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1、,6 模拟集成电路,6.1 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,6.4 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用电路 的影响,6.2 差分式放大电路,6.6 变跨导式模拟乘法器,6.7 放大器中的噪声和干扰,6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术,6.1.1 BJT电流源电路,6.1.2 FET电流源,1. 镜像电流源,2. 微电流源,3. 高输出阻抗电流源,4. 组合电流源,1. MOSFET镜像电流源,2. MOSFET多路电流源,3. JFET电流源,6.1.1 BJT电流源电路,1. 镜像电流源,T1、T2的参数全同,即12，ICEO1
2、ICEO2,当BJT的较大时，基极电流IB可以忽略,IoIC2IREF,代表符号,6.1.1 BJT电流源电路,1. 镜像电流源,动态电阻,一般ro在几百千欧以上,6.1.1 BJT电流源电路,2. 微电流源,所以IC2也很小。,rorce2（1 ）,（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ）,A1和A3分别是T1和T3的相对结面积,动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻为高,6.1.1 BJT电流源电路,3. 高输出阻抗电流源,6.1.1 BJT电流源电路,4. 组合电流源,T1、R1 和T4支路产生基准电流IREF,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
3、源,6.1.2 FET电流源,1. MOSFET镜像电流源,当器件具有不同的宽长比时,（=0）,ro= rds2,MOSFET基本镜像电路流,6.1.2 FET电流源,1. MOSFET镜像电流源,用T3代替R，T1T3特性相同，且工作在放大区，当=0时，输出电流为,常用的镜像电流源,6.1.2 FET电流源,2. MOSFET多路电流源,6.1.2 FET电流源,3. JFET电流源,(a) 电路 (b) 输出特性,6.2 差分式放大电路,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,6.2.2 射极耦合差分式放大电路,6.2.3 源极耦合差分式放大电路,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,1.
4、用三端器件组成的差分式放大电路,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,2. 有关概念,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,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,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,2. 有关概念,根据,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。,纯差模信号,纯共模信号,6.2.2 射极耦合差分式放大电路,1. 电路组成及工作原理,6.2.2 射极耦合差分式放大电路,1. 电路组成及工作原理,静态,动态,仅输入纯差模信号，,
5、大小相等，相位相反。,大小相等，,信号被放大。,相位相反。,1. 电路组成及工作原理,2. 抑制零点漂移原理,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。,这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。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。,2. 抑制零点漂移原理,差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用,3. 主要指标计算,（1）差模情况,接入负载时, 双入、双出,纯差模信号交流通路图,3. 主要指标计算,（1）差模情况, 双入、单出（T1反相端输出）,接入负载时,（T2单端输出，同相端输出）,输入电阻：
6、,单端输出：,双端输出：,差模输出电阻：,3. 主要指标计算,（1）差模情况, 单端输入,等效于双端输入,指标计算与双端输入相同,总输出：,3. 主要指标计算,（2）共模情况, 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,共模交流通路图, 单端输出,抑制零漂能力增强,3. 主要指标计算,（2）共模情况,共模输入电阻：,单端输出：,双端输出：,共模输出电阻：,共模微变等效电路图（了解）,共模交流通路图,（3）共模抑制比,双端输出，理想情况,单端输出,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。,例,(4)当输
7、出接一个12k负载时的差模电压增益。,解：,求:,(1)静态,(2)电压增益,(3),差分电路的共模增益,共模输入电压,不计共模输出电压时,(4),例： 如图是一个可以调零的差分放大器，调节电位器W，可使输入为零时输出电压也为零。设图中晶体管完全匹配，1=2=150，VBE(on)1=VBE(on)2=0.7V。试求： (1)差模输入电阻Rid、输出电阻Ro和差模电压增益AVD。 (2)共模输入电阻Ric、共模电压增益AVC和共模抑制比CMMR,解： (1)求Rid、Ro和AVD。 求Rid。 为此先求管子的工作电流IE1和IE2：,求Rid,Rid=2rbe+(1+)RE1 =25.72+(
8、1+150)0.1=43.64 (k),差模输入时的交流通路,求Ro,Ro=2RC=20 (k),求AVD,(2)求Ric、AVC和CMMR。,AVC=0,CMMR=,4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路,静态,IE6 IREF,IO IE5,4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路,差模电压增益 （负载开路）,则,单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益,4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路,差模输入电阻 Rid2rbe,输出电阻,4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路,共模输入电阻 Ricrbe2(1)ro5,6.2.3 源极耦合差分式放大电路,1. CMOS差分式放大电路,6
9、.2.3 源极耦合差分式放大电路,1. CMOS差分式放大电路,双端输出差模电压增益,而:,所以：,6.2.3 源极耦合差分式放大电路,1. CMOS差分式放大电路,单端输出差模电压增益,vo2(id4-id2)(ro2| ro4),gm vid（ro2 | ro4）,(ro2| ro4), gm(ro2 | ro4 ),与双端输出相同, gm(rds2 | rds4 ),6.3 差分式放大电路的传输特性,根据,iC1= iE1，iC2= iE2 vBE1= vi1= vid/2 vBE2= vi2 = -vid/2,又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2,可得传输特性曲线 v
10、O1，vO2f（vid）,vO1，vO2f（vid）的传输特性曲线,6.4 集成电路运算放大器,6.4.1 CMOS MC14573集成电路运算放大器,6.4.2 BJTLM741集成运算放大器,6.4.1 CMOS MC14573 集成电路运算放大器,1. 电路结构和工作原理,2. 电路技术指标的分析计算,(1)直流分析,已知VT 和KP5 ，可求出IREF,根据各管子的宽长比 ，可求出其他支路电流。,(2)小信号分析,设 gm1 = gm2 = gm,则,2. 电路技术指标的分析计算,输入级电压增益,(2)小信号分析,2. 电路技术指标的分析计算,6.4.2 BJTLM741集成运算放大器
11、,原理电路,简化电路,6.4.2 BJTLM741集成运算放大器,6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响,6.5.1 实际集成运放的主要参数,6.5.2 集成运放应用中的实际问题,6.5.1 实际集成运放的主要参数,输入直流误差特性（输入失调特性）,1. 输入失调电压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=4V。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
12、均值,IIB（IBNIBP）/2,BJT为10 nA1A；MOSFET运放IIB在pA数量级。,6.5.1 实际集成运放的主要参数,输入直流误差特性（输入失调特性）,3. 输入失调电流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 nA0.1A。,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,6.5.1 实际集成运放的主要参数,差模特性,1. 开环差模电压增益Avo和带宽BW,开环差模电压增益Avo,开环带宽BW (fH),单位增益带宽 BWG (fT),741型运放A
13、vO的频率响应,6.5.1 实际集成运放的主要参数,差模特性,2. 差模输入电阻rid和输出电阻ro,BJT输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧 MOSFET为输入级的运放rid1012 超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA 一般运放的ro200，而超高速AD9610的ro0.05。,3. 最大差模输入电压Vidmax,6.5.1 实际集成运放的主要参数,共模特性,1. 共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric,一般通用型运放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
14、1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 13V。,6.5.1 实际集成运放的主要参数,大信号动态特性,1. 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，输出电压对时间的最大变化速率，即,若信号为viVimsin2ft ，则运放的SR必须满足SR2fmaxVom,6.5.1 实际集成运放的主要参数,大信号动态特性,2. 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,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SR35
15、00V/s。,电源特性,1. 电源电压抑制比KSVR,衡量电源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,1. 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 集成运放应用中的实际问题,2. 失调电压VIO、失调电流IIO和偏置电流IIB带来的误差,6.5.2 集成运放应用中的实际问题,输入为零时的等效
16、电路,解得误差电压,当 时，可以 消除偏置电流 引起的 误差，此时,当电路为积分运算时，,即 换成电容C，则,时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。,引起的误差仍存在,3. 调零补偿,6.5.2 集成运放应用中的实际问题,（a）调零电路 （b）反相端加入补偿电路,6.6 变跨导式模拟乘法器,6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理,6.6.2 放模拟乘法器的应用,6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理,1. 变跨导二象限乘法器,与差分式放大电路的差别：,（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,6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理,1. 变跨导二象限乘法器,单入双出方式,即,又,所以,6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理,1. 变跨导二象限乘法器,对于T3、T4构成的镜像电流源，当vY VBE时,所以,其中,（乘法运算）,而,由vY 控制跨导gm变化，所以称为
