模拟集成电路课件

《模拟集成电路课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟集成电路课件（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、6 模拟集成电路,模拟集成电路中的直流偏置技术,差分式放大电路,集成电路运算放大器,集成电路运算放大器的主要参数,模拟乘法器,*放大电路中的噪声与干扰,集成电路与运算放大器基础,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。,1、小规模集成电路（0100个元件） 中规模集成电路（1001000个元件） 大规模集成电路（1000个元件以上） 超大规模集成电路（十万个元件以上）,2、模拟集成电路 数字集成电路,3、集成运算放大器 集成功放 模拟乘法器 模拟锁相环 集成比较器,集成电路的分类：,6.1 模拟集成电路中的直流偏置

2、技术,直流电阻小,交流电阻大,恒流源：Rs = ， iO = Is ，与RL无关,三极管工作在放大区，其输出特性 具有恒流特性。,特点：,分析任务,确定电流源的输出电流， 并提高计算精度,提高输出电阻Ro,概述,BJT基本电流源,分压式射极偏置电路,在满足条件 I1 IB ；VB VBE 时,电流源内阻 Rs = Ro（输出电阻）,与Rc无关，且能稳定Q（温度影响）,比例电流源,BJT基本电流源,镜像电流源,VBE1+I1 Re1 = VBE2 +IC2 Re2,微电流源,产生A级电流,例如：VCC = 10V，IC2 = 1A，则 R=10M。需占用硅片面积大,电流源的作用,(1) 用于提供

3、静态电流并能稳定静态工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。,(2) 用作有源负载，可获得增益高的特性。,共射电路的电压增益为：,例：,共射放大,电流源作有源负载后,比用电阻Rc作负载时提高了,6.2 差分式放大电路,1. 直接耦合放大电路的零点漂移问题,概述, 直接耦合放大电路, 零点漂移问题,可以放大直流信号,# 集成运算放大器要采用直接耦合？,零漂：,输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。,主要原因：,温度变化引起，也称温漂。,温漂指标：,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漂移电压值。,电源电压波动也是原因之一,没有电容、变压器,例如,若第一级漂移100 u

4、V，,则输出漂移 10m V,若第二级漂移100 uV，,则输出漂移 10 mV,假设,第一级是关键！, 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,漂移 100 uV,漂移 10 mV+100 uV,漂移 1 V+ 10 mV,漂移 1 V+ 10 mV,2. 差分的基本概念,-,+, 差模与共模：,差模信号,共模信号,总输出电压,差模电压增益,共模电压增益,共模抑制比,反映抑制零漂能力, 分析思路：叠加定理,测试选择填空,1. 差分放大电路中，当Vs1=300mV，Vs2=200mV时，分解为共模输入信号Vsc= ，差模输入信号Vsd=

5、 。 a. 500mV b. 100mV c. 250mV d. 50mV,3. 在单端输出差分放大电路中，差模电压增益AVd=50，共模电压增益AVc= 0.5，若输入电压Vs1=80mV，Vs2=60mV，输出电压Vo2= 。 a. 1.035V b. 0.965V c. 0.965V d. 1.035V,Vo2=AvdVsd +AvcVsc =5020mv 0.570mv =1000mv-35mv,2. 差分放大电路中，当Vs1=200mV，Vsd2=0mV时，分解为共模输入信号Vsc= ，差模输入信号Vsd= 。,基本差分式放大电路,差动放大器的基本形式,基本差分电路（长尾）,带恒流源

6、的差分电路,教材上的差分电路,vo = vo1 vo2 = Av1vi1 Av2vi2,vo = Avd(vi1 vi2), AV1 = AV2 （对管）,对称 VC1 = VC2 ,vo = VC1 - VC2 = 0 克服温漂,(3)公共射极电阻Re,组成特点,(1)直接耦合的共射电路(Rb ,Rs),(2)两边对称,1. 电路组成特点及工作原理,注意：,工作原理,电路对称,T放大的条件：Je正偏、Jc反偏,vi1 = vi2 = 0（静态）,vo = VC1 - VC2 = 0, 实现： 0输入 0输出,静态分析,动态分析 输入差模信号,大小相等，方向相反,另外：,动态分析 输入共模信号

7、,大小相等，方向也相同,另外：,差分放大器能放大差模信号，抑制共模信号,2. 主要指标分析计算,双端输入 差模增益, 输入纯差模信号, 电路两边对称, 电路变换（拆开、转换为单边电路）,Re短路,RL各分一半, 画小信号 等效电路, 双入双出,双入双出, 双入单出,RL各分一半,RL由T1单独负担, 同相输入端与反相输入端,双入单出,Re短路,双端输入 共模增益, 输入纯共模信号, 电路两边对称, 电路变换（拆开、转换为单边电路）,Re对单边相当于2Re,RL开路, 画小信号 等效电路, 双入双出,双入双出, 双入单出,RL开路,RL由T1单独负担,双入单出,Re对单边相当于2Re,双端输入

8、共模抑制比,双入双出,双入单出, 双入双出, 双入单出, 公共电阻Re KCMR 抑制零漂能力增强,单端输入,例如：, 指标计算与双端输入相同！,FET差分式放大电路,与共源电路相同,1. 电路组成,2. 差模增益,3. 差模输入电阻,双端输出时：,1、vid=0时,2、当vid很小时,输出电流与差模输入电压成线性关系,3、当vid很大时,4、当vid在26毫伏到104毫伏之间时,利用其非线性可以实现非线性运算功能,6.3 差模传输特性,6.4 集成电路运算放大器,一、 简单的集成电路运算放大器,集成电路 运算放大器,直接耦合 多级放大电路,符号：,特点：,电压增益高（差模）,输入电阻大,输出

9、电阻小,读图,例题,in,out,直接耦合 多级放大电路,差分输入级双入单出,中间放大级复合管共射,输出级 2级共集,镜像电流源输入级偏置,反相端,同相端,镜像电流源T5的偏置,二、 通用型集成电路运算放大器,读图,差分放大输入级 共集共基组合 双入单出,2个二极管 甲乙类功放,相位,中间放大级 复合管共射,前置放大 共集缓冲,读图,镜像电流源A 静态偏置,电流源B 有源负载,微电流源 静态偏置,镜像电流源 稳定工作点？,T,io Iomax,vR9 0.5V,T15导通,带缓冲级的比例电流源 有源负载,限流保护 T15,T21,小结：,高增益的直接耦合 多级差分放大电路,符号：,集成电路运算

10、放大器,电压传输特性：,运算放大器有三类封装形式：金属圆帽封装、双列直插封装和贴片SOP封装,封装形式和表示符号,SO8(Plastic Micropackage),6.5 集成电路运算放大器的主要参数和对应用电路的影响,以A741C为例,极限参数 电特性参数（Ta=25C） 输入失调参数 差模特性参数 共模特性参数 大信号动态参数,极限参数, 电源电压,5V 18V, 最大允许功耗, 最大差模输入电压, 最大共模输入电压, 工作温度范围, 保存温度范围,军品：-55C 125C,-65C 150C,通用：0C 70C,Vidmax 30V,Vicmax 15V,670mW（DIP）,高压型（

11、特殊） HA2645 80V D41 150V,输入失调参数,1. 输入失调电压VIO,2. 输入偏置电流IIB,3. 输入失调电流IIO,1mV,80nA,2nA,LM741,差模特性参数,1. 开环差模电压增益AVO,2. 开环带宽BW (fH),3. 单位增益带宽 BWG (fT),3dB带宽,4.差模输入电阻rid 输出电阻ro,741,共模特性参数,A741典型值为90dB，性能好的高达180dB。,1.共模抑制比 KCMR,2.共模输入电阻ric,大信号动态参数, 转换速率S R（压摆率）,A741典型值为0.5V/ s,反映运放对于快速变化的输入大信号的响应能力, 全功率带宽BW

12、 p=fmax|SR=cont,Vo=Vom,集成运算放大器的基本应用,一、理想集成运放参数,输入失调电压，输入失调电流和它们的温漂均为0，而且无任何内部噪声；,开环差模电压增益（放大倍数）AVD无穷大；,差模输入电阻Rid无穷大；,输出电阻为0；,共模抑制比无穷大；,上限截止频率无穷大；,两条重要的法则,2、理想运放的两输入端不取电流 两输入端之间开路（虚断）,即两差动输入端相当于短路，但短路中又无电流流过。,1、理想运放的两输入端之间的电压差为零 两输入端短路（虚短）,VI=0， 而rid= ,1、 线性区 在线性区， vo=Avd（vN-vp） 通常，集成运放的Avd很大，为了使其工作在

13、线性区，大都引入深度负反馈，以减小运放的净输入，保证输出电压不超出线性范围。 特点 （1） 运放的同相输入端与反相输入端的电位相等， 即VN=VP。 （2） 理想运放的输入电流等于零IN=IP 。,运放的工作区,输出电压与输入电压之间 VoAvd（VN-VP） 特点 （1） 输出电压只有两种可能的状态：VH或VL，而VH和VL的数值不一定相等。 当 VPVN 时 Vo=VP VPVN 时 Vo=VN （2） 运放的输入电流等于零。,2、 非线性区,二、集成运放的基本电路,1、反相放大器,输出电压与输入电压反相的放大器,利用“虚短”概念，有,反相放大器的输出电压与输入电压反相，其电压增益只与放大

14、器的外界电阻Rf、R1有关而与运算放大器无关,利用“虚断”概念，有,由图可得,2、同相放大器,输出信号与输入信号同相的放大器,利用“虚短”、“虚断”概念，有,由图可得,同相放大器的输出电压与输入电压同相，放大倍数只与外加电阻相关，与运算放大器无关,应用中的实际问题,1、运放的选择,2、采用对应的外部电路消除误差,优先采用性能参数均衡的运放,集成电路运算放大器 基本要求,了解各种电流源的工作原理、特点和主要用途 掌握差模信号、共模信号、差模电压增益、共模电压增益和共模抑制比等基本概念 了解差分放大电路的工作原理和特点 了解差分放大电路的静态和动态指标的计算 了解集成运算放大器的基本组成和主要参数 了解失调电压和失调电流对实际运放的影响及零漂的消除方法 掌握基本同相、反相放大器的分析方法,