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1、会计学1模拟模拟(mn)集成电路集成电路32第一页，共75页。电流(dinli)源电路1.镜像电流(dinli)源T1、T2的参数(cnsh)全同 即12，ICEO1ICEO2 当较大时，IB可忽略 IoIC2IREF 动态电阻 一般ro在几百千欧以上第1页/共75页第二页，共75页。2.微电流(dinli)源由于很小，所以(suy)IC2也很小。rorce2（1 ）（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ）第2页/共75页第三页，共75页。4.组合(zh)电流源T1、R1 和T4支路(zh l)产生基准电流IREFT1和T2、T4和T5构成(guchng)镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了
2、微电流源第3页/共75页第四页，共75页。电流(dinli)源1.MOSFET镜像电流(dinli)源当器件(qjin)具有不同的宽长比时（=0）ro=rds2 MOSFET基本镜像电路流 第4页/共75页第五页，共75页。电流(dinli)源1.MOSFET镜像电流(dinli)源 用T3代替R，T1T3特性相同，且工作在放大区，当=0时，输出(shch)电流为 常用的镜像电流源 相当于RD电阻第5页/共75页第六页，共75页。电流(dinli)源2.MOSFET多路电流(dinli)源第6页/共75页第七页，共75页。电流(dinli)源3.JFET电流(dinli)源end(a)电路(d
3、inl)(b)输出特性 第7页/共75页第八页，共75页。6.2 差分(ch fn)式放大电路差分(ch fn)式放大电路的一般结构射极耦合差分式放大(fngd)电路源极耦合差分式放大电路第8页/共75页第九页，共75页。10问题(wnt)1增加增加R2、RE2:用于设置用于设置(shzh)合合适的适的Q点。点。前后前后(qinhu)级级Q点相互影响点相互影响uiRC1R1T1R2+UCCuoRC2T2RE21.引入原因：直接耦合电路的特殊问题解决办法解决办法差分式放大电路的一般结构第9页/共75页第十页，共75页。11指输入信号(xnho)电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。
4、uotO产生的原因：晶体管参数随温度产生的原因：晶体管参数随温度(wnd)(wnd)变变化、电源电压波动、电路元件参数的变化。化、电源电压波动、电路元件参数的变化。危害：危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重严重(ynzhng)(ynzhng)时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。有效信号电压还是漂移电压。零点漂移零点漂移问题 2解决办法解决办法输入级采用差动放大电路输入级采用差动放大电路第10页/共75页第十一页，共75页。12例 如(lr)若第一级漂了100 uV，则输出
5、(shch)漂移 1 V。若第二级也漂了100 uV，则输出(shch)漂移 10 mV。假设F 第一级是关键3.减小零漂的措施减小零漂的措施F 用非线性元件进行温度补偿F 采用差分式放大电路漂了 100 uV漂移 10 mV+100 uV漂移 1 V+10 mV漂移 1 V+10 mV第11页/共75页第十二页，共75页。13 由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。适合于集成化的要求，在集成运放(yn fn)的内部，级间都是直接耦合。通频带通频带f|Au|0.707|Auo|OfH|Auo|幅频特性幅频特性 抑制(yzh)零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题
6、。第12页/共75页第十三页，共75页。基本差分基本差分(ch fn)(ch fn)放大电路原放大电路原理图理图+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2两个(lin)输入、两个(lin)输出两管静态(jngti)工作点相同1.1.电路结构特点电路结构特点电路结构特点电路结构特点2.用三端器件组成的差分式放大电路T1、T2：对管（同型号、同参数），结构对称。第13页/共75页第十四页，共75页。uo=VC1 VC2 =0uo=(VC1+VC1 )(VC2+VC2)=0静态(jngti)时，ui1=ui2 =0当温度(wnd)升高时ICVC （两管变化量相等）对称差动放大
7、对称差动放大(fngd)(fngd)电路对两管所产生的同向漂移电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T22.2.抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理第14页/共75页第十五页，共75页。+UCCCCuoui1RCRPT1RSRCui2RERS+T2 2UEE+RERE的作用的作用(zuyng)(zuyng)：稳定静态工作点，限制每个管子的漂：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。移。UEE：用于补偿RE上的压降，以获得(hud)合适的工作点。典型差分放大典型差分放大(fngd)(fn
8、gd)电路电路第15页/共75页第十六页，共75页。恒流源式差动放大恒流源式差动放大恒流源式差动放大恒流源式差动放大(fngd)(fngd)电路电路电路电路T1、T2：对管（同型号、同参数），结构(jigu)对称。两组电源两组电源(dinyun)(dinyun)供电：供电：+VCC+VCC、VEE VEE第16页/共75页第十七页，共75页。3.3.三类三类三类三类(sn li)(sn li)输入信号输入信号输入信号输入信号 两管集电极电位呈等量同向变化两管集电极电位呈等量同向变化(binhu)(binhu)，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。
9、力。(1)(1)共模共模(n m)(n m)信号信号 ui1=ui2 ui1=ui2大小相等、极性相大小相等、极性相同同 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。对零点漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+ui1ui2+T2+共模信号 需要抑制第17页/共75页第十八页，共75页。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2两管集电极电位两管集电极电位(din wi)(din wi)一减一增，呈等量异向一减一增，呈等量异向变化，变化，(2)(2)差模信号差模信号 ui1=ui2 ui
10、1=ui2大小大小(dxio)(dxio)相等、极性相等、极性相反相反u uo o=(=(V VC1C1 V VC1C1 )(V VC2 C2+V VC C )=)=2 2 V VC1 C1 即对差模信号即对差模信号(xnho)(xnho)有放大能力。有放大能力。+差模信号 是有用信号第18页/共75页第十九页，共75页。差模信号差模信号(xnho)共模共模(n m)信号信号+VCCT1ui1ui2RCRCuO1uO2uO VEEIOT2+-+-(3)任意(rny)输入 u ui1 i1、u ui2 i2 大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。例1:ui1=10 mV,ui2=6 mV ui
11、2=8 mV 2 mV ui1=8 mV +2 mV例2:ui1=20 mV,ui2=16 mV ui1=18 mV +2 mV ui2=18 mV 2 mV 这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。放大器只放大两个输入信号的差值信 号差分放大电路。第19页/共75页第二十页，共75页。21差模信号差模信号(xnho)共模共模(n m)信号信号+VCCT1ui1ui2RCRCuO1uO2uO VEEIOT2+-+-定义(dngy)一:定义二:(3)任意输入第20页/共75页第二十一页，共75页。22例例:ui1=20 mV,ui2=16 mV ui1=18 mV +2 mV u
12、i2=18 mV 2 mV ui1=18 mV +2 mV ui2=18 mV 2 mV 定义(dngy)一:定义(dngy)二:第21页/共75页第二十二页，共75页。23射极耦合差分(ch fn)式放大电路4 4、输入输出方式、输入输出方式(fngsh)(fngsh)+VCCT1T2ui1ui2RCRCuO1uO2uO VEEIO+-+-+-uid+VCCT1T2ui1ui2RCRCuO1uO2uO VEEIO+-+-+-uid-+VCCT1T2RCRCuO1uO2uO VEEIO+-uid单单端端输输入入(s sh h r r)双双端端输输出出双双端端输输入入双双端端输输出出双双端端输输
13、入入单单端端输输出出+VCCT1T2RCRCuO1uO2uO VEEIO+-uid单单端端输输入入双双端端输输出出第22页/共75页第二十三页，共75页。241 1、静态、静态(jngti)(jngti)分分析：析：ui1=ui2=0时静态静态(jngti)(vi1=0,vi2=0)+VCCT1T2ui1ui2RCRCuO1uO2uO VEEIO射极耦合差分(ch fn)式放大电路第23页/共75页第二十四页，共75页。+UCCCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+T22UEE+静态(jngti)时，ui1=ui2 =0结论：典型(dinxng)差动放大电路的静态工作点由负电源提供
14、。静态(jngti)估算第24页/共75页第二十五页，共75页。26RL+VCCT1T2ui1ui2RCRCuo1uo2uo VEEIO2 2、动态分析：、动态分析：、动态分析：、动态分析：第25页/共75页第二十六页，共75页。27对对Ad而言，双端输入与单而言，双端输入与单端输入效果端输入效果(xiogu)是一是一样的。样的。双端输入(shr)：ui1=0+0.5udui2=0-0.5ud单端输入：ui1=0.5ud+0.5ud，ui2=0.5ud-0.5ud 分析结果表明：动态指标分析结果表明：动态指标(zhbio)仅与输出仅与输出方式有关方式有关+VCCT1T2ui1ui2RCRCuO
15、1uO2uO VEEIO第26页/共75页第二十七页，共75页。(4-28)共模抑制共模抑制(yzh)比比(CMRR)的定义的定义例例:Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1=66 dBCMRR Common Mode Rejection Ratio KCMRR=KCMRR(dB)=(分贝分贝(fnbi)第27页/共75页第二十八页，共75页。29加差模信号加差模信号(xnho)：ui1=-ui2 uo1ui1RCT1RB1RL/2+RL+VCCT1T2ui1ui2RCRCuo1uo2uo VEEIO1）双端输出(shch)2 2、动态分析：、动态分析：第2
16、8页/共75页第二十九页，共75页。302）单端输出(shch)uo1ui1RCT1RB1RL+2ro+VCCT1T2ui1ui2RCRCuo1uo2uo VEEIORLuo1+第29页/共75页第三十页，共75页。31五五.几种方式指标几种方式指标(zhbio)比较比较输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出第30页/共75页第三十一页，共75页。32五五.几种方式指标几种方式指标(zhbio)比较比较输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出ui1=0+0.5ud ,ui2=0-0.5udui1=0.5ud+0.5udui2=0.5ud-0.5ud 第31页/共75页第三十二
17、页，共75页。33五五.几种方式几种方式(fngsh)指标比较指标比较输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出第32页/共75页第三十三页，共75页。341.恒流源相当于阻值恒流源相当于阻值(z zh)很大的电阻。很大的电阻。2.恒流源不影响差模放大恒流源不影响差模放大(fngd)倍数。倍数。3.恒流源影响共模放大恒流源影响共模放大(fngd)倍数，使共倍数，使共模放大模放大(fngd)倍数减小，从而增加共模倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。恒流源的作用恒流源的作用第
18、33页/共75页第三十四页，共75页。35 这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度(wnd)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。温度变化(binhu)和电源电压波动IC1，IC2变化趋势相同(xin tn)相当于在两个输入端加入了共模信号。效果+VCCT1T2ui1ui2RCRCuO1uO2uO VEEIO差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用第34页/共75页第三十五页，共75页。例(4)当输出接一个12k负载时的差模电压(diny)增益.解：求:(1)静态(jngti)长尾式差动放大(fngd)电路（VQ=-0V）第35页/共75页第三十六页，共75页。(2
19、)电压(diny)增益VE2Q=-0.7VVQ=-0V第36页/共75页第三十七页，共75页。(3)差分电路(dinl)的共模增益共模输入(shr)电压不计共模(n m)输出电压时uiduic(较小,why?)第37页/共75页第三十八页，共75页。(4)归纳：1)差动放大(fngd)电路的分析计算的内容；2)在分析时，重点注意基本概念，如共模、差模，单出、双出等;3)理解计算结果；第38页/共75页第三十九页，共75页。4.带有源负载(fzi)的射极耦合差分式放大电路静态(jngti)IE6 IREFIO IE5RE第39页/共75页第四十页，共75页。4.带有源负载的射极耦合差分式放大(f
20、ngd)电路差模电压(diny)增益（负载开路）则 单端输出的电压增益(zngy)接近于双端输出的电压增益(zngy)PNP管作有源负载第40页/共75页第四十一页，共75页。4.带有源负载的射极耦合差分式放大(fngd)电路差模输入电阻 Rid2rbe（不够(bgu)大）输出电阻第41页/共75页第四十二页，共75页。4.带有源负载(fzi)的射极耦合差分式放大电路共模(n m)输入电阻 Ric rbe2(1)ro5/2（教材(jioci)错，请更正）第42页/共75页第四十三页，共75页。源极耦合差分(ch fn)式放大电路1.CMOS差分(ch fn)式放大电路第43页/共75页第四十四
21、页，共75页。源极耦合差分(ch fn)式放大电路1.CMOS差分式放大(fngd)电路双端输出差模电压(diny)增益而:所以：交流回路交流回路第44页/共75页第四十五页，共75页。源极耦合差分(ch fn)式放大电路1.CMOS差分(ch fn)式放大电路单端输出差模电压(diny)增益vo2(id4-id2)(ro2/ro4)gm vid（ro2/ro4）(ro2/ro4)gm(ro2/ro4)与双端输出相同end第45页/共75页第四十六页，共75页。6.3 差分式放大电路(dinl)的传输特性根据根据iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vi
22、d/2 又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得传输(chun sh)特性曲线 vO1，vO2f（vid）第46页/共75页第四十七页，共75页。vO1，vO2f（vid）的传输特性(txng)曲线end第47页/共75页第四十八页，共75页。6.4 集成电路(jchng-dinl)运算放大器集成电路(jchng-dinl)运算放大器CMOS MC14573 集成(j chn)运算放大器741第48页/共75页第四十九页，共75页。集成电路(jchng-dinl)运算放大器1.电路结构和工作(gngzu)原理第49页/共75页第五十页，共75页。2.电路(dinl)技术指标的
23、分析计算(1)直 流 分 析(fnx)已知VT 和KP5，可求出IREF 根据各管子(gun zi)的宽长比，可求出其它支路电流。第50页/共75页第五十一页，共75页。(2)小信号(xnho)分析设 gm1=gm2=gm 则2.电路(dinl)技术指标的分析计算输入级电压增益 第51页/共75页第五十二页，共75页。(2)小信号(xnho)分析2.电路(dinl)技术指标的分析计算总电压增益 Av=Av1Av2 Av2=vo/v gs7 =gm7(rds7/rds8)第二级电压增益 将参数代入计算得 Av=40884.8（92.2 dB）第52页/共75页第五十三页，共75页。集成(j ch
24、n)运算放大器741原理(yunl)电路 第53页/共75页第五十四页，共75页。集成(j chn)运算放大器741简化(jinhu)电路end甲乙类互补(hb)对称功放第54页/共75页第五十五页，共75页。6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路(dinl)的影响实际集成(j chn)运放的主要参数集成运放应用(yngyng)中的实际问题第55页/共75页第五十六页，共75页。实际(shj)集成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（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
25、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均值 IIB（IBNIBP）/2 BJT为10 nA1A；MOSFET运放IIB在pA数量级。第56页/共75页第五十七页，共75页。实际(shj)集成运放的主要参数输入(shr)直流误差特性（输入(shr)失调特性）3.输入失调输入失调(shtio)电电流流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
26、约为1 nA0.1A。4.温度漂移温度漂移（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57页/共75页第五十八页，共75页。实际(shj)集成运放的主要参数差模特性1.开环差模电压增益开环差模电压增益(zngy)Avo和带宽和带宽BW 开环差模电压开环差模电压(diny)增益增益AvO开环带宽开环带宽BW(fH)单位增益带宽单位增益带宽 BWG(fT)741型运放AvO的频率响应 第58页/共75页第五十九页，共75页。实际(shj)集成运放的主要参数差模特性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(s
27、hr)级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入(shr)级的运放rid1012超高输入(shr)电阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的ro200，而超高速AD9610的ro0.05。3.最大差模输入最大差模输入(shr)电压电压Vidmax第59页/共75页第六十页，共75页。实际集成(j chn)运放的主要参数共模特性1.共模共模(n m)抑制比抑制比KCMR和共模和共模(n m)输入电阻输入电阻ric 一般(ybn)通用型运放KCMR为（80120）dB，高精度运放可达140dB，ric100M。2.最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 一般指运放在作
28、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。第60页/共75页第六十一页，共75页。实际集成(j chn)运放的主要参数大信号(xnho)动态特性1.转换转换(zhunhun)速率速率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第61页/共75页第六十二页，共75页。实际(shj)集成运放的主要参数大信号(xnho)动态特性2.全功率全功率(gngl)带宽带宽BWP（不要求）（不要求）指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和
29、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SR3500V/s。第62页/共75页第六十三页，共75页。电源(dinyun)特性1.电源电压抑制电源电压抑制(yzh)比比KSVR（不要求）（不要求）衡量(hng ling)电源电压波动对输出电压的影响 2.静态功耗静态功耗PV（不要求不要求）实际集成运放的主要参数参看p291表典型集成运算放大器参数第63页/共75页第六十四页，共75页。1.1.集成集成(j chn)(j chn)运放的选用运放的选用 根据技术要求(yoq
30、i)应首选通用型运放，当通用型运放难以满足要求(yoqi)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。集成运放应用(yngyng)中的实际问题第64页/共75页第六十五页，共75页。2.失调电压失调电压VIO、失调电流、失调电流IIO和偏置和偏置(pin zh)电流电流IIB带来的误差带来的误差 集成运放应用中的实际(shj)问题输入(shr)为零时的等效电路第65页/共75页第六十六页，共75页。解得误差(wch)电
31、压当 时，可以消除偏置电流 引起的误差，此时当电路(dinl)为积分运算时，即 换成电容C，则时间越长，误差(wch)越大，且易使输出进入饱和状态。引起的误差仍存在第66页/共75页第六十七页，共75页。end3.调零补偿调零补偿(bchng)集成运放(yn fn)应用中的实际问题（a）调零电路 （b）反相端加入补偿电路第67页/共75页第六十八页，共75页。6.6 变跨导式模拟(mn)乘法器 变跨导式模拟乘法器的工作(gngzu)原理 uYiEEgmuO1A的作用：（1）双端输入(shr)uO1转换为单端输出uO，（2）同时又有抑制共模信号的作用。69 其中其中K为比例因子为比例因子，量纲:
32、V-1uuuoXY第68页/共75页第六十九页，共75页。70由图可得：由图可得：而而由图可知由图可知(k zh)故故T3、T4是压控镜像电流是压控镜像电流(dinli)源，源，则则输出输出(shch)电电压压第69页/共75页第七十页，共75页。（1）电电路路精精度度(jn d)较较差差，特特别别是是uY幅值较小时误差很大。幅值较小时误差很大。（2）uY必必须须为为正正值值。虽虽然然uX可可正正、可可负负，但但电电路路只只能能作作为为二二象象限乘法器。限乘法器。第70页/共75页第七十一页，共75页。72 1.1.1.1.乘法乘法乘法乘法(chngf)(chngf)(chngf)(chngf
33、)运运运运算算算算立方运算立方运算(yn sun)电路电路 2.2.平方和立方平方和立方(lfng)(lfng)运运算算平方运算电路uo=KuXuYuo=K(ui)2uo=K2(ui)3 模拟乘法器的应用 第71页/共75页第七十二页，共75页。733.3.3.3.除法运算除法运算除法运算除法运算(yn sun)(yn sun)(yn sun)(yn sun)电路电路电路电路根据根据根据根据(gnj(gnj)虚断虚断虚断虚断如果如果(rgu)令令K=R2/R1则则:注意：为保证电路为负反馈，必须有：第72页/共75页第七十三页，共75页。744.4.4.4.开平方运算开平方运算开平方运算开平方
34、运算(yn sun)(yn sun)(yn sun)(yn sun)电电电电路路路路)(1i12OuRRKu-=ui为负值为负值(f zh)！负反馈条件(tiojin)？第73页/共75页第七十四页，共75页。75差动放大器小结(xioji)：主要功能主要功能(gngnng)：抑：抑制零漂制零漂四种四种(s zhn)类型：类型：双端输入、双端输出（双双）双端输入、单端输出（双单）单端输入、双端输出（单双）单端输入、单端输出（单单）差放的增益与输入方式无关，差放的增益与输入方式无关，与输出方式有关。与输出方式有关。三种输入方式：三种输入方式：差模、共模、任意差模、共模、任意三种电路：三种电路：基本、典型、恒流源基本、典型、恒流源第74页/共75页第七十五页，共75页。