理学集成运算放大器电路.pptx
集集成成运运放放电电路路形形式式多多样样，各各具具特特色色。但但从从电电路路的的组组成成结结构构看看，一一般般是由是由输入级、中间放大级、输出级和电流源输入级、中间放大级、输出级和电流源四部分组成，组成框图如下：四部分组成，组成框图如下：第1页/共103页6.2 电流源电路电流源电路 电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作用电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作用:1.1.为各级电路提供稳定的直流偏置电流，为各级电路提供稳定的直流偏置电流，2.2.可作为有源负载，提高单级放大器的增益。可作为有源负载，提高单级放大器的增益。下下面面我我们们从从晶晶体体管管实实现现恒恒流流的的原原理理入入手手，介介绍绍集集成成运运放放中中常常用用的的电流源电路。电流源电路。第2页/共103页 基极电流为IB的一条输出特性曲线如图所示。一、单管电流源电路 可见，当IB一定时，只要晶体管工作在放大区，IC就基本恒定。因此，从集电极看进去相当于一个电流源，其内阻为rce。第3页/共103页ICRo 为了使IC更加稳定，采用分压式偏置电路(即引入电流负反馈)，便得到图所示的单管电流源电路。等效电流的动态内阻Ro 近似为式中，RB=R1R2。需要强调，集电极端要实现恒流，必须保证恒流管始终工作在放大状态，否则将失去恒流作用。这一点对所有晶体管电流源都适用。R1R2ICR3UEEUCUB第4页/共103页 二、镜像电流源二、镜像电流源 用用一一个个与与输输出出管管完完全全相相同同的的晶晶体体管管V1，将将集集电电极极和和基基极极短短接接在在一一起起来来代替电阻代替电阻R2和和R3，便得到下图所示的镜像电流源电路。，便得到下图所示的镜像电流源电路。两者关系好比物与镜中的物像一样。第5页/共103页将上述原理推广，可得多路镜像电流源，如图所示。将上述原理推广，可得多路镜像电流源，如图所示。可见，各路电流更接近Ir，并且受的温度影响也小。加了V5管后第6页/共103页 在集成电路中，多路镜像电流源是由多集电极晶体管实现的，图示电路就是一个例子。第7页/共103页 三、比例电流源三、比例电流源 如如果果希希望望电电流流源源的的电电流流与与参参考考电电流流成成某某一一比比例例关关系系，可可采采用用图图示示的的比比例例电流源电路。由图可知电流源电路。由图可知当两管的射极电流相差不大时：若1，则IE1Ir，IE2IC2，IE1 R1IE2R2可得第8页/共103页 四、微电流电流源四、微电流电流源 在在集集成成电电路路中中，有有时时需需要要微微安安级级的的小小电电流流。如如果果采采用用镜镜像像电电流流源源，Rr势势必必过过大大。这这时时可可令令比比例例电电流流源源电电路路中中的的R1=0，便便得得到到图图示示的的微微电电流流电电流源电路流源电路。R1=0第9页/共103页当11时，IE1Ir，IE2IC2，由此可得第10页/共103页 上上式式表表明明，当当Ir和和所所需需要要的的小小电电流流一一定定时时，可可计计 算算 出出 所所 需需 的的 电电 阻阻R2。如如 已已 知知Ir=1mA，要要 求求IC2=10A时，则时，则R2为为 如果UCC=15V，要使Ir=1mA，则Rr15k。由此可见，要得到10A的电流，在UCC=15V时，采用微电流电流源电路，所需的总电阻不超过27k。如果采用镜像电流源，则电阻Rr要大到1.5M。第11页/共103页 五、负反馈型电流源五、负反馈型电流源 以以上上介介绍绍的的几几种种电电流流源源，虽虽然然电电路路简简单单，但但有有两两个个共共同同的的缺缺点点：一一是是动动态态内内阻阻不不够够大大，二二是是受受变变化化的的影影响响较较大大。解解决决方方法法：引引入入电电流流负负反反馈馈，如如图图示示威尔逊电流源威尔逊电流源。输出电流的自动调整过程如下第12页/共103页 若1=2=3=，可求得 利用交流等效电路，可求出动态内阻第13页/共103页 下图给出了另一种反馈型电流源电路。它由两个镜像电流源串接在一起组成，故称串接电流源。第14页/共103页六、有源负载放大器 Ro=rce 为了提高单级放大器的电压增益，集成运放中多以电流源作其有源负载。原理如下：第15页/共103页 典型的有源负载共射放大电路如图所示。图中，V2、V3管构成镜像电流源作V1管的有源负载，即可获得极高的电压增益。IC1IC3=IC2 =IO反相共射放大电路同相共射放大电路第16页/共103页6.3 差动放大电路 零点漂移现象零点漂移现象 差动放大器的工作原理及性能分析耦合元件采用电流源的差动放大电路6.3.5 差动电路及其应用的推广6.3.4 差动放大器的传输特性 本节内容第17页/共103页6.3 差动放大电路差动放大电路 零点漂移现象零点漂移现象 等效输入漂移电压 显然，UiP 越小，放大器抑制零点漂移的性能越好。如何克服零点漂移？由于电路结构上的特点，差动电路能有效地克服零点漂移。.在多级电路中，重点在于减小输入级的零点漂移。.减小输入级漂移的关键在于减小等效输入漂移电压。第18页/共103页 抵消零点漂移的基本思想：差动放大器的电路构成原理第19页/共103页 差动放大器的工作原理及性能分析差动放大器的工作原理及性能分析 基基本本差差动动放放大大器器如如图图所所示示。它它由由两两个个完完全全相相同同的的共共射射放放大大电电路路通通过过射射极极连连接组成，接组成，并经公并经公共电阻共电阻RE将它们耦将它们耦 合在一合在一起，所以也称为起，所以也称为 射极耦合差动放大器射极耦合差动放大器单端输出：UO1或UO2到地输出 差动电路有两个基极输入 端和两个集电极输出端：双端输出：UO=UO1-UO2 输出第20页/共103页 差动电路的静态工作点分析差动电路的静态工作点分析 为为了了使使放放大大器器输输入入端端的的直直流流电电位位为为零零，通通常常都都采采用用正正、负负两两路路电电源源供供电电。由于由于V1、V2管参数相同，电路结构对称，所以两管工作点必然相同。管参数相同，电路结构对称，所以两管工作点必然相同。第21页/共103页对差对差模信号，电阻模信号，电阻RE相当对地短路（即射极为虚地）。相当对地短路（即射极为虚地）。一、差模放大特性 输入差模信号:一对大小相等、相位相反的信号，称为差模信号。即Ui1=Uid1，Ui2=Uid2，而Uid1=-Uid2。差模地电位差模等效通路 IE1=IE2 负载电阻RL的中点相当差模地电位。第22页/共103页差模输入电压Uid=Ui1Ui2 =Uid1Uid2 当输入为差模正弦信号时，输入与输出端波形的相位关系，如图所示。当输入为差模正弦信号时，输入与输出端波形的相位关系，如图所示。Uid下面利用等效通路计算差动放大器的各项差模指标。第23页/共103页差动放大器的工作原理及及性能分析一、差模放大特性差模等效通路 输入差模信号:Ui1=Uid1，Ui2=Uid2，而Uid1=-Uid2。第24页/共103页Uid 1.差模电压放大倍数差模电压放大倍数 差模电压放大倍数定义为输出电压与输入差模电压之比。差模电压放大倍数定义为输出电压与输入差模电压之比。212122odododododUUUUU-=-=输入差模电压为 212122idididididUUUUU-=-=可见，双端输出时的差模电压放大倍数等于单边共射放大器的电压放大倍数。在双端输出时，输出电压为 Uid1=-Uid2。第25页/共103页 可可见见，这这时时的的差差模模电电压压放放大大倍倍数数为为双双端端输输出出时时的的一一半半，且且两两输输出出端端信信号的相位相反。号的相位相反。单端输出时，则 或 需要指出，若单端输出时的负载RL接在一个输出端到地之间，则计算Aud时，总负载应改为RL=RCRL。Uid第26页/共103页 2.差模输入电阻差模输入电阻 差模输入电阻定义为差模输入电压与差模输入电流之比。由图可得差模输入电阻定义为差模输入电压与差模输入电流之比。由图可得 3.差模输出电阻 双端输出时为单端输出时为 Rod(单)=RCUid第27页/共103页 二、共模抑制特性 共模信号：一对大小相等、相位相同的输入信号，称为共模信号，即Ui1=Ui2=Uic。可见:对共模输入信号，相当每管射极各接有2RE的电阻。共模等效通路 IE1=IE2第28页/共103页 1.共模电压放大倍数 双端输出时的共模电压放大倍数定义为 当电路完全对称时，Uoc1=Uoc2 Auc=0 单端输出时共模电压放大倍数 可见，由于射极电阻2RE的负反馈作用，差放对共模信号不是放大而是抑制。共模负反馈电阻RE越大，则抑制作用越强。第29页/共103页 在差动电路中，因温度变化、电源波动等引起的两差放管等效输入漂移电压，相当一对共模电压，由于RE的负反馈作用，使得每管的输出漂移大为减小。如果双端输出，则被完全抵消。这正是差动电路能有效克服零点漂移的根本原因。第30页/共103页 2.共模输入电阻共模输入电阻 由图不难看出，共模输入电阻为由图不难看出，共模输入电阻为 3.共模输出电阻单端输出时为 第31页/共103页 三、共模抑制比三、共模抑制比KCMR 为为了了衡衡量量差差动动放放大大电电路路对对差差模模信信号号的的放放大大和和对对共共模模信信号号的的抑抑制制能能力力，我我们们引引入入参参数数共共模模抑抑制制比比KCMR。它它定定义义为为差差模模放放大大倍倍数数与与共共模模放放大大倍倍数数之之比比的绝对值的绝对值，即，即KCMR也常用dB数表示，并定义为 第32页/共103页 KCMR实质上是反映实际差动电路的对称性实质上是反映实际差动电路的对称性。在在双双端端输输出出理理想想对对称称的的情情况况下下，因因Auc=0，所所以以KCMR趋趋于于无无穷穷大大。但但实实际的差动电路不可能完全对称，因此际的差动电路不可能完全对称，因此KCMR 为一有限值。为一有限值。在单端输出时的不对称情况下，KCMR 必然减小。由其增益式可求得第33页/共103页 四、对任意输入信号的放大特性 如果在差动放大器的两个输入端分别加上任意信号Ui1和Ui2，它们可以分别表示为相当输入了一对共模信号和一对差模信号 差模输入电压为第34页/共103页双端输出时，因为Auc=0，所以单端输出时，只要共模抑制比足够高，则 由此可见，在任意输入信号下，差动放大器将和信号的一半作为共模分量加以抑制，而将差信号作为差模分量加以放大。当KCMR足够高时，无论双端还是单端输出，差动放大器只放大两输入端的差信号。第35页/共103页电路意义即为一对差模信号第36页/共103页差动放大器的输入方式1.双端输入方式2.单端输入方式无论哪种输入方式，差动放大器只放大两输入端的差信号。第37页/共103页 差动放大器放大性能小结差动放大器放大性能小结第38页/共103页 6.3.3 耦耦合合元元件件采采用用电电流流源源的的差差动动放放大大电路电路如何进一步提高共模抑制比KCMR？用电流源代替RE，可以大大提高共模抑制比！第39页/共103页 一种用单管电流源代替RE的差动放大电路如图所示。简化电路第40页/共103页 采用恒流源后的差动放大器，其差模指标没有发生变化。此时的共模采用恒流源后的差动放大器，其差模指标没有发生变化。此时的共模电压放大倍数，无论双端输出还是单端输出都近似为零，因而共模抑制比趋电压放大倍数，无论双端输出还是单端输出都近似为零，因而共模抑制比趋于无穷大。于无穷大。此外，由于电流源的输出端电位允许在很大范围内变化，因此扩大了差动放大器的共模输入电压范围。对于图示电路且 否则，差放管V1、V2或恒流管V3将进入饱和，使电路不能正常工作。第41页/共103页 差动放大器的传输特性差动放大器的传输特性由图可知 而 在图示电路中，设恒流源电流 I 小于差放管的集电极临界饱和电流，即I 4UT(即超过100mV)时，传输特性趋于水平，这表明差动电路在大信号输入时，具有良好的限幅特性或电流开关特性。此时，一管截止，恒流源电流全部流入另一管（但不饱和）。iC2=0 iC1=I iC1=0 iC2=I第53页/共103页限幅特性应用举例限幅特性应用举例第54页/共103页可见，将输入正弦波变换为近似方波。第55页/共103页 三、差动放大器的增益与三、差动放大器的增益与I成正比成正比 由由电电流流传传输输特特性性曲曲线线可可知知，小小信信号号(26mV)工工作作时时，在在工工作作点点处处，iC受受uid的的线线性性控控制制，其其控控制制作作用用的的大大小小可可以以用用跨跨导导gm来来衡衡量量。gm定定义义为为工工作作点点处，双端输出电流的变化量处，双端输出电流的变化量iC与输入差模电压变化量与输入差模电压变化量uid之比，即之比，即因为iC=i-i2=2i，所以上式变为式中为Q点处单端输出时的跨导第56页/共103页 gm1反映在传输特性上，是在uid=0处的斜率。在uid=0处，对下式求导即可得可见，gm和Aud均于恒流源电流I成正比。第57页/共103页 一、差动放大器的失调一、差动放大器的失调 理理想想对对称称的的差差动动放放大大器器，当当输输入入信信号号为为零零时时，双双端端输输出出电电压压应应为为零零。但但是是在在实际电路中，由于两晶体管参数和电阻值不可能做到完全对称，因而使得输出不为零。实际电路中，由于两晶体管参数和电阻值不可能做到完全对称，因而使得输出不为零。关于差动放大器的失调及温漂 在零输入时输出电压不为零的现象，称为差动放大器的失调。为了使双端输出电压为零：在输入端所加补偿电压。称为输入失调电压，用UIO表示；所加的补偿电流称为输入失调电流，用IIO表示。第58页/共103页差动放大器的调零电路 射极调零;集电极调零 此时第59页/共103页 差差动动放放大大器器虽虽然然可可以以通通过过调调零零措措施施，在在某某一一时时刻刻补补偿偿失失调调，作作到到零零输输入入时时零零输输出出，但但是是失失调调会会随随温温度度的的改改变变而而发发生生变变化化。对对这这种种随随机机的的变变化化，任任何何调零措施还作不到理想跟踪调整。调零措施还作不到理想跟踪调整。因此，差动放大器仍有零点的温度漂移因此，差动放大器仍有零点的温度漂移(简称温漂简称温漂)现象。现象。二、失调的温度漂移 失调电压的温漂与失调电压本身的大小成正比。失调电流的温漂主要取决于的温度系数和失调电 流本身的大小。可见，为了减小失调的温漂，首先要减小失调本身。第60页/共103页作业：作业：p228 6-4，6-5，6-6，6-10。第61页/共103页 举例差动放大器如图所示。1.若UCC=UEE=12V，R1=6k，R2=2k,R3=6k，RC=6k，RL=6k,=100，r be1=r be2=3k。1.求差放管静态工作点ICQ和UCEQ；2.若ui1=2.01sint V ui2=2sint V，求uo=？R id=?，Rod=?3.若负载接Uo2输出重作上题；4.求共模输入电压范围。=100，r be1=r be2=3k。第62页/共103页2k3k12V6k解 1.2.6k6k12V6k=100，r be1=r be2=3k 第63页/共103页2k3k12V12V6k 3.6k6k6k4.双端输出时单端输出时第64页/共103页 两个性能相同的放大器可以是：CC、CB组态放大器；或CE-CB、CC-CB等组合放大器；或相应的FET放大器。如 一.差动放大器的一般结构 差动电路及其应用推广第65页/共103页(1).只放大两输入端的差信号(ui1-ui2)；作为差动放大器，都具有如下放大特性：(2).抑制两输入端的和信号(ui1ui2)，使耦合端g点电位为即电压放大倍数为单边放大器Au|即负载为RL时单边放大器电压放大倍数Au的一半。g(3).差模输入电阻为单边放大器输入电阻Ri的两倍。即(4).差模输出电阻为第66页/共103页 二.差动电路应用推广的 差动电路除了作为低漂移放大器外，根据其特性，还可以实现很多其他功能。1.分离倒相器 2.自动增益控制放大器第67页/共103页 3.高速电流开关 选择I(t)小于差放管的了临界饱和电流，且满足即 当ui=UiL，V1截止，V2导通，iC1=0，iC2=I(t)当ui=UiH，V1导通，V2截止，iC1=I(t)，iC2=0 由于导通管不饱和，因而导通与截止间转换极快。第68页/共103页 4.波形变换电路 .RW=0，输出近似为方波；.RW较小，输出近似为正弦波；.RW较大，输出仍然为三角波；第69页/共103页 集成运放电路组成框图集成运放电路组成框图第70页/共103页6.4 集成运算放大器的输出级电路集成运算放大器的输出级电路 对对集集成成运运放放输输出出级级的的基基本本要要求求：能能高高效效率率地地向向负负载载提提供供足足够够大大的的信信号号电电压压和和电电流流，且且有有尽尽可可能能小小的的输输出出电电阻阻。为为此此，大大多多采采用用互互补补对对称称型型射射极极输输出出器。器。V1：NPN管V2:PNP管静态时，两管均截止，输入和输出端直流电位为零。一.电路组成第71页/共103页二.基本工作原理UOmax=(UCCUCEsat)IOmax=(UCCUCEsat)/RL第72页/共103页交越失真产生的原因及波形三.克服交越0.7-0.7第73页/共103页克服交越失真的实际的电路克服交越失真的实际的电路第74页/共103页6.5 集成运放电路举例集成运放电路举例 集成运算放大器集成运算放大器F007 双双极极型型集集成成运运放放F007是是一一种种通通用用型型运运算算放放大大器器。由由于于它它性性能能好好，价价格格便便宜宜，所所以以是是目目前前使使用用最最为为普普遍遍的的集集成成运运放放之之一一。F007的的电电路路原原理理图图如如下下图图所所示示。图图中中各各引引出出端端所所标标数数字字为为组组件件的的管管脚脚编编号号。F007由由三三级级放放大大电路和电流源等组成，下面分别作一介绍。电路和电流源等组成，下面分别作一介绍。第75页/共103页集成运算放大器F007原理图第76页/共103页集成运算放大器的电路符号调零端原理图中的简化符号国外（本书）符号国标符号第77页/共103页作业：作业：p228 6-7，6-9，6-10，6-11。第78页/共103页6.6 MOS集成运算放大器集成运算放大器 MOS集成运放主要有集成运放主要有NMOS和和CMOS两种类型。两种类型。NMOS由由单单一一的的N沟沟道道MOS管管组组成成，具具有有制制作作工工艺艺简简单单，集集成成度高的特点。度高的特点。而而CMOS是是在在NMOS工工艺艺中中加加入入P阱阱扩扩散散工工序序，形形成成P型型隔隔离离区区，然然后后以以该该区区为为衬衬底底制制作作N沟沟道道管管。这这样样，电电路路由由互互补补的的NMOS和和PMOS管管组成。制作工艺称为组成。制作工艺称为CMOS工艺。工艺。由由于于CMOS电电路路具具有有高高增增益益、低低功功耗耗、可可消消除除背背栅栅效效应应以以及及电电路路设计灵活简便等优点。因而设计灵活简便等优点。因而CMOS工艺成为当前集成工艺的主流。工艺成为当前集成工艺的主流。下图示出了下图示出了CMOS工艺中互补器件的结构示意图。工艺中互补器件的结构示意图。第79页/共103页接电路的最低电位 接电路的最高电位NMOS管PMOS管第80页/共103页 一一.MOS管镜像电流源管镜像电流源 基基本本MOS镜镜像像电电流流源源如如图图所所示示。V1，V为为两两个个性性能能匹匹配配的的ENMOS管管，Ir为参考电流。若两管工作在恒流区，则有为参考电流。若两管工作在恒流区，则有UDDIrIV1V2忽略沟道长度调制效应，则 若两管宽长比相等，为镜像电流源；若宽长比不等，则为比例电流源。集成运放中的基本单元电路集成运放中的基本单元电路第81页/共103页 实际MOS管镜像电流源 UDD=uDS3+uDS1。uDS3=uGS3，uDS1=uGS1。当选择UDD 2UGSth V1 V2 u均工作在恒流区，则有用V3管实现参考电流Ir。图中若V1和V3管的宽长比为n，则在已知n值时，可解得再根据Ir式，可解得Ir值第82页/共103页 二二.CMOS互补放大器互补放大器 放大管为NMOS，有源负载管为栅压恒定的PMOS管。下面通过图解来确定工作点：由于ID1=ID2，当EG2选定后，uGS2=EG2-UDD，uDS2=uDS1-UDD。此时的输出特性 现将该输出特性曲线的原点设在V1管输出特性曲线的UDD处，则该特性曲线，即为V1管的直流负载线。如图示：第83页/共103页直流负载线uI=UGSQ1+ui 当 uIUGSth1，V1管截止，UDS2=0，ID1=ID2=0，UDS1=UDD。UGS1AuIUGS1B，如AB段,V1和V2管均在恒流区。UGSth1UGS1B，如BC段,V1管在进入变阻区而V2管仍在恒流区。显然，V1和V2管都应工作在恒流区即AB段。且Q点最好设在AB的中点处。第84页/共103页 CMOS互补放大器的交流等效电路及电压增益 可见，CMOS放大器的电压增益随IDQ减小而增大。因此特别适和于小电流下工作。作为低功耗放大器，其Au1000。第85页/共103页 三、三、CMOS管差动放大器管差动放大器 在在MOS集集成成运运放放中中，作作为为输输入入级级的的差差动动放放大大器器，一一般般是是由由两两个个对对称称的的有有源源负载负载MOS放大器经电流源耦合构成。放大器经电流源耦合构成。CMOS差动放大器如下图所示。差动放大器如下图所示。由于电路采用镜像电流为负载，因而从Ud2输出的单端电压增益与双端输出相同。即 可见，当后级接输入电阻极大的MOS管负载时，该级差放具有很高的电压增益。第86页/共103页 四四.CMOS集成运算放大器集成运算放大器5G14573 5G14573是是一一种种通通用用型型CMOS集集成成运运放放，它它包包含含有有四四个个相相同同的的运运放放单单元元。由由于于四四个个运运放放按按相相同同工工艺艺流流程程做做在在一一块块芯芯片片上上，因因而而具具有有良良好好的的匹配及温度一致特性，为多运放应用的场合提供了方便。匹配及温度一致特性，为多运放应用的场合提供了方便。第87页/共103页 输入级是CMOS差动放大器，只是用PMOS管V3，V4组成差放管，而NMOS管V3，V4接成镜像电流源作有源负载。该运放由两级放大器组成。输出级是CMOS共源放大器，V7 NMOS管为放大管，V4 PMOS管为有源负载。第88页/共103页6.7 集成运算放大器的主要性能指标集成运算放大器的主要性能指标 一一.输入失调电压输入失调电压UIO和输入失调电流和输入失调电流IIO 输入失调主要反映运放输入级差动电路的对称性输入失调主要反映运放输入级差动电路的对称性 二.失调的温漂 在规定的工作温度范围内，UIO随温度的平均变化率称为输入失调电压温漂，以dUIO/dT表示。在规定的工作温度范围内，IIO随温度的平均变化率称为输入失调电流温漂，以d IIO/dT表示。第89页/共103页 三三.输入偏置电流输入偏置电流IIB 静态时，输入级两差放管基极电流静态时，输入级两差放管基极电流IB1,IB2的平均值，即的平均值，即四.开环差模电压放大倍数Aud 五.共模抑制比KCMR 六.差模输入电阻Rid 七.共模输入电阻Ric 八.输出电阻Ro 九.输入电压范围第90页/共103页十十.带宽带宽 十一.转换速率转换速率(压摆率压摆率)SR 该指标是反映运放对高速变化的输入信号的响应能力。运放在该指标是反映运放对高速变化的输入信号的响应能力。运放在额定输出电压下，定义为输出电压的最大变化率。即额定输出电压下，定义为输出电压的最大变化率。即十二十二.静态功耗静态功耗Pc 十三十三.电源电压抑制比电源电压抑制比PSRR 第91页/共103页第92页/共103页作业：作业：p228 6-8，6-12，6-13。第93页/共103页 三三.克服交越克服交越 由由于于晶晶体体管管实实际际存存在在导导通通电电压压，硅硅管管约约为为0.7V,因因而而在在正正负负半半周周内内，只只有有当当信信号号的的绝绝对对值值大大于于0.7V时时，管管子子才才导导通通。而而在在0.7-0.7V之之间间，两两管管的的输输出出电电流流近近似似为为零零。因因此此，输输出出波波形形在在两两管管轮轮流流工工作作的的衔衔接接处处呈呈现现出出失失真真，如如图图所所示示。这这种种失失真真通通常常称称为为交交越越失失真真。该该图图是是利利用用两两管管的的合合成成转转移移特性曲线特性曲线(即即iC与与uBE的关系曲线的关系曲线)，形象地来说明交越失真产生的原因。，形象地来说明交越失真产生的原因。第94页/共103页 二、二、MOS管镜像电流源管镜像电流源 基本基本MOS管镜像电流源如图所示。图中管镜像电流源如图所示。图中V1，V 为两个性能匹配的为两个性能匹配的ENMOS管，管，Ir为参考电流。若两为参考电流。若两 管工作在恒流区，则有管工作在恒流区，则有UDDIrIV1V2忽略沟道长度调制效应，则若两管宽长比相等，为镜像电流源；若宽长比不等，则为比例电流源。第95页/共103页 参参照照图图424，V8V13，R4和和R5构构成成电电流流源源组组。其其中中，V11、V5和和V12产产生生整整个个电电路路的的基基准准电电流流。V10和和V11组组成成小小电电流流电电流流源源，作作镜镜像像电电流流源源V8,V9的的参参考考电电流流，并并为为V3,V4提提供供基基极极偏偏流流。V8的的输输出出电电流流为为输输入级提供偏置。入级提供偏置。V12,V13组成镜像电流源，作中间放大级的有源负载。组成镜像电流源，作中间放大级的有源负载。有关有关F007和部分集成运放的性能指标见表和部分集成运放的性能指标见表4-1。第96页/共103页作业：作业：p126 4-9，4-11，4-12，4-14。第97页/共103页 452专用型集成运算放大器简介专用型集成运算放大器简介 由由于于种种种种原原因因，要要想想得得到到各各项项性性能能指指标标都都接接近近理理想想的的集集成成运运放放很很困困难难。目目前前，随随着着集集成成工工艺艺的的改改进进和和某某些些新新工工艺艺的的出出现现，并并采采用用新新颖颖的的电电路路设设计计，可可以以有有针针对对性性地地改改善善集集成成运运放放的的某某些些性性能能，制制造造出出性性能能指指标标有有所所侧侧重重的专用型集成运放。的专用型集成运放。三、高速宽带型集成运放一、高输入电阻型集成运放二、高精度集成运放四、高压型集成运放五、低功耗型集成运放第98页/共103页 6.3.3 耦耦合合元元件件采采用用电电流流源源的的差差动动放放大大电电路路 上述的基本差动放大器，存在两个缺点：上述的基本差动放大器，存在两个缺点：1.共共模模抑抑制制比比做做不不高高。因因为为差差放放管管V1、V2的的rbe与与RE相相关关，即即RE较较大大而忽略而忽略rbb时，时，rbe可近似为可近似为 即与RE成正比。对于单端输出 若UEE=15V，则室温下，KCMR(单)的上限约为300，而与RE的取值无关。故不能单靠增大RE来提高共模抑制比。单第99页/共103页 2.不不允允许许输输入入端端有有较较大大的的共共模模电电压压变变化化。因因为为输输入入共共模模电电压压的的变变化化将将引引起起差差放放管管公公共共射射极极电电位位的的变变化化，进进而而将将影影响响差差放放管管的的静静态态工工作作电电流流，使使rbe改改变变。因因此此，输输入入共共模模电电压压变变化化将将直直接接造造成成差差模模电电压压放放大大倍倍数数的的变变化化，这是我们不希望的。这是我们不希望的。第100页/共103页US改变(如增大)关于MOS管的背栅效应跨导比为常数，一般为0.10.2。为了表达衬底电压对iD的影响，引入背栅跨导第101页/共103页 4-6-1 MOS集成运放中的基本单元电路集成运放中的基本单元电路 在在MOS集集成成运运放放中中，为为了了节节省省芯芯片片面面积积，通通常常用用MOS管管代代替替所所有有电电阻阻。因因此此，MOS放放大大器器均均为为有有源源负负载载放放大大器器。通通常常，根根据据放放大大管管和和负负载载管管所所用用的的管管型型不不同同，有源负载共源放大器有以下三种：有源负载共源放大器有以下三种：1.E/E型放大器型放大器 放大管为放大管为ENMOS，有源负载管为，有源负载管为栅栅、漏漏短接的短接的ENMOS管。管。2.E/D型放大器型放大器 放大管为放大管为ENMOS，有源负载管为，有源负载管为栅栅、源短接的短接的DNMOS管。管。3.CMOS互补放大器互补放大器 放大管为放大管为NMOS，有源负载管为，有源负载管为栅压恒定栅压恒定的的PMOS管。管。第102页/共103页感谢您的观看！第103页/共103页
