2. 微电流微电流(dinli)源源e2BE2BE1RVV E2C2OIII e2BERV 由于由于很小，很小，BEV 所以所以(suy)IC2也很小。也很小。rorce2（1 ） e2be2e2RrR （参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ）oR 第3页/共82页第三页，共83页。A 1和A 3分 别 是T 1和T 3的 相 对(xingdu)结面积 动态(dngti)输出电阻ro远比微电流源的动态(dngti)输出电阻为高6.1.1 BJT电流电流(dinli)源电路源电路3. 高输出阻抗电流源高输出阻抗电流源RVVVVIEEBE23BECC

3、REF REF13C2OIAAII 第4页/共82页第四页，共83页。6.1.1 BJT电流电流(dinli)源电路源电路4. 组合组合(zh)电流源电流源T1、R1 和T4支路(zh l)产生基准电流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVI T1和T2、T4和T5构成镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了微电流源第5页/共82页第五页，共83页。6.1.2 FET电流电流(dinli)源源1. MOSFET镜像电流镜像电流(dinli)源源当器件(qjin)具有不同的宽长比时RVVVIIIGSSSDDREFD2O REF1122O/ILWLWI （ =0=0）ro= rds2 MOS

4、FET基本镜像电路流 第6页/共82页第六页，共83页。6.1.2 FET电流电流(dinli)源源1. MOSFET镜像电流镜像电流(dinli)源源2T2GS22n2T2GS22n2D2)( )()/(VVKVVKLWI 用T3代替R，T1T3特性相同，且工作在放大(fngd)区，当=0时，输出电流为 常用的镜像电流源 第7页/共82页第七页，共83页。6.1.2 FET电流电流(dinli)源源2. MOSFET多路电流多路电流(dinli)源源REF1122D2/ILWLWI REF1133D3/ILWLWI REF1144D4/ILWLWI 2T0GS0n0D0REF)( VVKII

5、 第8页/共82页第八页，共83页。6.1.2 FET电流电流(dinli)源源3. JFET电流电流(dinli)源源end(a) 电路(dinl) (b) 输出特性 第9页/共82页第九页，共83页。6.2 差分式放大差分式放大(fngd)电路电路6.2.1 差分差分(ch fn)式放大电路的一般结式放大电路的一般结构构6.2.2 射极耦合差分式放大射极耦合差分式放大(fngd)电路电路6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路第10页/共82页第十页，共83页。6.2.1 差分式放大差分式放大(fngd)电路的一般结电路的一般结构构1. 用三端器件组成的差分用三端器件组成的

6、差分(ch fn)式放大电式放大电路路第11页/共82页第十一页，共83页。6.2.1 差分式放大电路的一般差分式放大电路的一般(ybn)结构结构2. 有关有关(yugun)概念概念i2i1id=vvv 差模信号(xnho)(21=i2i1icvvv 共模信号idod=vvv A差模电压增益icoc=vvv A共模电压增益icciddooo =vvvvvvvAA 总输出电压其中ov 差模信号产生的输出ov 共模信号产生的输出共模抑制比反映抑制零漂能力的指标cdCMR=vvAAK第12页/共82页第十二页，共83页。6.2.1 差分式放大电路差分式放大电路(dinl)的一般结的一般结构构2. 有

7、关有关(yugun)概概念念根据(gnj)2=idici1vvv 2=idici2vvv i2i1id=vvv )(21=i2i1icvvv 有 共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分 两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。第13页/共82页第十三页，共83页。6.2.2 射极耦合差分式放大射极耦合差分式放大(fngd)电路电路1. 电路电路(dinl)组成及工作组成及工作原理原理第14页/共82页第十四页，共83页。6.2.2 射极耦合差分式放大射极耦合差分式放大(fngd)电路电路1. 电路组成电路组成(z chn)

8、及及工作原理工作原理静态静态(jngti)OCC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)V7 . 0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 第15页/共82页第十五页，共83页。动态动态(dngti)仅输入仅输入(shr)差模信号，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信号信号(xnho)被放大。被放大。相位相反。相位相反。1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理第16页/共82页第十六页，共83页。2. 抑制零点漂移抑制零点漂移(pio y)原理原理 温度变化(binhu)(b

9、inhu)和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化(binhu)(binhu)。且变化(binhu)(binhu)趋势是相同的， 其效果相当于在两个输入端加入(jir)(jir)了共模信号。第17页/共82页第十七页，共83页。 iC1 iC2 温度温度 iC1 iE1 iC2 iE2 这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定(wndng)(wndng)过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。 vE （vB1、vB2不变）不变） vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 2. 抑制抑制(yzh)零点漂移零点漂移原理原理差分(ch fn)(ch fn)式放大电路对共模

10、信号有很强抑制作用第18页/共82页第十八页，共83页。3. 主要主要(zhyo)指标计算指标计算（1）差模情况）差模情况(qngkung) idod=vvvAi2i1o2o1vvvv 接入负载接入负载(fzi)时时i1o122vv becrR beLcd)21|(=rRRA v以双倍的元器件换取抑制零漂的能力 双入、双出双入、双出第19页/共82页第十九页，共83页。3. 主要主要(zhyo)指标计算指标计算（1）差模情况）差模情况(qngkung) 双入、单出双入、单出 ido1d1=vvvAi1o12vvd21vA bec2rR 接入负载接入负载(fzi)时时beLcd2)|(=rRRA

11、 v第20页/共82页第二十页，共83页。3. 主要主要(zhyo)指标计算指标计算（1）差模情况）差模情况(qngkung) 单端输入单端输入(shr)(shr)eorr 等效于双端输入 指标计算与双端输入相同。第21页/共82页第二十一页，共83页。3. 主要指标主要指标(zhbio)计算计算（2）共模）共模(n m)情况情况 双端输出双端输出(shch)(shch) 共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。所以0oc2oc1oc vvv0icocc vvvA共模增益第22页/共82页第二十二页，共83页。 单端输出单端输出(shch)(shch)icoc1c1vvv A抑制(yzh)

12、零漂能力增强icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or c1vA3. 主要主要(zhyo)指标计指标计算算（2）共模情况）共模情况第23页/共82页第二十三页，共83页。（3）共模）共模(n m)抑制比抑制比cdCMRvvAAK dB lg20cdCMRvvAAK 双端输出双端输出(shch)(shch)，理想情况，理想情况 CMRK 单端输出单端输出(shch)(shch) CMRKc1d1vvAAbeorr 越越大大， CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力越强越强单端输出时的总输出电压单端输出时的总输出电压)1(idCMRicidd1o1vvvvvKA （4）频率响应）频率响应高

13、频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。第24页/共82页第二十四页，共83页。例例(4)当输出接一个当输出接一个12k负载时的差模电压负载时的差模电压(diny)增益。增益。解：解：求求:mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3 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(1)静态静态(jngti)第25页/共82页第二十五页，共83页。 k3 .

14、2mV26)1(200E33be3Ir (2)电压电压(diny)增益增益mA37. 0c2BE3e3E3C2 RVRII V9V )7 . 0(1037. 012V12E2c2C2CE2 VRIVmA74. 022C2E2E III k3 . 5k )74. 0121074. 07 . 0(V)12(Ee1EEe2IRIVR k78. 3mV26)1(200E22be2Ir 第26页/共82页第二十六页，共83页。 k3 .245)1(e33be3i2RrR (3)50)(2)|(b1bei2c22d2 RrRRAv9 . 3)1()|(e33beL3c32 RrRRAv1952d2 vvv

15、AAAmV5 . 2)0mV5(21)(21i2i1ic vvv差分(ch fn)电路的共模增益3 . 0)(2)1()|(e2e12b1bei2c22c2 RRRrRRAv2icc2idd22O2O)(vvvvvvvvAAAA 共模(n m)输入电压不计共模(n m)输出电压时mV975O vmV972mV)9 . 3(5 . 2)3 . 0(550 第27页/共82页第二十七页，共83页。(4)时时 k12LR95. 1)1()|(e33beL3c32 RrRRAv5 .972d2 vvvAAA第28页/共82页第二十八页，共83页。4. 带有源负载的射极耦合差分带有源负载的射极耦合差分(

16、ch fn)式放大式放大电路电路静态(jngti) (jngti) IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO IE5第29页/共82页第二十九页，共83页。4. 带有源负载的射极耦合差分带有源负载的射极耦合差分(ch fn)式放式放大电路大电路差模电压(diny)(diny)增益（负载开路） 0ce4o2ce2o2c2c4 rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2ido2d2)|(rrrA vvv则 单端输出的电压(diny)(diny)增益接近于双端输出的电压(diny)(diny)增益 第30页/共82页第

17、三十页，共83页。4. 带有源负载带有源负载(fzi)的射极耦合差分式放大电的射极耦合差分式放大电路路差模输入电阻 Rid2rbece4ce2o|rrR 输出电阻第31页/共82页第三十一页，共83页。4. 带有源负载带有源负载(fzi)的射极耦合差分式放大电路的射极耦合差分式放大电路共模(n m)输入电阻 Ricrbe2(1)ro5第32页/共82页第三十二页，共83页。6.2.3 源极耦合差分式放大源极耦合差分式放大(fngd)电电路路1. CMOS差分差分(ch fn)式放大式放大电路电路第33页/共82页第三十三页，共83页。6.2.3 源极耦合差分式放大源极耦合差分式放大(fngd)

18、电电路路1. CMOS差分式放大差分式放大(fngd)电路电路双端输出(shch)(shch)差模电压增益ido1i2i1o2o1d2vvvvvvv A) |(2 )|(o1o3idmo1o3i1mo1rrgrrgvvv 而: :)|( )|/(ds1ds3mo1o3mdrrgrrgA v所以：第34页/共82页第三十四页，共83页。6.2.3 源极耦合差分式放大源极耦合差分式放大(fngd)电电路路1. CMOS差分式放大差分式放大(fngd)电路电路单端输出(shch)(shch)差模电压增益vo2(id4- -id2)(ro2| ro4) gm vid（ro2 | ro4） )2(2id

19、midmvvgg (ro2| ro4) ido2dvvv A gm(ro2 | ro4 )与双端输出相同end gm(rds2 | rds4 )第35页/共82页第三十五页，共83页。6.3 差分式放大差分式放大(fngd)电路的传输特性电路的传输特性根据TBE/ESEeVIiv iC1= iE1，iC2= iE2vBE1= vi1= vid/2vBE2= vi2 = - -vid/2 又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得传输(chun sh)特性曲线 vO1，vO2f（vid）第36页/共82页第三十六页，共83页。vO1，vO2f（vid）的传输特性）的传输特性(tx

20、ng)曲线曲线end第37页/共82页第三十七页，共83页。6.4 集成电路集成电路(jchng-dinl)运算放大器运算放大器6.4.1 CMOS MC14573集成电路集成电路(jchng-dinl)运算放大器运算放大器6.4.2 BJTLM741集成集成(j chn)运算放运算放大器大器第38页/共82页第三十八页，共83页。6.4.1 CMOS MC14573 集成电路集成电路(jchng-dinl)运算放大器运算放大器1. 电路结构电路结构(jigu)和工作原和工作原理理第39页/共82页第三十九页，共83页。2. 电路技术指标的分析电路技术指标的分析(fnx)计算计算( 1 )(

21、1 ) 直 流 分 析(fnx)(fnx)REFGS5SSDDREFSG5SSDDOREF RVVVRVVVII 2TGS5P5REF)(VVKI 已知VT 和KP5 ，可求出IREF 根据各管子的宽长比 ，可求出其他支路(zh l)电流。第40页/共82页第四十页，共83页。(2)(2)小信号(xnho)(xnho)分析2idgs1vv 2idgs2vv 设 gm1 = gm2 = gm )|)( )|(4o2o2d4d4o2oogs7o2rriirri vv则)|()|)(2()2( ds4ds2idm4o2oid2mid1mrrgrrggvvv 2. 电路技术指标的分析电路技术指标的分析

22、(fnx)计算计算)|)(4o2o2d1drrii )|(ds4ds2mido21rrgAv vv输入级电压增益 第41页/共82页第四十一页，共83页。(2)(2)小信号(xnho)(xnho)分析2. 电路电路(dinl)技术指标的分析计算技术指标的分析计算总电压增益 Av = Av1Av2 Av2= vo/ v gs7 =gm7(rds7 | rds8) 第二级电压增益 将参数代入计算得 Av = 40804.8（ 92.2 dB ）第42页/共82页第四十二页，共83页。6.4.2 BJTLM741集成集成(j chn)运算放运算放大器大器原理(yunl)(yunl)电路 第43页/共

23、82页第四十三页，共83页。简化(jinhu(jinhu)电路end6.4.2 BJTLM741集成集成(j chn)运算放大器运算放大器第44页/共82页第四十四页，共83页。6.5 实际集成实际集成(j chn)运算放大运算放大器的主要参数和对应用电路的影器的主要参数和对应用电路的影响响6.5.1 实际实际(shj)集成运放的主要参数集成运放的主要参数6.5.2 集成运放集成运放(yn fn)应用中的实际应用中的实际问题问题第45页/共82页第四十五页，共83页。6.5.1 实际实际(shj)集成运放的主要参数集成运放的主要参数输入直流误差输入直流误差(wch)特性（输入失调特性）特性（输

24、入失调特性）1. 输入(shr)失调电压VIO 在室温（25）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调电压VIO。一般约为（110）mV。超低失调运放为（120） V。高精度运放OP-117 VIO=4 V。MOSFET达20 mV。2. 输入偏置电流IIB 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 IIB（IBNIBP）/ /2 BJT为10 nA1 A；MOSFET运放IIB在pA数量级。第46页/共82页第四十六页，共83页。6.5.1 实际实际(shj)集成运放的主要参数集成运放的主要参数输入输入(shr)直流误差特性（输入

25、直流误差特性（输入(shr)失调特性）失调特性）3. 输入(shr)失调电流IIO 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端的静态基极电流之差，即IIO|IBPIBN|VI0 一般约为1 nA0.1 A。 4. 温度漂移（1）输入失调电压温漂 VIO / T（2）输入失调电流温漂 IIO / T第47页/共82页第四十七页，共83页。6.5.1 实际集成实际集成(j chn)运放的主要参数运放的主要参数差模特性差模特性1. 开环差模电压增益(zngy)Avo和带宽BW 开环差模电压(diny)增益Avo开环带宽BW (fH)单位增益带宽 BWG (fT)741型运放AvO的频率

26、响应 第48页/共82页第四十八页，共83页。6.5.1 实际实际(shj)集成运放的主要参数集成运放的主要参数差模特性差模特性2. 差模输入电阻rid和输出电阻ro BJT输入(shr)级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入(shr)级的运放rid1012超高输入(shr)电阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的ro200，而超高速AD9610的ro0.05。3. 最大差模输入(shr)电压Vidmax第49页/共82页第四十九页，共83页。6.5.1 实际实际(shj)集成运放的主要参数集成运放的主要参数共模特性共模特性1. 共模(n m)抑制比KCMR和共模

27、(n m)输入电阻ric 一般(ybn)通用型运放KCMR为（80120）dB，高精度运放可达140dB，ric100M。 2. 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1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 13V。第50页/共82页第五十页，共83页。6.5.1 实际实际(shj)集成运放的主要参数集成运放的主要参数大信号动态大信号动态(dngti)特性特性1. 转换(zhunhun)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，输出电压对时间的最大变化速率，即 maxoRd)(dttSv 若信号为viVimsin2 ft ，则运放

28、的SR必须满足SR2fmaxVom第51页/共82页第五十一页，共83页。6.5.1 实际实际(shj)集成运放的主要参数集成运放的主要参数大信号大信号(xnho)动态特性动态特性2. 全功率(gngl)带宽BWP 指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标。一般通用型运放SR在nV/ s以下，741的SR=0.5V/ s，而高速运放要求SR30V/ s以上。目前超高速的运放如AD9610的SR3500V/ s。omRmaxP2 VSfBW 第52页/共82页第五十二页，共83页。电源电源(dinyun)特性特性1. 电源(dinyun)电压抑制

29、比KSVR 衡量电源(dinyun)(dinyun)电压波动对输出电压的影响 2. 静态功耗PV 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数第53页/共82页第五十三页，共83页。1. 1. 集成集成(j chn)(j chn)运放的选用运放的选用 根据技术要求应首选(shu xun)(shu xun)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。 6.5.2 集成运放应

30、用中的实际集成运放应用中的实际(shj)问题问题第54页/共82页第五十四页，共83页。2. 失调电压失调电压VIO、失调电流、失调电流IIO和偏置和偏置(pin zh)电流电流IIB带来的误差带来的误差 6.5.2 集成运放集成运放(yn fn)应用中的实际问题应用中的实际问题输入(shr)为零时的等效电路2IOIBP)2( RIIV f11ONRRRVV NPVV )|)(2(f1IOIBRRII IOV 第55页/共82页第五十五页，共83页。解得误差(wch)电压 )|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV)(/1(2IOIO1fORIVRRV 当

31、时，可以消除偏置电流 引起的误差，此时f12| RRR IBI当电路为积分(jfn)运算时，即 换成电容C，则fR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)( 1)()()(2IOIO12IOIOO时间(shjin)越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。IOIO IV和和引起的误差仍存在第56页/共82页第五十六页，共83页。end3. 调零补偿调零补偿(bchng)6.5.2 集成集成(j chn)运放应用中的实际问题运放应用中的实际问题（a a）调零电路 （b b）反相端加入补偿电路第57页/共82页第五十七页，共83页。6.6 变跨导式模拟变跨导式模拟(mn)乘法器乘法器6.6.1

32、变跨导式模拟变跨导式模拟(mn)乘法器的工作原理乘法器的工作原理6.6.2 放模拟放模拟(mn)乘法器的应用乘法器的应用第58页/共82页第五十八页，共83页。6.6.1 变跨导式模拟变跨导式模拟(mn)乘法器的工作原理乘法器的工作原理1. 变跨导二象限变跨导二象限(xingxin)乘法器乘法器与差分式放大电路(dinl)的差别：（a）原理电路 （b）同相（或反相）乘法器代表符号电流源iEE受输入电压vY的控制第59页/共82页第五十九页，共83页。6.6.1 变跨导式模拟变跨导式模拟(mn)乘法器的工作原理乘法器的工作原理1. 变跨导二象限变跨导二象限(xingxin)乘法器乘法器单入双出方式(fngsh)becXO1drRA vvv即XbecO1vvrR 又EQbbebbbbe)1(IVrrrrT EQ