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1、模拟电子模拟电子(dinz)技术第技术第6章章第一页，共56页。6.1 模拟(mn)集成电路中的直流偏置技术6.1.1 BJT电流(dinli)源电路6.1.2 FET电流(dinli)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电流源第1页/共56页第二页，共56页。6.1.1 BJT电流(dinli)源电路1、电流(dinli)源第2页/共56页第三页，共56页。2、镜像电流(dinli)源当远大于1时，IC2IREF=(VCC-VBE)/RVCC/R A、当R不变时，IC2 几乎不变化，所以交流输出电阻很大
2、B、作为放大电路的有源负载C、T1对T2管有温度补偿作用D、当T1、T2 的不大时，IC2与IREF存在一定的误差(wch)E、适用于IC2较大第3页/共56页第四页，共56页。T1T1、T2T2的参数的参数(cnsh)(cnsh)全同全同 即即12，ICEO1ICEO2 当当BJTBJT的的较大时，基极较大时，基极(j j)(j j)电流电流IBIB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF 第4页/共56页第五页，共56页。3、微电流(dinli)源IC2=(VBE1-VBE2)/Re2=Ie2Re2VBE/Re2 A、IC2为数值较小的电流B、IREFVCC/R随VCC变化,如果R很大，则IC
3、2的变化很小，受电源影响很小C、T1对T2管有温度补偿(bchng)作用，所以IC2受温度影响小第5页/共56页第六页，共56页。5、应用(yngyng)实例A、T2和T3组成的镜像电流源作为T1管的有源负载B、由于(yuy)镜像电流源的交流电阻很大，所以可大大提高T1的电压增益。IC2IC1IEF第6页/共56页第七页，共56页。6.2.1 差分式放大(fngd)电路的一般结构1.用三端器件组成的差分(ch fn)式放大电路第7页/共56页第八页，共56页。6.2.1 差分(ch fn)式放大电路的一般结构2.有关(yugun)概念差模信号差模信号(xnho)共模信号共模信号差模电压增益差模
4、电压增益共模电压增益共模电压增益总输出电压总输出电压其中其中差模信号产生的输出差模信号产生的输出共模信号产生的输出共模信号产生的输出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标第8页/共56页第九页，共56页。6.2.2 射极耦合差分(ch fn)式放大电路1.电路组成及工作(gngzu)原理第9页/共56页第十页，共56页。1.电路(dinl)组成及工作原理静态静态(jngti)第10页/共56页第十一页，共56页。动态动态(dngti)仅输入仅输入(shr)差模信差模信号，号，大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。大小相等，大小相等，信号信号(xnho)被放被放大。大
5、。相位相反。相位相反。第11页/共56页第十二页，共56页。2.抑制零点漂移(pio y)原理 温温度度变变化化和和电电源源电电压压波波动动，都都将将使使集集电电极极电电流流产产生生(chnshng)(chnshng)变变化化。且且变变化化趋势是相同的，趋势是相同的，其其效效果果(xiogu)(xiogu)相相当当于于在在两两个个输输入入端端加加入入了了共共模模信号。信号。第12页/共56页第十三页，共56页。这这一一过过程程类类似似于于分分压压式式射射极极偏偏置置(pin(pin zh)zh)电电路路的的温温度度稳稳定定过过程程。所所以以，即即使使电电路路处处于于单单端端输输出出方方式式时，
6、仍有较强的抑制零漂能力。时，仍有较强的抑制零漂能力。差分式放大电路差分式放大电路(dinl)(dinl)对共模信号有很强抑制作用对共模信号有很强抑制作用第13页/共56页第十四页，共56页。3.主要指标(zhbio)计算（1）差模情况）差模情况(qngkung)接入负载接入负载(fzi)时时以双倍的元器件换取以双倍的元器件换取抑制零漂的能力抑制零漂的能力 双入、双出双入、双出第14页/共56页第十五页，共56页。3.主要指标(zhbio)计算（1）差模情况）差模情况(qngkung)双入、单出双入、单出接入负载接入负载(fzi)时时第15页/共56页第十六页，共56页。（1）差模情况）差模情况
7、(qngkung)单端输入单端输入(shr)(shr)等效于双端输入等效于双端输入(shr)指标计算与双端指标计算与双端输入相同。输入相同。第16页/共56页第十七页，共56页。（2）共模）共模(n m)情况情况 双端输出双端输出(shch)(shch)共模信号的输入使两管集电共模信号的输入使两管集电极电压有相同极电压有相同(xin tn)(xin tn)的变的变化。化。所以所以共模增益共模增益第17页/共56页第十八页，共56页。单端输出单端输出(shch)(shch)抑制零漂能力抑制零漂能力(nngl)增强增强（2）共模）共模(n m)情况情况第18页/共56页第十九页，共56页。（3）共
8、模）共模(n m)抑抑制比制比双端输出双端输出(shch)(shch)，理想情况，理想情况单单 端端 输输 出出(shch)(shch)抑制零漂能力抑制零漂能力越强越强单端输出时的总输出电压单端输出时的总输出电压（4）频率响应）频率响应高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。第19页/共56页第二十页，共56页。例(4)当输出接一个12k负载(fzi)时的差模电压增益.解：求:(1)静态(jngti)第20页/共56页第二十一页，共56页。(2)电压(diny)增益第21页/共56页第二十二页，共56页。(3)差分(ch fn)电路的共模增益共模
9、(n m)输入电压不计共模(n m)输出电压时第22页/共56页第二十三页，共56页。(4)第23页/共56页第二十四页，共56页。4.带有源负载的射极耦合差分(ch fn)式放大电路共模共模(n m)输入电阻输入电阻 Ricrbe2(1)ro5第24页/共56页第二十五页，共56页。4.带有源负载的射极耦合差分(ch fn)式放大电路差模电压差模电压(diny)(diny)增益增益（负载开路）（负载开路）则则 单端输出的电压单端输出的电压(diny)(diny)增益接近于双端输出的电压增益接近于双端输出的电压(diny)(diny)增益增益 第25页/共56页第二十六页，共56页。6.3 差
10、分(ch fn)式放大电路的传输特性根据根据iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2 又又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得传输特性可得传输特性(txng)曲线曲线 vO1，vO2f（vid）第26页/共56页第二十七页，共56页。vO1，vO2f（vid）的传输特性）的传输特性(txng)曲线曲线第27页/共56页第二十八页，共56页。P316 P316题题6.2.26.2.2思考题思考题第28页/共56页第二十九页，共56页。6.4 集成电路(jchng-dinl)运算放大器6.4.1 集成电路(jchng-dinl)运
11、算放大器CMOS MC14573 6.4.2 集成(j chn)运算放大器741第29页/共56页第三十页，共56页。6.4.1 CMOS MC14573 集成电路(jchng-dinl)运算放大器1.电路结构(jigu)和工作原理第30页/共56页第三十一页，共56页。2.电路技术指标的分析(fnx)计算(1)(1)直直流流分分析析(fnx)(fnx)已知已知VT 和和KP5，可求出，可求出IREF 根据各管子的宽长比根据各管子的宽长比，可求出其它，可求出其它(qt)支路电支路电流。流。第31页/共56页第三十二页，共56页。(2)(2)小小 信信 号号(xnho)(xnho)分析分析设设
12、gm1=gm2=gm 则则输入级电压增益输入级电压增益 第32页/共56页第三十三页，共56页。(2)(2)小小信信号号(xnho)(xnho)分析分析总电压增益总电压增益 Av=Av1Av2 Av2=vo/v gs7 =gm7(rds7/rds8)第二级电压增益第二级电压增益 将参数代入计算得将参数代入计算得 Av=40884.8（92.2 dB）第33页/共56页第三十四页，共56页。6.4.2 集成(j chn)运算放大器741第34页/共56页第三十五页，共56页。6.4.2 集成(j chn)运算放大器741简化简化(jinhu)(jinhu)电路电路第35页/共56页第三十六页，共
13、56页。UEE+UCC u+uo u反相反相输入输入(shr)端端同相同相输入输入(shr)端端T3T4T5T1T2IS输输入入(sh(shrr)级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相第36页/共56页第三十七页，共56页。6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路(dinl)的影响6.5.1 实际集成(j chn)运放的主要参数6.5.2 集成运放应用(yngyng)中的实际问题第37页/共56页第三十八页，共56页。6.5.1 实际集成(j chn)运放的主要参数输入直流误差(wch)特性（输入失调特性）1.输入输入(shr)失调电失调电压压VIO 在室温（在室
14、温（25）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使）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。一般约为一般约为（110）mV。超低失调运放为（。超低失调运放为（120）V。高精度。高精度运放运放OP-117 VIO=4 V。MOSFET达达20 mV。2.输入偏置电流输入偏置电流IIB 输入偏置电流是指集成运放输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值两个输入端静态电流的平均值 IIB（IBNIBP）/2 BJT为为10 nA1 A；MOSFET运放运放IIB在在pA数
15、量级。数量级。第38页/共56页第三十九页，共56页。3.输入失调输入失调(shtio)电流电流IIO 输输入入失失调调电电流流IIO是是指指当当输输入入电电压压为为零零时时流流入入放放大大器器两两输输入入端端的静态的静态(jngti)基极电流之差，即基极电流之差，即IIO|IBPIBN|一般约为一般约为1 nA0.1 A。4.温度温度(wnd)漂移漂移（1）输入失调电压温漂）输入失调电压温漂 VIO/T（2）输入失调电流温漂）输入失调电流温漂 IIO/T第39页/共56页第四十页，共56页。差模特性1.开环差模电压开环差模电压(diny)增益增益Avo和带宽和带宽BW 开环差模电压开环差模电
16、压(diny)增益增益AvO开环带宽开环带宽(di kun)BW(fH)单位增益带宽单位增益带宽 BWG(fT)741型运放型运放AvO的频率响应的频率响应 第40页/共56页第四十一页，共56页。2.差模输入电阻差模输入电阻rid和输出电阻和输出电阻ro BJT输入级的运放输入级的运放(yn fn)rid一般在几百千欧到数兆欧一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放为输入级的运放(yn fn)rid1012超高输入电阻运放超高输入电阻运放(yn fn)rid1013、IIB0.040pA一般运放一般运放(yn fn)的的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3.
17、最大差模输入最大差模输入(shr)电压电压Vidmax第41页/共56页第四十二页，共56页。共模特性1.共模共模(n m)抑制比抑制比KCMR和共模和共模(n m)输输入电阻入电阻ric 一般一般(ybn)通用型运放通用型运放KCMR为（为（80120）dB，高精度运放，高精度运放可达可达140dB，ric100M。2.最大共模输入最大共模输入(shr)电压电压Vicmax 一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达共模输入电压幅值，高质量的运放可达 13V。第42页/共56页第四十三页，共5
18、6页。大信号动态(dngti)特性1.转换转换(zhunhun)速率速率SR放放大大电电路路在在闭闭环环状状态态下下，输输入入为为大大信信号号（例例如如阶阶跃跃信信号号）时时，输输出出电电压对时间的最大变化压对时间的最大变化(binhu)(binhu)速率，即速率，即 若信号为若信号为viVimsin2 ft，则运放的，则运放的SR必须满足必须满足SR2fmaxVom第43页/共56页第四十四页，共56页。大信号动态(dngti)特性2.全功率全功率(gngl)带宽带宽BWP 指运放输出指运放输出(shch)最大峰值电压时允许的最高频率，即最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和和BWP是是大
19、大信信号号和和高高频频信信号号工工作作时时的的重重要要指指标标。一一般般通通用用型型运运放放SR在在nV/s以以下下，741的的SR=0.5V/s而而高高速速运运放放要要求求SR30V/s以上。目前超高速的运放如以上。目前超高速的运放如AD9610的的SR3500V/s。第44页/共56页第四十五页，共56页。电源(dinyun)特性1.电源电源(dinyun)电压抑制比电压抑制比KSVR 衡量衡量(hng ling)(hng ling)电源电压波动对输出电压的影响电源电压波动对输出电压的影响 2.静态功耗静态功耗PV 第45页/共56页第四十六页，共56页。1.1.集成运放集成运放(yn f
20、n)(yn fn)的选用的选用 根根据据技技术术要要求求应应首首选选通通用用型型运运放放，当当通通用用型型运运放放难难以以满满足足要要求求时时，才才考考虑虑专专用用型型运运放放，这这是是因因为为通通用用型型器器件件的的各各项项参参数数比比较较均均衡衡，做做到到技技术术性性与与经经济济性性的的统统一一(tngy)(tngy)。至至于于专专用用型型运运放放，虽虽然然某某项项技技术术参参数数很很突突出出，但但其其他他参参数数则则难难以以兼兼顾顾，例例如如低低噪噪声声运运放放的的带带宽宽往往往往设设计计得得较较窄窄，而而高高速速型型与与高高精精度度常常常常有有矛矛盾盾，如如此此等等。等等。6.5.2
21、集成运放(yn fn)应用中的实际问题第46页/共56页第四十七页，共56页。2.失调失调(shtio)电压电压VIO、失调、失调(shtio)电流电流IIO和偏置电流和偏置电流IIB带来的误差带来的误差 输输入入(shr)为为零零时时的的等等效效电电路路第47页/共56页第四十八页，共56页。解解得得误误差差(wch)电电压压当当 时时，可以可以消除偏置电流消除偏置电流 引起的引起的误差，此时误差，此时当当电电路路为为积积分分(jfn)运运算算时，时，即即 换成电容换成电容C，则，则时间越长，误差越大，且易使输出时间越长，误差越大，且易使输出(shch)进入饱和状态。进入饱和状态。引起的误差
22、仍存在引起的误差仍存在第48页/共56页第四十九页，共56页。3.调零补偿调零补偿(bchng)（a a）调零电路）调零电路 （b b）反相端加入补偿电路）反相端加入补偿电路第49页/共56页第五十页，共56页。电电子子电电路路设设计计软软件件有有很很多多，它它们们各各有有特特色色。如如P PS SP PI IC CE E 、E EW WB B、M Mu ul lt ti is si im m 、P Pr ro ot te el lS SE E和和T Ta an ng go o，P Pr ro ot te el lS SE E和和T Ta an ng go o对对单单层层/双双层层电电路路板板
23、的的原原理理图图及及P PC CB B图图的的开开发发设设计计很很适适合合，而而对对于于布布线线复复杂杂，元元件件较较多多的的四四层层及及六六层层板板来来说说O OR RC CA AD D更更有有优优势势。但但在在电电路路系系统统仿仿真真方方面面，P PS SP PI IC CE E可可以以说说独独具具特特色色，是是其其他他软软件件无无法法比比拟拟的的，它它是是一一个个(y y )多多功功能能的的电电路路模模拟拟试试验验平平台台，M Mu ul lt ti is si im m提提炼炼了了S SP PI IC CE E仿仿真真的的复复杂杂内内容容，这这样样技技术术人人员员无无需需懂懂得得深深入
24、入的的S SP PI IC CE E技技术术就就可可以以很很快快地地进进 行行 捕捕 获获、仿仿 真真 和和 分分 析析 电电 子子 电电 路路 的的 设设 计计第50页/共56页第五十一页，共56页。EWBEWB是一种电子电路计算机仿真软件，被称为电子设计是一种电子电路计算机仿真软件，被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为Electronics Electronics WorkbenchWorkbench。EWBEWB是加拿大是加拿大Interactive Image Interactive Image TechnologiesTechnolo
25、gies（简称（简称IITIIT）公司于）公司于19881988年开发的，年开发的，EWBEWB以以SPICE3F5SPICE3F5为软件核心，增强了其在数字及模拟混合信号为软件核心，增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能。在众多的电路仿真软件中，方面的仿真功能。在众多的电路仿真软件中，EWBEWB是最是最容易上手的，它的工作界面容易上手的，它的工作界面(jimin)(jimin)非常直观，原理非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加图和各种工具都在同一个窗口内，未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件学习就可以很熟练地使用该软件 第51页/共56页第五十二页，
26、共56页。MultisimMultisim也是也是IITIIT公司的产品，推出的以公司的产品，推出的以WindowsWindows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。析能力。MultisimMultisim交互式地搭建电路原理图，并交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。通过对电路进行仿真。通过MultisimMultisim和虚拟仪器技术，和虚拟仪器技术，工作者可
27、以完成从理论到原理图捕获与仿真再到工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合原型设计和测试这样一个完整的综合(zngh)(zngh)设设计流程。计流程。第52页/共56页第五十三页，共56页。MultisimMultisim发展简介发展简介(jin ji)(jin ji)加拿大加拿大EWB EWB（Electrical WorkbenchElectrical Workbench）EWB4.0EWB4.0EWB5.0EWB5.0EWB6.0EWB6.0Multisim2001Multisim2001Multisim 7Multisim 7Multisim 8Mul
28、tisim 8Multisim 9Multisim 9Multisim 10Multisim 10目前在各高校教学中普遍使目前在各高校教学中普遍使Multisim2001Multisim2001，网上最为普遍的是网上最为普遍的是Multisim 9Multisim 9第53页/共56页第五十四页，共56页。Multisim 9Multisim 9特点：特点：（1 1）可以）可以(ky)(ky)根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器；（2 2）所有的虚拟信号都可以）所有的虚拟信号都可以(ky)(ky)通过计算机输出到实际的硬件电路通过计算机输出到实际的硬件
29、电路上上;(3)(3)所有硬件电路产生的结果都可以所有硬件电路产生的结果都可以(ky)(ky)输回到计算机中进行处理和输回到计算机中进行处理和分析。分析。Multisim 9Multisim 9组成：组成：1 1 构建仿真电路构建仿真电路2 2 仿真电路环境仿真电路环境3 3 multi mcu-multi mcu-单片机仿真单片机仿真4 4 FPGA FPGA、PLDPLD，CPLDCPLD等仿真等仿真5 5 FPGA FPGA、PLDPLD，CPLDCPLD等仿真等仿真6 6 通信系统分析与设计的模块通信系统分析与设计的模块 7 7 PCB PCB设计模块：直观、层板设计模块：直观、层板3232层、快速自动布线、强制层、快速自动布线、强制向量和密度直方图向量和密度直方图8 8 （自动布线模块）（自动布线模块）第54页/共56页第五十五页，共56页。P316 6.2.1P316 6.2.1P321 6.5.1Homework of this chapter第55页/共56页第五十六页，共56页。