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1、,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,1. MOSFET镜像电流源,2. MOSFET多路电流源,6.1.1 BJT电流源电路,1. 镜像电流源,T1、T2的参数全同,即12，ICEO1ICEO2,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 ）,6.1.2 FET电流源,1
2、. 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,常用的镜像电流源,6.1.2 FET电流源,2. MOSFET多路电流源,基准电流IREF由T0和T1以及正、负电源确定。,6.2.1 差分式放大电路的一般结构,1. 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：施加在两个输入端的大小相同但极性相反的一对输入信号,共模信号：施加在两个输入端的大小相同、极性也相同的一对输入信号,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,共模信号产
3、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,共模信号大小相等，相位相同； 差模信号大小相等，相位相反。,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,静态时，vo= vo1 vo2 =0,动态,仅输入差模信号，,大小相等，相位相反。,大小相等，,信号被放大。此时差模信号,相位相反。,1. 电路组成及工作原理,Avd比较大,动态,仅输入共模信号，,大小相等，相位相同
4、。,大小相等，,没有信号输出。,相位相同。,1. 电路组成及工作原理,Avc比较小,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。,零点漂移的影响：,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的抑制作用,3. 主要指标计算,（1）差模情况,单边交流通路, 双入、双出,交流通路,注意此处为短路,3. 主要指标计算,（1）差模情况,单边小信号模型, 双入、双出,单边交流通路,3. 主要指标计
5、算,（1）差模情况,接入RL时, 双入、双出（无RL）,差模输入电阻：,输出电阻：,3. 主要指标计算,（1）差模情况, 双入、单出,单边交流通路,3. 主要指标计算,（1）差模情况,单边小信号模型, 双入、单出,单边交流通路,3. 主要指标计算,（1）差模情况, 双入、单出（无RL）,接入RL时,差模输入电阻：,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。,特别提问：此时存在共模信号vic吗？,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,共模输入电阻：,输出电阻：, 单端
6、输出,3. 主要指标计算,（2）共模情况,共模输入电阻：,输出电阻：,（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,1 、画差模输入时T1管的交流通路 Rid=2 rbe + (1+)Rp 2 41. 66K RO=2RC 20K AVd= v O v id = RC /( RL2 ) rbe+(1+ ) Rp2= 60,例6-1：在图示电路中，为了使输入为 零时，输出也为零，加入了RP。已知： 1= 2=150，VBE1=VBE2=0.7V，求： 1、差模输入时的Rid、Ro、Avd。 2、共模输入时的Ric、Avc以及KCMR。,解：双入双出；
7、 IE1= IE2= IE 2 (VEE-VBE)(2Re+Rp 2) =0.71mA rbe=200+ (1+)26mVIE1 mA 5. 73K ,单端输出时：AVd2=(12) RC /( RL) rbe+(1+ ) Rp2=32. 73 为何此时 AVd2 （-1/2）AVd ？,2、共模输入时的Avc 、 Ric以及KCMR。 双端输出时： Avc=0 画共模输入时T1管的交流通路：,KCMR= (双端输出) Ric = rbe+ (1+ ) (Rp 2 ) + 2Re 2=1520K RO=2RC 20K ,单端输出时： Avc= (Rc/ RL) rbe+ (1+ ) (Rp 2
8、 ) + 2Re (Rc/ RL) (2Re ) = 0.45,例,(4)当输出接一个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),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
9、 源极耦合差分式放大电路,1. CMOS差分式放大电路,6.2.3 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,end,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 vO2VCCiC
10、2Rc2,可得传输特性曲线 vO1，vO2f（vid）,vO1，vO2f（vid）的传输特性曲线,end,6.4 集成电路运算放大器,6.4.1 集成电路运算放大器CMOS MC14573,6.4.2 集成运算放大器741,6.4.1 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 ，上两式联列可求出IREF 和VGS5,根据各管子的宽长比 ，可求出其它支路电流。,(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
11、析计算,6.4.2 集成运算放大器741,原理电路,6.4.2 集成运算放大器741,简化电路,end,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
12、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 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| 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
13、BWG (fT),741型运放AvO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
14、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。,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
15、的运放如AD9610的SR3500V/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,end,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 变跨式模拟乘法器 vo 与两路输入电压之积成正比的有源网络 同相模拟乘法器： vo =K vx vy 反相模拟乘法器： vo = K vx vy (K为正数) 分类： 一
