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1、 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术第第5 5章章 模拟集成电路基础模拟集成电路基础5.1概述概述5.3 差动放大电路差动放大电路5.2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路5.4 集成运算放大电路集成运算放大电路鳞骨像牟思稼浑哎户冯戊帅韦妄啸卖导坎践胺垄横蝎埂垂抡液馆毡舒匆拒第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5.1概述概述 集成电路是一种将集成电路是一种将“管管”和和“路路”紧密结合的器件，紧密结合的器件， 它以半导体它以半导体单晶硅为芯片，单晶硅为芯片， 采用专门的制造工艺，采用专门的制造工艺， 把晶体管、把晶体管、 场效
2、应管、场效应管、 二极管、二极管、 电阻和电容等元器件及它们之间的连线所组成的完整电电阻和电容等元器件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，路制作在一起， 使之具有特定的功能。使之具有特定的功能。 集成电路体积小、集成电路体积小、 重量轻、重量轻、 耗电少、耗电少、 可靠性高，可靠性高， 已成为现代已成为现代电子器件的主体。电子器件的主体。 集成电路分数字与模拟两大类。集成电路分数字与模拟两大类。 模拟集成电路的种类很多，模拟集成电路的种类很多， 有集成运算放大器有集成运算放大器(简称集成运放简称集成运放)， 集成功率放大器，集成功率放大器， 集成模拟乘法器，集成模拟乘法器， 集成锁相环
3、，集成锁相环， 集成稳压器集成稳压器等。等。 在模拟集成电路中，在模拟集成电路中， 集成运算放大器是最为重要、集成运算放大器是最为重要、 用途最广用途最广的一种，的一种， 这里主要介绍集成运放的内部电路、这里主要介绍集成运放的内部电路、 工作原理、工作原理、 性能指性能指标及常用等效模型。标及常用等效模型。猩谩理土阐芥脾罐墟抑泅榜叉涵缓爹授遗鹊墙墨啮障出铡彰赎宾累诌欺搽第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术（1）集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的，）集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的， 邻近邻近的器件具有良好的对称性
4、，的器件具有良好的对称性， 而且受环境温度和干扰的影响后的变而且受环境温度和干扰的影响后的变化也相同，化也相同， 因而特别有利于实现需要对称结构的电路。因而特别有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成工艺制造的电阻、）集成工艺制造的电阻、 电容数值范围有一定的限制。集成电电容数值范围有一定的限制。集成电路中的电阻是使用半导体材料的体电阻制成的，路中的电阻是使用半导体材料的体电阻制成的， 因而很难制造大因而很难制造大的电阻，的电阻， 其阻值一般在几十欧姆到几十千欧姆之间其阻值一般在几十欧姆到几十千欧姆之间; 集成电路中的集成电路中的电容是用电容是用PN结的结电容作的。结的结电容作的。（3）集成工
5、艺制造晶体管、）集成工艺制造晶体管、 场效应管最容易，场效应管最容易， 众多数量的晶体管众多数量的晶体管通过一次综合工艺完成。通过一次综合工艺完成。 集成晶体管有纵向集成晶体管有纵向NPN型管型管(值高、性能值高、性能好好)、 横向横向PNP 型管型管(值低、但反向耐压高）和场效应管，值低、但反向耐压高）和场效应管， 另外，另外， 集成工艺比较容易制造多极晶体管，集成工艺比较容易制造多极晶体管， 如多发射极管、如多发射极管、 多集电极管等。多集电极管等。 集成二极管、集成二极管、 稳压管等一般用稳压管等一般用NPN管的发射结代替。管的发射结代替。5.1.1 集成电路中的元器件特点集成电路中的元
6、器件特点雅躇恶必翟参阔灾柿富借后蛆座瑚昔层舱喇围卓斧驮募膛按篱搂闯敬樱嫉第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术（1）因为硅片上不能制作大电容，所以集成运放均采用直）因为硅片上不能制作大电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。接耦合方式。（2）因为相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和）因为相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰等影响后的变化也相同，所以集成运放中大量采用各种干扰等影响后的变化也相同，所以集成运放中大量采用各种差分放大电路（作输入级）和恒流源电路（作偏置电路或有差分放大电路（作输入级）和恒流源电路（作偏置电路或有
7、源负载）。源负载）。（3）因为制作不同形式的集成电路，只是所用掩模不同，）因为制作不同形式的集成电路，只是所用掩模不同，增加元器件并不增加制造工序，所以集成运放允许采用增加元器件并不增加制造工序，所以集成运放允许采用复杂的电路形式，以达到提高各方面性能的目的。复杂的电路形式，以达到提高各方面性能的目的。5.1.2 集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点（4）因为硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放）因为硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中常用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。中常用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。（5）集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有）集成
8、晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成运放中常采用复合形式，以得到较大差异，所以在集成运放中常采用复合形式，以得到各方面性能俱佳的效果。各方面性能俱佳的效果。邪菱甭缎黔件虐担玲惑栽眉湖恋显氟薄颊错姑剐然绿批怖纬紊脊水隶赠庭第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 集成运放电路中的晶体管和场效应管，除了集成运放电路中的晶体管和场效应管，除了作为放大管外，还构成电流源电路，为各级提供作为放大管外，还构成电流源电路，为各级提供合适的静态电流，或作为有源负载取代高阻值的合适的静态电流，或作为有源负载取代高阻值的电阻，从而增大
9、放大电路的电压放大倍数。本节电阻，从而增大放大电路的电压放大倍数。本节将介绍常见的电流源电路以及有源负载的应用。将介绍常见的电流源电路以及有源负载的应用。5.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路章忠易攒瘤汕粘央挛妒晓坟衰尹境两现姜蘑惩镰物霄较驾巧匣葫睹鸯贴悍第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 电流源电路是指能够输出恒定电流的电路。由第电流源电路是指能够输出恒定电流的电路。由第1章章晶体管（场效应管）的特性已知，晶体管（场效应管）的特性已知， 晶体管（场效应管）晶体管（场效应管）本身便具有近似恒流的特性。本身便具有近似恒流
10、的特性。 在集成电路中，在集成电路中， 常用的电流源电路有：常用的电流源电路有： 镜像电流源镜像电流源、 精密电流源精密电流源、 微电流源微电流源、 比例电流源比例电流源和和多路电流源多路电流源等。等。 它主要提供集成运放中各级合适的静态电流或作为有源它主要提供集成运放中各级合适的静态电流或作为有源负载代替高阻值电阻，负载代替高阻值电阻， 以提高放大电路的放大倍数。以提高放大电路的放大倍数。 5.2.1 电流源电路电流源电路铝陕彦皇酷拜孤须棠叔娶南计窄芳蜗友臼积韶井暴慧遂匹忱挥人循彼席憨第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术镜像电流源镜
11、像电流源分析分析条件：两管参数对称条件：两管参数对称昭五琢腻挺就稚羔汰黔飞噶喻犬粘洗寅惰饮谐怕嵌动闷月瓦黔酉既薛蚊嫌第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术镜像电流源分析镜像电流源分析由两只特性完全相同由两只特性完全相同的管子的管子T T0 0和和T T1 1构成，构成，U UCE0CE0=U=UBE0BE0，从而保证，从而保证T T0 0工作在放大状态。工作在放大状态。集成运放中纵向晶体管的集成运放中纵向晶体管的均在百倍以上。若基本电均在百倍以上。若基本电流源中采用横向流源中采用横向PNPPNP管，则管，则只有几倍。只有几倍。喊娶禾墟寂
12、丘妖锋恋棺镰慑策潦佃涟痞帧盘刺拧境钮士供扔档超膨众芭扔第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术在镜像电流源在镜像电流源T T0 0管的集电极与基极之间加管的集电极与基极之间加一个射极输出的晶体管一个射极输出的晶体管T T2 2。利用。利用T T2 2管的电流管的电流放大作用，减小了基极电流放大作用，减小了基极电流I IB0B0和和I IB1B1对基准对基准电流电流I IR R的分流。在实际电路中，有时在的分流。在实际电路中，有时在T T0 0管管和和T T1 1管的基极与地之间加电阻管的基极与地之间加电阻R Re2e2，用来增，用来增大大
13、T T2 2管的工作电流，从而提高管的工作电流，从而提高T T2 2的的 。改进型镜像电流源改进型镜像电流源加射极输出器的电流源加射极输出器的电流源丈婚氨伏抽笔鲜贰撰罚鄂袄纂锣难怜款公熙鸡榆聊份京戍若纷骏砾喜萄伦第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术比例电流源比例电流源分析分析剪柄珐躬协笛赁独妹爸哉诸脸孙船九厄布绕载萄偿硫辱咸死聂疏盏宁科纵第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术比例电流源分析比例电流源分析微电流微电流输出电流可以大于或小于基准电流，与基准电流成比例关系。输出电流可
14、以大于或小于基准电流，与基准电流成比例关系。乡阶球桐氯遗闽局蛆厕痢一芳灸吁肪钠衡模饿挖药被虎寅浪嚼洪缨拷牧钢第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术微电流源微电流源分析分析冈舀枢敝萎灶店棍桌砒面植滴兴神琅拷椅来颈责舜郎瑟刑集谢参轻瞻邑憎第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术微电流源分析微电流源分析集成运放输入级放大管的集电极（发射极）静态电流很小，往往只有几十微安，集成运放输入级放大管的集电极（发射极）静态电流很小，往往只有几十微安，甚至更小。为了只采用阻值较小的电阻，而又获得较小
15、的输出电流，可以将比甚至更小。为了只采用阻值较小的电阻，而又获得较小的输出电流，可以将比例电流源中例电流源中R Re0e0的阻值减小到零。的阻值减小到零。在已知在已知R Re e的情况下，上式对输的情况下，上式对输出电流出电流I IC1C1而言是超越方程，可而言是超越方程，可以通过以通过图解法或累试法解出图解法或累试法解出I IC1C1。陀里澡年桌鞭茬毋忆刹殴片古愉撼骄砧敏办乏忠短喝鲤斩辑皱就纸妊谊撵第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术基于比例电流源的多路电流源基于比例电流源的多路电流源集成运放是一个集成运放是一个多级放大电路，多级放
16、大电路，因而需要多路电因而需要多路电流源分别给各级流源分别给各级提供合适的静态提供合适的静态电流。可以利用电流。可以利用一个基准电流去一个基准电流去获得多个不同的获得多个不同的输出电流，以适输出电流，以适应各级的需要。应各级的需要。变探后胎淖梗椽翼芝膝映境俊糟粪钒奥劣爽匹墓扰昧掘岭蓬资燥疽怨帧茵第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术多集电极管构成的多路电流源多集电极管构成的多路电流源T T多为横向多为横向PNPPNP型管，型管，当基极电流一定时，集当基极电流一定时，集电极电流之比等于它们的集电区面积之比。电极电流之比等于它们的集电区面积
17、之比。设设各集电区面积分别为各集电区面积分别为S S0 0、S S1 1、S S2 2。咖版世瘩面炮屈胎搔浩得对临侗妇逞黎灼杰藩酸礁战浩序甚吞挞犹姬而砂第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术MOSMOS管多路电流源管多路电流源由场效应管同样可以组成镜像电流源、比例电流源等。由场效应管同样可以组成镜像电流源、比例电流源等。T T0 0T T3 3均为均为N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管，它们的开启电压管，它们的开启电压U UGS(th)GS(th)等参数相等。等参数相等。在栅在栅- -源电压相等时，源电压相等时，MOSMOS管的漏
18、极管的漏极电流正比于沟道的宽长比。电流正比于沟道的宽长比。设宽长比设宽长比W/L=SW/L=S，且，且T T0 0T T3 3的宽长比分别为的宽长比分别为S S0 0、S S1 1、S S2 2、S S3 3。这样就可以通过改变场效应管的几何尺寸来获得各种数值的电流。这样就可以通过改变场效应管的几何尺寸来获得各种数值的电流。散割只獭冶趟傍拳介玖顺销颤膨棘甄北趋成烙钝闭凸作野唐羌盟构牺物随第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例一：例一：图示电路是型号为图示电路是型号为F007F007的通用型集成运放的电流源部分。其中的通用型集成运放的电
19、流源部分。其中T T1010与与T T1111为纵向为纵向NPNNPN管；管；T T1212与与T T1313是横向是横向PNPPNP型管，其型管，其均为均为5 5。各管的。各管的b-b-e e间电压值均约为间电压值均约为0.7V0.7V。试求出各管的集电极电流。试求出各管的集电极电流。解：解： 图中图中R5上的电流是基准电流，根据上的电流是基准电流，根据R5所在回路可以求出所在回路可以求出T10与与T11构成微电流源构成微电流源利用累试法或图解法求出利用累试法或图解法求出T12与与T13构成镜像电流源构成镜像电流源在电流源电路的分析中，首先应求出基准电流在电流源电路的分析中，首先应求出基准电
20、流IR，IR常常是集成运放电路中唯一能够通常常是集成运放电路中唯一能够通过列回路方程直接求出的电流；然后利用与过列回路方程直接求出的电流；然后利用与IR的关系，分别求出各路输出电流。的关系，分别求出各路输出电流。裹筐结摈筋阀兜胳滓隘恳惰水孙噬峡占奸爷砂奠辩慈肌丙俺幸戒陷恫撞瑚第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例二：例二：多路电流源电路如图所示，已知所有晶体管的特多路电流源电路如图所示，已知所有晶体管的特性均相同，性均相同，U UBEBE均为均为0.7V0.7V，R=136kR=136k 。试求。试求I IC1C1、I IC2C2各为
21、各为多少多少? ?解：解：当当 (1+ )3时时彬雕陨疹择柏萌屎砚香雷那仲值八而片潭凰弛背畸溺鼓罪窘涝奶惧跃落刑第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考：思考：电路如图所示，已知电路如图所示，已知0 0 = 1 1 = 2=100，各，各管的管的UBE均为均为0.7V，R=136k 。试求试求IC2的值。的值。分析分析:拴甭躺酌潜说挥猿矩宫打摹确抑抨毒卷磺腆苏欲潭壹讹秀镇骡眷疲吞迫秧第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考思考:在下图电路中，在下图电路中， T1、T2管的特性
22、相同，管的特性相同， 已知已知VCC=15V，1=2=，UBE1=UBE2=0.6V。 （1）试证试证明当明当 2时时， IC2IR； （2）若要求）若要求IC2=28A，电电阻阻R应应取多大？取多大？懊盐刮梦葬巩都道常宛鸦燕挛厌荡姿掉感玲抢柑蛛碌苫忧吭塔租谋拌呻姐第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考思考:在下图电路中在下图电路中（1）指出电路为何种电流源电路；）指出电路为何种电流源电路； （2）根据二极管电流方程，）根据二极管电流方程， 导出导出T1、 T2管的工作电流管的工作电流IC1、 IC2的关系式；的关系式； （3）若测
23、得）若测得IC228A，IC10.73mA，估，估算电阻算电阻Re和和R的阻值；的阻值； （4）说明微电流源和上题所示镜像电流源的异同。）说明微电流源和上题所示镜像电流源的异同。髓昂驰悠燎让渐阜阎湘咽檄酝赘暑松锤斥该泛宁春举劳株渊百痈煮举邵唾第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 在共射放大电路中，为了提高在共射放大电路中，为了提高Au，行之有效的方法是，行之有效的方法是增大集电极电阻增大集电极电阻Rc。 然而，为了维持晶体管的静态电流不然而，为了维持晶体管的静态电流不变，在增大变，在增大Rc时必须提高电源电压。当电源电压增大到一时必须
24、提高电源电压。当电源电压增大到一定程度时，电路的设计就变得不合理了。另外在集成电路定程度时，电路的设计就变得不合理了。另外在集成电路中，不能使用过大的电阻，而且中，不能使用过大的电阻，而且Rc增大，直流功耗也增大，增大，直流功耗也增大，对电源电压的要求也会提高，因此对电源电压的要求也会提高，因此Au的增加受到的增加受到Rc取值的取值的限制。限制。 如果用恒流源来代替如果用恒流源来代替Rc，则由于恒流源的直流电阻，则由于恒流源的直流电阻不大，故恒流源两端的直流电压并不大，但恒流源的动不大，故恒流源两端的直流电压并不大，但恒流源的动态交流电阻很大，该交流电阻与交流通道中的态交流电阻很大，该交流电阻
25、与交流通道中的Rc等效，等效，Au可以大大提高。可以大大提高。由于晶体管和场效应管是有源器件，由于晶体管和场效应管是有源器件， 而上述电路又以它们为负载，故称为有源负载。而上述电路又以它们为负载，故称为有源负载。5.2.2 有源共射放大电路有源共射放大电路坛龚昭蓖疽革揭尉残俭在裂攫屠百婶盒票究潘嗡掏骏允触怒捡酞五酞吴麻第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术有源共射放大电路有源共射放大电路永穷肿宙醉邓扎悼占耕蚕破兴累壬圣佐匹陋掠畴短透讽桥锻醚糖伪耙独翟第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技
26、技 术术5.3 差动放大电路（差动放大电路（差分放大电路差分放大电路）零点漂移的严重性零点漂移的严重性根据集成电路结构形式上的特点，集成电路的级间耦合方根据集成电路结构形式上的特点，集成电路的级间耦合方式一般采用直接耦合。直接耦合存在式一般采用直接耦合。直接耦合存在温度漂移温度漂移问题。为了问题。为了抑制抑制温度漂移温度漂移，一种比较有效的电路就是，一种比较有效的电路就是差动放大电路。差动放大电路。差动放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电差动放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。路。如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟，就如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比
27、拟，就无法正确地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能无法正确地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能正常工作，必须有效地抑制零点漂移。正常工作，必须有效地抑制零点漂移。阀命咯翌燕液姜苏嘿岸撼铺拱患躇剧寿晦蔚裂牧身缮侧盟赫减积蘑痛兄汪第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5.3.1 差动放大电路差动放大电路( (Differential Amplifier) )1. 电路组成电路组成 特点：特点： a.两只完全相同的两只完全相同的管子；管子； b.元件参数对称元件参数对称差动放大电路是由典型的工作点稳定电路演变而来的。差动放大电路是由典
28、型的工作点稳定电路演变而来的。所谓所谓“差动差动”，是指只有当两个输入端，是指只有当两个输入端uI1与与uI2之间有差之间有差别（即变化量）时，输出电压才有变动（即变化量）的别（即变化量）时，输出电压才有变动（即变化量）的意思。意思。对对于于差差动动放放大大电电路路的的分分析析，多多是是在在理理想想情情况况下下，即即电电路路参参数数理理想想对对称称情情况况下下进进行行的的。所所谓谓电电路路参参数数理理想想对对称称，是是指指在在对对称称位位置置的的电电阻阻值值绝绝对对相相等等，两两只只晶晶体体管管在在任任何何温温度度下下输输入入特特性性曲曲线线与与输输出出特特性性曲曲线线都都完完全全重重合合。应
29、应当当指指出出，由由于于电电阻阻的的阻阻值值误误差差各各不不相相同同，特特别别是是晶晶体体管管特特性性的的分分散散性性，实实际际的的电电路路参参数数不不可可能能理理想想对对称称。猾孺校悉沸迢歧徐促宪薯凌冀电碌铁晴囊锌彝识快纺凌氟创汐肝蜀列婴曲第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术2. 输入输出方式输入输出方式输入端：输入端：同相输入端、反相输入端同相输入端、反相输入端输入方式：输入方式：双端输入：双端输入：若信号同时加到同相输入端和反相输入端。若信号同时加到同相输入端和反相输入端。单端输入：单端输入：若信号仅从一个输入端加入，若信号仅从
30、一个输入端加入， 另一个输入端接地。另一个输入端接地。输出方式：输出方式：双端输出：双端输出：若从若从C1和和C2两端输出。两端输出。单端输出：单端输出： 仅从集电极仅从集电极C1或或C2对地输出称为单端输出。对地输出称为单端输出。输出端：输出端：一个是一个是T1的集电极的集电极C1， 另一个是另一个是T2的集电极的集电极C2差动电路的工作模式：差动电路的工作模式：(1)双端输入、双端输入、 双端输出（双入双端输出（双入双出）双出） (2)双端输入、双端输入、 单端输出（双入单端输出（双入单出）单出） (3)单端输入、单端输入、 双端输出（单入双端输出（单入双出）双出） (4)单端输入、单端输
31、入、 单端输出（单入单端输出（单入单出）单出）需检辜祖涂兹淋趋遗蒲聪废牛饮勇勤缮吧曹聂挚滤搓菠恍上娄丫穷捍粒幽第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术3. 差模信号与共模信号差模信号与共模信号差模输入信号：差模输入信号：差模信号是两个输入端信号之差差模信号是两个输入端信号之差差模信号：差模信号：指在两个输入端加上大小相等，指在两个输入端加上大小相等， 极性相反的信号极性相反的信号共模信号：共模信号： 指在两个输入端加上大小相等，指在两个输入端加上大小相等， 极性相同的信号极性相同的信号共模输入信号：共模输入信号：共模信号是两个输入端信号的
32、平均值共模信号是两个输入端信号的平均值即：即：湍稀僧叶亦脐颁剧猪伺酞地氢迅揪六联嚏抓拉汕伸摩获卵管较受勾励悔以第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术4. 抑制零漂的工作原理抑制零漂的工作原理 原理：原理：静态时，输入信号为零，即将输入端静态时，输入信号为零，即将输入端和和短接。短接。由于两管特性相同，所以当温度或其他外界条件发生变由于两管特性相同，所以当温度或其他外界条件发生变化时，两管的集电极电流化时，两管的集电极电流ICQ1和和ICQ2的变化规律始终相同，的变化规律始终相同，结果使两管的集电极电位结果使两管的集电极电位UCQ1、UC
33、Q2始终相等，从而使始终相等，从而使UO= UCQ1 - UCQ2 =0，因此抑制了零点漂移。，因此抑制了零点漂移。具体实践：具体实践：在实践中，两个特性相同的管子采用在实践中，两个特性相同的管子采用“差分差分对管对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，尽，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，尽可能保证阻值对称性精度满足要求。可能保证阻值对称性精度满足要求。结论：结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点漂路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。移不可能完全
34、消除，只能被抑制到很小。冠谨鬃西涝途吕骋例像愁蛆俩拈赏绚浓契堂茵途鸽瘟鄂掉啪孝虑捌闽楚圾第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 电路参数理想对称，电路参数理想对称，R Rb1b1=R=Rb2b2=R=Rb b，R Rc1c1=R=Rc2c2=R=Rc c；T T1 1管与管与T T2 2管的特性相同，管的特性相同，1 1= = 2 2= = ，r rbe1be1=r=rbe2be2=r=rbebe；R Re e为为公共的发射极电阻。公共的发射极电阻。静态分静态分析析共模信共模信号作用号作用差模信差模信
35、号作用号作用电压传输特性电压传输特性蹄文尾肖碟撮庆珐咱涉找敢劝泳愈顽苯拨齐爹澄敷遭写概姿接撞酶钨恍侗第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术一、静态分析一、静态分析当输入信号当输入信号u uI1I1= =u uI2I2=0=0时，作静态分析：时，作静态分析：在通常情况下，在通常情况下，R Rb b阻值很小阻值很小（很多情况下（很多情况下R Rb b为信号源内阻）为信号源内阻），而且，而且I IBQBQ也很小，所以也很小，所以R Rb b上的上的电压可忽略不计。电压可忽略不计。该图铜默勉侍嚼萨距诚止课俭瓶币勺舰试昭漏因宗友爷娠观肋根止醉瞥雏
36、第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术二、对共模信号的抑制作用二、对共模信号的抑制作用共模放大倍数共模放大倍数 由于电路参数的理想对称性，温度变化时管由于电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移故可以将温度漂移等效成共模信号等效成共模信号，差分放大电路对共模信号差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。有很强的抑制作用。电路参数的对称性起了相互补电路参数的对称性起了相互补偿的作用，抑制了温度漂移。偿的作用，抑制了温度漂移。当电路输入共模信号时，基极当电路输入共模信号时，基极电流和集电极
37、电流的变化量相电流和集电极电流的变化量相等，因此，集电极电位的变化等，因此，集电极电位的变化也相等，从而使得输出电压也相等，从而使得输出电压u uO O=0=0。另外，。另外，还利用了射极电还利用了射极电阻阻R Re e对共模信号的负反馈作用，对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极电位的变化，从而抑制集电极电位的变化。的变化。博纯失纂浮泉鸿褥扒舜唬多绣轻炮泥危请坑谜亚榔鲍蚀时询聂耍运涅眉钾第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术三、差模信号的放大作用三、差模信号的放大作用 由于由
38、于E E点电位在差模信号作用下不变，相当于接点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地地”；又由于负载电阻的中点电位在差模信号作用下也不变，；又由于负载电阻的中点电位在差模信号作用下也不变，也相当于接也相当于接“地地”，因而负载，因而负载R RL L被分成相等的两部分，分被分成相等的两部分，分别接在别接在T T1 1管和管和T T2 2管的管的c-ec-e之间。之间。鸣椒俄牢袁掘乳赦裁泵蚊遏皆淫霸舱搭元仙憋蚊古彭蜡蓄蝇葫鞋鲜盂胀旅第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术差模信号作用下的动态分析差模信号作用下的动态分析 共模抑制比是考察差分放
39、大电路对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力的一共模抑制比是考察差分放大电路对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力的一个参数，其值愈大，说明电路性能愈好。个参数，其值愈大，说明电路性能愈好。 虽然差分放大电路用了两只晶体管，但它的电压放大能力只相当于单管共射放大电路。虽然差分放大电路用了两只晶体管，但它的电压放大能力只相当于单管共射放大电路。因而差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，换取了低温漂的效果。因而差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，换取了低温漂的效果。差模放大倍数差模放大倍数共模抑制比共模抑制比察坞矣咱讲乔甸接典闯戍话半祭湃蛹择藉避患愿惜角注沉玫焦双内惜缸出
40、第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术四、电压传输特性四、电压传输特性放大电路输出电压与输入电压之间的关系曲线称为电压传输特性，即放大电路输出电压与输入电压之间的关系曲线称为电压传输特性，即u uO O=f(u=f(uI I) )。从曲线可知，只有在中间一段差模输入与输出才是线性关系，斜率就是差模从曲线可知，只有在中间一段差模输入与输出才是线性关系，斜率就是差模电压放大倍数。电压放大倍数。当输入电压幅值过大时，输出电压就会产生失真，若再加大输入电压，则输当输入电压幅值过大时，输出电压就会产生失真，若再加大输入电压，则输出电压将趋于不变，
41、其数值取决于电源电压出电压将趋于不变，其数值取决于电源电压V VCCCC。若改变若改变u uIdId的极性，则可得到另一条如图中虚线所示的曲线，它与实线完全对的极性，则可得到另一条如图中虚线所示的曲线，它与实线完全对称。称。唤暮邻眯溜蝗档匈霞钩蔗哲抖干讯部扼悉凿峭妖涎只旨喜壶紧鬃掘闯咖食第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术接法一：接法一：双端输入双端输入- -双端输出差分放大电路双端输出差分放大电路动态参数动态参数QQ点点吸汉灵帅惕晋由属壶蛇汁坠颖耍扰酬劫巍扳尧贸缸牛跳傅仗窿观作竞尺驴第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基
42、础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术接法二：接法二：双端输入双端输入- -单端输出差分放大电路单端输出差分放大电路静态分析静态分析差模信号差模信号作用作用共模信号共模信号作用作用苏燃蔬抑驰惰云万妈信论纠经哎钾疹王札郎河久快盐特剐锌学姚讣赵薯瓜第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术(1)(1)静态分析静态分析直流通路直流通路肆阿面拢幕暴拐捏廊蓄钨纵别汐勉釉呆次骡承彪姓标修夕捣吧桐纠宗至烹第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术(2)(2)对差模信号的放大作用对差模信号的放大
43、作用差模信号作用下的等效电路差模信号作用下的等效电路牢卓立冷冀宵仙晒杯忌禽裴叮淡趟裴海墩型搁是糟社鉴隋阮豹歌占啡雍绑第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术(3)对共模信号的抑制作用对共模信号的抑制作用将射极电阻将射极电阻R Re e进行等效变换进行等效变换共模信号作用下的等效电路共模信号作用下的等效电路 可以看出，可以看出，R Re e愈大，愈大，A Ac c的值愈小，的值愈小，K KCMRCMR愈大，电路的性能也就愈好。因愈大，电路的性能也就愈好。因此，增大此，增大R Re e是改善共模抑制比的基本措施。是改善共模抑制比的基本措施。惟
44、惕酣抡哉伪皖鼻坛窿唁拾衅妊魂夷坤衷庇授骇酝饯爆洪题癣堡猎烛鸣寒第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术接法三：接法三：单端输入单端输入- -双端输出差分放大电路双端输出差分放大电路输入差模信号的等效变换输入差模信号的等效变换 若电路参数理想对称，则共模放大倍数为零，共模抑制比为无穷大。若电路参数理想对称，则共模放大倍数为零，共模抑制比为无穷大。 其其Q Q点以及动态参数的分析与双端输入点以及动态参数的分析与双端输入- -双端输出电路完全相同。双端输出电路完全相同。单端输入电路与双端输入电路的区别在于：单端输入电路与双端输入电路的区别在于：
45、 在差模信号输入的同时，伴随着共模信号输入。在差模信号输入的同时，伴随着共模信号输入。因此，在共模放大倍数因此，在共模放大倍数A Ac c不为零时，输出端不仅有差模信号作用而得到的差模不为零时，输出端不仅有差模信号作用而得到的差模输出电压，而且还有共模信号作用而得到的共模输出电压，即输出电压：输出电压，而且还有共模信号作用而得到的共模输出电压，即输出电压：似吾蚁颈彭惕胁验课阂潮排昨聪请道需哮豪鸿酪叮换垢滩谬隋惭遗塌掘清第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术接法四：接法四：单端输入单端输入- -单端输出差分放大电路单端输出差分放大电路 四
46、种接法的动态参数特点归纳如下：四种接法的动态参数特点归纳如下：输入电阻输入电阻R Ri i均为均为2(R2(Rb b+r+rbebe) )。A Ad d、A Ac c、R Ro o与输出方式有关。双端输出与单端输出不同。与输出方式有关。双端输出与单端输出不同。单端输入时，若输入信号为单端输入时，若输入信号为u uI I，其差模输入电压，其差模输入电压u uIdId=u=uI I，其共模输入，其共模输入电压电压u uIcIc=+u=+uI I/2/2。 是输出电压表达式。是输出电压表达式。逝芝旷膜剐嫡靶淬蓑掀集骚袒搀杉恳帐觉疾秧怂伪刃穆积盒巢烈汪浆熊岿第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成
47、电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路 当当T T3 3管输出特性为理想特性时，即当管输出特性为理想特性时，即当T T3 3在放大区的输出特性曲线是横轴的平在放大区的输出特性曲线是横轴的平行线时，行线时，恒流源的内阻为无穷大，即相当于恒流源的内阻为无穷大，即相当于T T1 1管和管和T T2 2管的发射极接了一个阻值为管的发射极接了一个阻值为无穷大的电阻，对共模信号的负反馈作用无穷大，因此使电路的无穷大的电阻，对共模信号的负反馈作用无穷大，因此使电路的A Ac c=0=0，K KCMRCMR=。 恒流源电路在不高的电源电压下恒流源电
48、路在不高的电源电压下既为差分放大电路设置了合适的静态工作电既为差分放大电路设置了合适的静态工作电流，又大大增强了共模负反馈作用，使电路具有更强的抑制共模信号的能力。流，又大大增强了共模负反馈作用，使电路具有更强的抑制共模信号的能力。簇日荡啃胞婉劳麓武沁斌羚帮妒彦抓岔并愈辅氰矛轮春拉惊变远凋凭柄始第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术恒流源电路的简化画法及电路调零措施恒流源电路的简化画法及电路调零措施恒流源电路可用一恒流源取代。在实际电路中，难以做到参数恒流源电路可用一恒流源取代。在实际电路中，难以做到参数理想对称，常用一阻值很小的电位器
49、加在两只管子发射极之间，理想对称，常用一阻值很小的电位器加在两只管子发射极之间，称称R Rw w为调零电位器。为调零电位器。动态参数动态参数粥县浪柬难埠靠皇挑般爵袄燥遥眶陛巢店嫌尹杏茄奢杨偏劝怔诈仕酥墙累第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路为了获得高输入电阻的差分放大电路，可以将前面所讲电路中的为了获得高输入电阻的差分放大电路，可以将前面所讲电路中的差放管用场效应管取代晶体管。这种电路特别适于做直接耦合多差放管用场效应管取代晶体管。这种电路特别适于做直接耦合多级放大电路的输入级。场效应管差分放大
50、电路也有四种接法。级放大电路的输入级。场效应管差分放大电路也有四种接法。蒙洞费时哎燥幌斯挨禄或坍害蠢呀啃袋钡论丧律扼豹习稳圃循节蹋宅靠戒第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术有源负载差分放大电路有源负载差分放大电路 由于由于T T3 3和和T T4 4管构成的电流源作为有源负载，将管构成的电流源作为有源负载，将T T1 1集电极电流的变化转换为输集电极电流的变化转换为输出电流，所以使单端输出电路对差模信号的放大能力接近双端输出的情况。出电流，所以使单端输出电路对差模信号的放大能力接近双端输出的情况。利用镜像电流源作有源负载，不但可将利用
51、镜像电流源作有源负载，不但可将T T1 1管的集电极电流变化转换为输出电管的集电极电流变化转换为输出电流，而且还将使所有变化电流流向负载。流，而且还将使所有变化电流流向负载。输出电流约为单端输出时的两倍，输出电流约为单端输出时的两倍，因而电压放大倍数接近双端输出时的情况。因而电压放大倍数接近双端输出时的情况。逝叹峦夏壳羊田嘲胡侨皖数扇乃室虱成皋课碳刹妒继芋贞沂亡纂体胜至舔第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术只与输出方式有关，与单端输入还是双端输入无关只与输出方式有关，与单端输入还是双端输入无关 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单
52、端输出时： (2)(2)共模放大倍数共模放大倍数只与输出方式有关，只与输出方式有关，与单端输入还是双端输入无关与单端输入还是双端输入无关 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出时：差动放大电路动态参数计算总结差动放大电路动态参数计算总结(1)(1)差模放大倍数差模放大倍数外位墒详杭显识瞬嫩聂实坎旅辙羞技眉速粟何癌诽瓷断蔽睦蓄敢甲压默重第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 (3)(3)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电
53、路的两倍。 (4)(4)输出电阻输出电阻 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出时：窒材脓闽浚幼兵玻肥壤谍罗嘲滑晓罪地密倦贮鬃蛛哲门撵钵嫩慢扒荒厦磁第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。是差分放大器的一个重要指标。或或 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比：炳潦潦势密揭搬趟述三憎拘笛塞弥奋淖往乏支颠求圾掷损舔维卢声槛砚增第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基
54、础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术差动放大电路四种输入、输出方式比较差动放大电路四种输入、输出方式比较uid = ui uic = ui / 2单入单入单出单出uid = ui uic =0双入双入单出单出uid = ui uic =ui / 2单入单入双出双出uid = ui uic = 0双入双入双出双出共模抑制共模抑制比比KCMR Ro差模差模 Rid差模放大倍数差模放大倍数 Ad差模差模uid共模共模uic输入输出输入输出方式方式很小很小龄笔贞黑钟压轿勾坪狠铱夷蹿挤危顾芜林匝况仟远淮袭泰驹凉搏艳娇拢银第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟
55、电电 子子 技技 术术例：例：电路如图所示，已知电路如图所示，已知R Rb b=1k =1k ，R Rc c=10k =10k ，R RL L=5.1k =5.1k ，V VCCCC=12V=12V，V VEEEE=6V=6V；晶体；晶体管的管的=100=100，r rbebe=2k=2k。（1 1）为使）为使T T1 1管和管和T T2 2管的发射极静态电流均为管的发射极静态电流均为0.5mA0.5mA，R Re e的取值应为多少？的取值应为多少？T T1 1管和管和T T2 2管管的管压降的管压降U UCEQCEQ等于多少？等于多少？（2 2）计算）计算A Au u、R Ri i和和R R
56、o o的数值；的数值；（3 3）若将电路改成单端输出（由）若将电路改成单端输出（由T T1 1管的集电极输出），用直流表测得输出电压管的集电极输出），用直流表测得输出电压u uO O=3V=3V，试问输入电压，试问输入电压u uI I约为多少？设约为多少？设I IEQEQ=0.5mA=0.5mA，且共模输出电压可忽略不计。，且共模输出电压可忽略不计。由于用直流表测得的输出电压中既含有直流（静态）量由于用直流表测得的输出电压中既含有直流（静态）量又含有变化量（信号作用的结果），所以首先应计算出又含有变化量（信号作用的结果），所以首先应计算出静态时静态时1管的集电极电位，然后用所测电压减去静态电管
57、的集电极电位，然后用所测电压减去静态电位就可得到动态电压位就可得到动态电压分析：分析：黄冕边讥勇茬垒出寻倪殊靶瓤谈阀琳过蒸酞肠峡失方檀迫眉某贺傀蹭咋翌第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考：思考：图示电路参数理想对称，晶体管的图示电路参数理想对称，晶体管的均为均为100100， =100 =100，U UBEQBEQ=0.7V=0.7V。试计算。试计算R Rw w滑动端在中点时滑动端在中点时T T1 1管和管和T T2 2管的发射极静态电流管的发射极静态电流I IEQEQ，以及动态参数，以及动态参数A Ad d和和R Ri i。分析
58、：分析：孕纳舜稿蔡永苞季裳髓飘饱塘匿蹦翠吗夺虾牧歌攻鉴粕髓成惊洪绿塘宋提第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术分析：分析：（1）（2）若若uI=10mV思考：思考：电路如图所示，晶体管的电路如图所示，晶体管的=50=50， =100 =100 。（1 1）计算静态时）计算静态时T T1 1管和管和T T2 2管的集电极电流和集电极电位；管的集电极电流和集电极电位；（2 2）用直流表测得）用直流表测得u uO O=2V=2V，u uI I= =？若？若u uI I=10mV=10mV，则，则u uO O= =？若？若u uI I=100m
59、V=100mV，则，则u uO O = =？若若uI=100mV蒋冶羡牧傲澎浴完熄焙会久桥缚漂舒灿税财丧规溃剖阉网欺辽窟醒乔啦橡第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考：思考：电路如图所示，电路如图所示，T1与与T2管的特性相同，所有晶体管的管的特性相同，所有晶体管的均相均相同，同，Rc1远大于二极管的正向电阻。当远大于二极管的正向电阻。当uI1uI20V时，时，uO0V。 （1）求解电压放大倍数的表达式；）求解电压放大倍数的表达式； （2）当有共模输入电压时，）当有共模输入电压时，uO=？简述理由。？简述理由。分析：分析：（1）（2
60、）在忽略二极管动态电阻的情况下在忽略二极管动态电阻的情况下当有共模输入电压时，当有共模输入电压时，uO近似为零。近似为零。遂团贾团窿霸嚎携砰擒扦卉丹驹械师肿界烫蛋覆端鲤课倘臆钳哼墨购覆贫第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考：思考：电路如图所示，电路如图所示，T T1 1和和T T2 2的低频跨导的低频跨导g gm m均为均为2mS2mS。试求解差模放。试求解差模放大倍数和输入电阻。大倍数和输入电阻。近柔爪篓壬疗茵讣审哑舰码监棺阁症腮词广幂蛛鞍舔限愈衫桨涌撵靠序溢第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟
61、拟 电电 子子 技技 术术5.4.1 集成运放基本知识集成运放基本知识一、通用型集成运放一、通用型集成运放( (Operational Amplifier) )的组成的组成模拟集成电路的特点模拟集成电路的特点1) ) 直接耦合：直接耦合：采用差分电路形式，元件相对误差小；采用差分电路形式，元件相对误差小；2) ) 大电阻用恒流源代替，大电容外接；大电阻用恒流源代替，大电容外接；3) ) 二极管用三极管代替二极管用三极管代替( (B、C 极接在一起极接在一起) )；4) ) 高增益、高输入电阻、低输出电阻。高增益、高输入电阻、低输出电阻。 5.4集成运算放大电路集成运算放大电路5.4集成运算放大
62、电路虑西完兵砍琳凹彩易斯观怂搽帐桨歇展司丑袁遭之涂嫉往练汾鸟途寅奄鹊第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术集成运放电路的组成及其各部分的作用集成运放电路的组成及其各部分的作用偏置电路偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。集成运放采用电用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。集成运放采用电流源电路为各级提供合适的集电极（或发射极、漏极）静态工作电流，从流源电路为各级提供合适的集电极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定合适的静态工作点。而确定合适的静态工作点。输入级输入级是一个双端输入的高性能差分放大电路。一般要求其输入电
63、阻高，是一个双端输入的高性能差分放大电路。一般要求其输入电阻高，差模放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小。差模放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小。中间级中间级是整个放大电路的主放大器，其作用是使集成运放具有较强的放大是整个放大电路的主放大器，其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射（或共源）放大电路。而且为了提高电压放大倍数，常能力，多采用共射（或共源）放大电路。而且为了提高电压放大倍数，常采用复合管做放大管，以恒流源做集电极负载。采用复合管做放大管，以恒流源做集电极负载。输出级输出级应具有输出电压线性范围宽、输出电阻小（即带负载能力强）、非线应具有输出电压线性范围宽
64、、输出电阻小（即带负载能力强）、非线性失真小等特点。集成运放的输出级多采用互补对称输出电路。性失真小等特点。集成运放的输出级多采用互补对称输出电路。在一般的集成运放电路中，为了克服温漂，输入级几乎毫无例外在一般的集成运放电路中，为了克服温漂，输入级几乎毫无例外地采用差分放大电路；为了增大放大倍数，中间级多采用共射放地采用差分放大电路；为了增大放大倍数，中间级多采用共射放大电路；为了提高带负载能力且具有尽可能大的不失真输出电压大电路；为了提高带负载能力且具有尽可能大的不失真输出电压范围，输出级多采用互补式电压跟随电路范围，输出级多采用互补式电压跟随电路靠孺氰浸手居视替裸膛套钥勿顷胞航虫吻讨牲撬欺
65、蝴凡痊卯拥秒澜足墩帚第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5.4. 2 通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器 F007 电路简介电路简介5.4.2通用型集成运算放大器F007电路简介（1）互柳辖滨冲虾凹搽势孵铆荔果啄囚肖抿酱墓澜匙舶蓝犀钩抽卡腐烧隧架疾第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术F007F007电路中的偏置电路部分电路中的偏置电路部分从从V VCCCC经经T T1212、R R5 5和和T T1111到到 V VCCCC所构成的回路的电流能够直接估算出来，因而所构成
66、的回路的电流能够直接估算出来，因而R R5 5中的中的电流为偏置电路的基准电流。电流为偏置电路的基准电流。T T1010与与T T1111构成微电流源，构成微电流源，而且而且T T1010的集电极电流的集电极电流I IC10C10等于等于T T9 9管集电极电流管集电极电流I IC9C9与与T T3 3、 T T4 4的基极电流的基极电流I IB3B3、 I IB4B4之和；之和； T T8 8与与T T9 9为镜像关系，为镜像关系，为第一为第一级提供静态电流；级提供静态电流； T T1313与与T T1212为镜像关系，为镜像关系，为第二、三级提供静态电流。为第二、三级提供静态电流。砧檄竹浩
67、罪婿卜垄扼赌校势杀汽瀑咨后罐赁赌蔗舷壕称尺扇蛮旷磁秒唤涯第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术F007F007电路中的放大电路部分电路中的放大电路部分F007的电压放大倍数可达几十万倍，输入电阻可的电压放大倍数可达几十万倍，输入电阻可达达2M以上。以上。恿食绊茄完莲拱道嘲姻肿准美皮堵耻胰洒术炕超酸煤束函汰流澜玖踢涸矫第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考：思考：通用型运放通用型运放F747的内部电路如图所示，试分析：的内部电路如图所示，试分析： （1）偏置电路由哪些元件组成？
68、基准电流约为多少？）偏置电路由哪些元件组成？基准电流约为多少？ （2）哪些是放大管，组成几级放大电路，每级各是什么基本电路？）哪些是放大管，组成几级放大电路，每级各是什么基本电路？ （3）T19、T20和和R8组成的电路的作用是什么？组成的电路的作用是什么？隧侯频什巫叙咏写僳希生根敖凭峰庇峡邹梆兢靡攫持力判踪尉替瓤泄事祝第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考：思考：（1）说明电路是几级放大电路，各级分别是哪种形式的放大电）说明电路是几级放大电路，各级分别是哪种形式的放大电路（共射、共集、差放路（共射、共集、差放）；）； （2）分别说
69、明各级采用了哪些措施来改善其性能指标（如增大放大）分别说明各级采用了哪些措施来改善其性能指标（如增大放大倍数、输入电阻倍数、输入电阻）。）。苹舱棘凤圭努橇焉倚厢团咸雀斥矮楷爬豁捏颓集俊钨豆门刊凭话秘咋毕协第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考：思考：图示简化的高精度运放电路原理图，试分析：图示简化的高精度运放电路原理图，试分析： （1）两个输入端中哪个是同相输入端，哪个是反相输入端；）两个输入端中哪个是同相输入端，哪个是反相输入端； （2）T3与与T4的作用；的作用； （3）电流源）电流源I3的作用；的作用； （4）D2与与D3的作
70、用。的作用。+_+_反向输入端反向输入端同向输入端同向输入端旧歉并轧文孔族獭稠篙投频爆槛葬卷焦闪蚌柑屡莱浙跺御侄槐垃夷给恕拨第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标开环差模增益开环差模增益A Aodod共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR差模输入电阻差模输入电阻r ridid输入失调电压及其温漂输入失调电压及其温漂输入失调电流及其温漂输入失调电流及其温漂输入偏置电流输入偏置电流最大共模输入电压最大共模输入电压最大差模输入电压最大差模输入电压-3dB-3dB带宽带宽f fH H单位增益带宽单位增
71、益带宽转换速率转换速率 在近似分析时，常把集成运放理想化。理想运放的在近似分析时，常把集成运放理想化。理想运放的A Aodod、K KCMRCMR、r ridid、f fH H等参数值均为无穷大，而输入失调电压及其温漂、输入失调等参数值均为无穷大，而输入失调电压及其温漂、输入失调电流及其温漂、输入偏置电流等参数值均为零。电流及其温漂、输入偏置电流等参数值均为零。罢规德装如防崖焕仲秉汰疟乙螺毯嗡祭纺蒙怯蛛纫拽谎瞅转砖襟唉淤恿铝第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术简化的集成运放低频等效电路简化的集成运放低频等效电路 如果仅研究对输入信号（
72、即差模信号）的放大问题，而不考虑如果仅研究对输入信号（即差模信号）的放大问题，而不考虑失调因素对电路的影响，那么可用简化的集成运放低频等效电路。失调因素对电路的影响，那么可用简化的集成运放低频等效电路。从运放输入端看进去，等效为一个电阻从运放输入端看进去，等效为一个电阻r ridid；从输出端看进去，等效；从输出端看进去，等效为一个电压源，内阻为为一个电压源，内阻为r ro o。若将集成运放理想化，则。若将集成运放理想化，则r ro o =0 =0。揍跋扶乙滋傍泞逢国棚贿碌谆救毗少脊藕察讲八次睬峻耀岿熊部闺敏粕住第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子
73、子 技技 术术集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性集成运放有两个工作区：集成运放有两个工作区：线性区线性区：在线性放大区域，曲线的斜率为电压放大倍数。：在线性放大区域，曲线的斜率为电压放大倍数。非线性区非线性区：在非线性区，输出电压只有两种可能的情况，：在非线性区，输出电压只有两种可能的情况，+U+UOMOM或或-U-UOMOM。胰裙闽蜕让叙讫地章粕肉嗅复案际韶陋赊烯柠窥际械喂肾粘又刊萨不油幢第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术5.4.3 集成运算放大器电路符号及理想化条件集成运算放大器电路符号及理想化条件1. 运放的符号运放
74、的符号习惯用符号习惯用符号uid+VCCVEE国家标准符号国家标准符号uouid+VCCVEE8(VCC = VEE )投克鞠像沿边棵引凌绕纳挑涛彬岸蝉循俗丫辕川净匿胃波熏义式南腕流眼第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术等效电路等效电路uouidui+u+uoRidAod uidRoiu+ 同相端输入电压同相端输入电压u 反相端输入电压反相端输入电压uid 差模输入电压差模输入电压uid = u u+Aod 开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 uo = Aod(u+ u )女迅驶冬宜簧成峻天喧岿豹屡怖疲坛瑰文友顷藻喝练供寸遁呆关
75、存虾割祁第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术1) ) Aod 2. 运放特性的理想化运放特性的理想化6) )UIO 0，IIO 0理想理想运放：运放：4) ) KCMR 5) )f fBW 2) ) Rid 3) )Ro 0电压传输特性电压传输特性OuiduoUomaxUomax理想理想线线性性区区实际实际3. 理想运放工作在理想运放工作在线性区线性区的两个特点的两个特点1) ) u+ u( (虚短虚短) )证：证：uo = Aod (u+ u) = Aod uidu+ u = uo/Aod 02) ) i+ i 0 ( (虚断虚断)
76、 )证：证：i+ = uid / Rid 0同理同理 i 0uouidui+u+uoRidAod uidRoi桐妨恕闯涪陛授识饵疙姚猜冒函徒譬妒寺斌垃甥莲屹韵吃捶孺粥帮倚望瞒第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术. 理想运放工作在理想运放工作在非线性区非线性区的两个特点的两个特点1) )u+ u时，时， uo = +Uomaxu+ 80 dB5.4.3通用型集成运算放大器电路符号及理想化条件（8）吐越垫磅照赂堡聚汝矽提羽榨冠们懈萎叼汤腿肋膘楼栗嫩缀烤茎娄惊钠酪第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电
77、 子子 技技 术术7) ) 最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdM共模输入共模输入 U IC 过大，过大，K CMR下降下降当当 UId 过大时，反偏的过大时，反偏的 PN 结可能因反压过大而被击穿。结可能因反压过大而被击穿。NPN 管管 UIdM = 5 V横向横向 PNP 管管 UIdM = 30 VCF741 为为 30 V8) )最大共模输入电压最大共模输入电压 UICM9) ) 最大输出电压幅度最大输出电压幅度 UOPP输出级为输出级为 OCL 电路电路一般比电源电压小一个一般比电源电压小一个 UCE(sat)如电源电压如电源电压 15 V，U OPP 为为 13 14 VCF7
78、41 为为 13 V5.4.3通用型集成运算放大器电路符号及理想化条件（9）偷皿匝院怖纽嫂旷煽瞅烙疑熄哭踪寓貉捕乓住啼功暇滥仕虏荚创晶搭倒蝗第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术二二、集成运放使用注意事项集成运放使用注意事项( (一一) ) 集成运放的封装和引脚排列集成运放的封装和引脚排列封装形式封装形式:金属圆形、双列直插式、扁平式金属圆形、双列直插式、扁平式封装材料封装材料:陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料例例: 塑封双列直插式塑封双列直插式( (DIP) )CF741DIPDual In-Line Pakage5.4.3通用型集成
79、运算放大器电路符号及理想化条件（10）酪鞋卑粳僵躲混侍漱紫峰蹄鲤椅腊宜理筛募叫蠢训科哉儡懂魂光歇滩惑瘫第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术( (二二) ) 集成运放使用注意事项集成运放使用注意事项1. 查阅手册了解引脚的排列及功能；查阅手册了解引脚的排列及功能；2. 检查接线有否错误或虚连，输出端不能与地、电检查接线有否错误或虚连，输出端不能与地、电 源短路；源短路；3. 输入信号应远小于输入信号应远小于 UIdM 和和 UICM，以防阻塞或损，以防阻塞或损 坏器件；坏器件；4. 电源不能接反或过高，拔器件时必须断电；电源不能接反或过高，拔器件时必须断电；5. 输入端外接直流电阻要相等，小信号高精度直流输入端外接直流电阻要相等，小信号高精度直流 放大需调零。放大需调零。5.4.3通用型集成运算放大器电路符号及理想化条件（11）搞晃镀帜赏里酉饥战碴租遁曲疗钳付蛇纵瓷愧岁渺酒锌镶糊绪肺泡源终舷第5章模拟集成电路基础罗群模电第5章模拟集成电路基础罗群模电
