模拟电子线路_第6章_集成电路运算放大器.ppt

1、6.2 集成电路中的电流源,6.3 差分式放大电路,6.1 集成电路运算放大器概述,6.4 集成电路运算放大器的主要参数,6 集成电路运算放大器,*6.5 专用型集成电路运算放大器,*6.6 放大电路中的噪声与干扰,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；, ,6.1 集成运算放大器概述,集成电路内部结构的特点,1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。,2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度

2、低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。,3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。,4. 二极管一般用三极管的发射结构成。,运算放大器的方框图,对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。,对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。,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。,通用型集成电路运算放大器,end,简化电路,ri 大: 几十k 几百 k,运放的特点：,KCMRR 很大,ro 小：几十 几百,A o 很大: 104 107,运放符号：,国际符号,国内符号,6.2 集成电路中的恒流

3、源, 镜像电流源, 多路电流源, 电流源作有源负载, 微电流源,电流源的要求：有足够大的动态内阻；对温度的敏感度极低；能对抗电源电压或其他外因的变化。归纳起来就是电流源电路应具有不受外界因素影响的恒流特性。,而且可用它取代电阻作为放大器的负载，是集成运放中应用最广泛的单元电路之一。,电流源电路不仅可用作各种放大电路的恒流偏置 (为放大电路提供稳定的偏置电流)，,电流源种类很多，但有一个共同的特点即,直流等效电阻小，交流等效电阻很大，且具有良好的恒流特性。 （电流源的恒流特性决定于电流源输出电阻的大小，输出电阻越大，恒流效果越好）,1. 镜像电流源,恒流特性,IC2看作IREF的镜像。,越大，集

4、电极电流 与基准电流的偏差越小。例， =100时，两者的偏差为2%,由图可知，,1. 镜像电流源,交流电阻（可由小信号等效电路计算）,由于T2的集电极电流基本不变。所以交流量,一般Ro在几百千欧以上,1. 镜像电流源,精度更高的镜像电流源,由于增加了T3，减小IB对IREF的分流，提高了IC2与IREF互成镜像的精度。,2. 微电流源,所以IC2也很小,3. 多路电流源,4. 电流源作有源负载,共射电路的电压增益为：,对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻，,因此增益为,比用电阻Rc作负载时提高了。,end,放大管,定性分析电路,说明T1,T2在电路中的作用.,例题,6.3 差分式放大电路,

5、直接耦合放大电路, 零点漂移, 电路组成及工作原理, 抑制零点漂移原理,6.3.1 概述,6.3.2 基本差分式放大电路,6.3.3 FET差分式放大电路,6.3.4 差分式放大电路的传输特性, 差分式放大电路中的一般概念, 主要指标计算, 几种方式指标比较,6.3.1 概述,1. 直接耦合放大电路,既可放大直流信号，也可放大交流信号,2. 直接耦合放大电路存在的问题,a.零点漂移：,主要原因：,温漂指标：,鉴于集成工艺难以制作电感和较大的电容，集成运算放大器都要采用直接耦合方式,温度变化引起，也称温漂（电源电压波动也是原因之一）,温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入

6、漂移电压值。,b.前后级Q点相互影响,例如,若第一级漂了100 uV，,则输出漂移 10 mV 。,若第二级也漂了100 uV，,则输出漂移 1V+10 mV 。,假设,第一级是关键,3. 减小零漂的措施,用非线性元件进行温度补偿,调制解调方式。如“斩波稳零放大器”,采用差分式放大电路,漂了 100 uV,漂移 10 mV+100 uV,漂移 1 V+ 10 mV,漂移 1 V+ 10 mV,共模抑制比,反映差放抑制共模信号的能力,4. 差分式放大电路中的一般概念,根据上面两式有,差分式放大电路输入输出结构示意图,差模信号,共模信号,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,差模信号输出,共模信

7、号输出,KCMR (dB) =,(分贝),6.3.2 基本差分式放大电路,1. 电路组成及工作原理,静态,对称性结构、恒流源式（或电阻式）长尾,双端输出电压,单端输出电压,uo1 = uo2 = UC1 = UC2,动态,1. 电路组成及工作原理,差模输入信号： ui1 =- ui2 =ud,(较大),设uC1 =UC1 +uC1, uC2 =UC2+uC2,差模电压放大倍数：,长尾的电流、电压增量为零，即长尾对差模信号短路。,因ui1 = -ui2， uC1 =-uC2, uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 =,2uC1,大小相等，极性相反,共模输入信号： ui1 = ui2 =

8、 uC,理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0,共模电压放大倍数：,（很小),在电路对称（或匹配）时，双端输出共模信号完全被抑制掉了；电路匹配性较差或从单端输出也能抑制共模信号（恒流源动态内阻R0）,电路的匹配精度越高，长尾电阻越大，差分放大电路抑制共模信号的能力越强。由于恒流源动态内组很大故其具有很强的共模抑制能力。,差分式放大电路对差模信号有放大作用，对共模信号有很强抑制作用。,（大小相等，极性相同）,2. 抑制零点漂移,温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。,uo= UC1 - UC2 = 0,

9、uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0,当 ui1 = ui2 =0 时：,当温度变化时：,长尾的作用：,T C,（1）直流负反馈，稳定静态工作点,（2） R0对共模信号有抑制作用（原理同上，长尾电阻越大，差放抑制共模信号的能力越强）,（3） R0对差模信号相当于短路,ui1 =- ui2 ，,设,ui1 ,ui2 ,ib1 ,ib2 ,ie1 ,ie2 ,IE不变,ie1 = - ie2 ,3. 主要指标计算,差动放大器共有四种输入输出方式:,1. 双端输入、双端输出（双入双出）,2. 双端输入、单端输出（双入单出）,3. 单端输入、双端输出（单入双出）,4.

10、 单端输入、单端输出（单入单出）,主要讨论的问题有：,差模电压放大倍数、共模电压放大倍数,差模输入电阻,输出电阻,3. 主要指标计算,（1）差模电压增益,接入负载时,（双入、双出交流通路）, 双入、单出, 双入、双出,接入负载时,RL中点为交流地点位,3. 主要指标计算,（1）差模电压增益, 单端输入,可认为ro支路开路，指标计算与双端输入相同,（2）共模电压增益, 双端输出,共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。,所以,共模增益, 单端输出,抑制共模能力增强,流过长尾的电流是两管电流之和，计算中长尾电阻应加倍,如果任意输入ui1 、ui2同时作用,uC + ud/2,uC - ud/2

11、,结论:当两输入端有任意输入时,相当于共模输入和差模输入共存,（3）共模抑制比,双端输出，理想情况,单端输出,越大抑制零漂能力越强,单端输出时的总输出电压,（4）频率响应,高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。,/,=|,|,4. 几种方式指标比较,4. 几种方式指标比较,Rid,Rod,差模信号作用下的微变等效电路,例题,差分电路中为使输入为零时输出也为零，加入了调零电位器，,已知1 =150，VBE1= VBE2=0.7，其他参数如图。,（1）求差模输入电阻rid，输出电阻ro，及差模电压增益AVD,（2）求共模模输入电阻rid，共模电压增益AVC及共模抑制比KCMR,解,在实际电路中，电路参数不可能完全对称，通常用电位器实现平衡。设电位器动端在中间位置。,则有,电压增益,输入输出电阻,（1）差模指标,（2）共模指标,电压增益,输入输出电阻,共模抑制比,与共源电路相同,6.3.3 FET差分式放大电路,1. 电路组成,2. 差模增益,3. 差模输入电阻,end,6.2.3 差分式放大电路的传输特性,图中纵坐标为,6.4 集成电路运算放大器的主要参数,1. 输入失调电压VIO,2. 输入偏置电流IIB,3. 输入失调电流IIO,4