电子技术基础模拟部分ch07.pptx

1华中科技大学 张林ch077 模模拟集成集成电路路7.1 模模拟集成集成电路路中的直流偏置技中的直流偏置技术7.2 差分式放大差分式放大电路路*7.3 带有源有源负载的差分式放大的差分式放大电路路7.4 集成集成运算放大器运算放大器电路路简介介7.5 运放主要运放主要参数和相关参数和相关应用用问题2华中科技大学 张林ch077.1.1 MOSFET电流源流源7.1.2 BJT电流源流源7.1 模模拟集成集成电路路中的直流偏置技中的直流偏置技术3华中科技大学 张林ch077.1.1 MOSFET电流源流源1.镜像像电流源流源T1、T2的参数全同的参数全同 只要只要满足足 VGS VTN 必有必有 VDS1 VGS-VTN T1一定工作一定工作在恒流区在恒流区又因又因为 VGS2=VGS1=VGST2漏极接漏极接负载构成回路后，只要构成回路后，只要满足足VDS2 VGS-VTN，就一定工，就一定工作作在恒流区在恒流区，且有，且有4华中科技大学 张林ch077.1.1 MOSFET电流源流源再根据再根据便可求出便可求出IO的的电流流值。IO的的电流流值与与负载无关。无关。负载在在一一定定范范围内内变化化时（保保证VDS2 VGS-VTN），IO的的电流流值将将保保持持不不变，反反映映出出IO的的恒恒流特性流特性。1.镜像像电流源流源5华中科技大学 张林ch077.1.1 MOSFET电流源流源QbiDbvDSbRd2RdVDDVDDvDSiDQIDQVGSQVDSQQaiDavGSavDSaQbiDbvGSbvDSbVDDvDSiDVGSQRdVDDQIDQVDSQQaiDavDSaRd1VDD MOS管分管分别处于放大和恒流于放大和恒流状状态时的的图解解 放大放大时恒流恒流时1.镜像像电流源流源6华中科技大学 张林ch077.1.1 MOSFET电流源流源当器件具有不同的当器件具有不同的宽长比比时（=0）动态电阻阻(交流交流电阻阻)输出特性出特性代表符号代表符号1.镜像像电流源流源7华中科技大学 张林ch077.1.1 MOSFET电流源流源若用若用T3代替代替R，且，且T1T3特性相同特性相同T1T3便可工作便可工作在恒流区在恒流区由于由于所以所以只要只要满足足输出出电流流为 若若T2仅在在宽长比上与比上与T1和和T3不同，不同，则 1.镜像像电流源流源8华中科技大学 张林ch077.1.1 MOSFET电流源流源2.多路多路电流源流源电路路除除宽长比外，比外，T0T3特特性相同，性相同，T4、T5特性特性相同相同需保需保证所有管子工作所有管子工作在在恒流恒流区区9华中科技大学 张林ch077.1.1 MOSFET电流源流源是是电流源流源吗？注意：注意：N沟道耗尽型管的沟道耗尽型管的夹断断电压VPN 0需保需保证电流源内阻流源内阻10华中科技大学 张林ch077.1.1 MOSFET电流源流源7.1.2 BJT电流源流源7.1 模模拟集成集成电路路中的直流偏置技中的直流偏置技术11华中科技大学 张林ch071.镜像像电流源流源7.1.2 BJT电流源流源IO在一定范在一定范围内与内与负载无关。无关。T1、T2的参数全同的参数全同 12华中科技大学 张林ch071.镜像像电流源流源7.1.2 BJT电流源流源动态电阻阻 一般一般ro在几百千欧以上在几百千欧以上13华中科技大学 张林ch072.微微电流源流源7.1.2 BJT电流源流源由于由于很小很小，所以所以IC2也很也很小小rorce2（1 ）（参考射极偏置共射放大（参考射极偏置共射放大电路的路的输出出电阻阻）14华中科技大学 张林ch073.多路多路电流源流源7.1.2 BJT电流源流源T1、R1 和和T4支路支路产生基准生基准电流流IREFT1和和T2、T4和和T5构成构成镜像像电流源流源T1和和T3，T4和和T6构成了微构成了微电流源流源15华中科技大学 张林ch077 模模拟集成集成电路路7.1 模模拟集成集成电路路中的直流偏置技中的直流偏置技术7.2 差分式放大差分式放大电路路*7.3 带有源有源负载的差分式放大的差分式放大电路路7.4 集成集成运算放大器运算放大器电路路简介介7.5 运放主要运放主要参数和相关参数和相关应用用问题16华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路7.2.2 BJT差分式放大差分式放大电路路7.2.3 差分差分式放大式放大电路的路的传输特性特性7.2 差分式放大差分式放大电路路 17华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路回回顾差差模输入信号模输入信号vid=vPvN共模输入信号共模输入信号vic=则有则有vP=vN=仅差模仅差模仅共模仅共模理想运放理想运放要能够放大直流！要能够放大直流！18华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路共源放大电路共源放大电路 差分式放大电路差分式放大电路方便调方便调整整Q点点有稳定有稳定Q点作用点作用温温度度稳稳定定性性很很好好的的电流源电流源其动态电阻为其动态电阻为ro但增益太小但增益太小直接耦合直接耦合电路路组成成19华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路电路路组成成两两个输入个输入端端：vi1和和vi2 两两个输出个输出端：端：vO1和和vO2 工工作作方方式式：双双入入双双出出、双双入入单单出出、单单入双入双出、单出、单入单入单出出输入信号等效源极源极耦合差分式放大耦合差分式放大电路电路源极源极共用电共用电流源流源支路支路vi1=vi2=20华中科技大学 张林ch07o两两输入端中的共模信号大小相等，相位相同输入端中的共模信号大小相等，相位相同；o两输入端中的两输入端中的差差模信号大小相等，相位相反。模信号大小相等，相位相反。7.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路电路路组成成vi1=vi2=21华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路直流通路直流通路 静静态分析分析22华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路静静态分析分析再由再由可求得可求得 VGSQ最后需要校最后需要校验是否工作在恒流区是否工作在恒流区静静态时有有 voVD1Q-VD2Q0(Rd1=Rd2=Rd)23华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入差模信号入差模信号时交流通路交流通路24华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入差模信号入差模信号时 vi1和和 vi2大大 小小相相等等，相相位位相相反反。is1的的增增加加量量等等于于is2的的减减小小量量，ro中中无无交交流流电电流流流流过过，vs=0，意意味味着着源源极极相当于对地短路。相当于对地短路。表明在差模信号作用下，源极公共支路相当于表明在差模信号作用下，源极公共支路相当于短路短路。差差模信号作用情况模信号作用情况25华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入差模信号入差模信号时等效的交流通路等效的交流通路26华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入差模信号入差模信号时等效的交流通路等效的交流通路 单单边就是标准的共源电路，但输边就是标准的共源电路，但输入信号是入信号是vid。若若 0，单端输出时的差单端输出时的差模电压增益模电压增益只是只是相位相位相反相反(电路对称电路对称)单端单端输出差模电压增益（输出差模电压增益（T1漏极漏极输出输出，Rd1=Rd2=Rd）若由若由T2漏极输出漏极输出，则，则27华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入差模信号入差模信号时等效的交流通路等效的交流通路若若 0 单端输出时的差单端输出时的差模电压增益模电压增益带带RL时时 28华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入差模信号入差模信号时等效的交流通路等效的交流通路若若 0，双端输出时的差双端输出时的差模电压增益模电压增益 因因 vi1=-vi2，故，故 vo1=-vo2 与共源放大电路的电压增益相同与共源放大电路的电压增益相同 增加的元器件贡献在哪里？增加的元器件贡献在哪里？（Rd1=Rd2=Rd）29华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入差模信号入差模信号时等效的交流通路等效的交流通路 双端输出时的差双端输出时的差模电压增益模电压增益 带带RL时时 若若 030华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析单端端输入（不入（不对称称输入）入）时等效的输入形式等效的输入形式31华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析单端端输入（不入（不对称称输入）入）时 结论结论：单端输：单端输入时的差模情况等入时的差模情况等效于双端输入，差效于双端输入，差模增益指标的计算模增益指标的计算与双端输入时相同。与双端输入时相同。单端输入时，必定伴随着共模信号的输入。单端输入时，必定伴随着共模信号的输入。等效的输入形式等效的输入形式 当当仅考虑差模信号仅考虑差模信号输入时，将两个共模信输入时，将两个共模信号源置零，即号源置零，即vic=0，其结果与上述差模信号其结果与上述差模信号双端输入时完全相同。双端输入时完全相同。32华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入共模信号入共模信号时33华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入共模信号入共模信号时交流通路交流通路34华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入共模信号入共模信号时共模共模信号作用情况信号作用情况 vi1和和 vi2大大 小小相相等等，相相位位相相同同。is1和和is2同同时时等等量量增增加加或或等等量量减减小小，ro中中流流过过双双倍倍的的单单边边交流电流，交流电流，vs 0。将将ro折折算算到到T1和和T2各各自自源源极极支支路路上上，其其阻阻值值相相当当于于原原来的来的两倍两倍。35华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入共模信号入共模信号时源极公共支路等源极公共支路等效后的交流通路效后的交流通路36华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入共模信号入共模信号时 单端端输出出时的共模的共模电压增益增益 电电路路左左右右两两边边完完全全对对称称，可可看看作作两两个个独独立立的的共共源源放放大大电电路，两边单端输出完全相同。路，两边单端输出完全相同。ro 是电流源是电流源的动态电阻的动态电阻（内阻）（内阻）无论由哪个漏极输出，共模输出电压总是与共模输入电压反相。无论由哪个漏极输出，共模输出电压总是与共模输入电压反相。远小于差模增益远小于差模增益共模时有单端输入和双端输入之分吗？共模时有单端输入和双端输入之分吗？共模时有单端输入和双端输入之分吗？共模时有单端输入和双端输入之分吗？37华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析仅输入共模信号入共模信号时 双双端端输出出时的共模的共模电压增益增益 共模信号的输入使两共模信号的输入使两管漏极电压有相同的变化管漏极电压有相同的变化理想情况下有理想情况下有共模增益共模增益38华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析 温温度度变变化化和和电电源源电电压压波波动动，都都将将使使两两个个漏漏极极电电流流产产生生变变化化，且且变变化化大大小小和和趋趋势势相同。相同。其其效效果果相相当当于于在在两两个个输输入端加入了共模信号入端加入了共模信号 当当电路的共模增益为电路的共模增益为0 0或很小时，便可抑制由此产生的影响。或很小时，便可抑制由此产生的影响。抑制共模信号的抑制共模信号的意义何在？意义何在？所所谓谓零零点点漂漂移移是是指指当当放放大大电电路路在在输输入入信信号号为为零零时时，输输出出还还有有缓缓慢慢变变化化的的电电压压产产生生，即即输输出出电电压压偏偏离离原原来来的的起起始始点点而而上上下下飘飘动动，简称简称零漂零漂。39华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析共模抑制比共模抑制比增大静增大静态偏置偏置电流源的内阻流源的内阻提高提高电路的路的对称性称性双端输出，理想情况双端输出，理想情况单端输出单端输出为为有效提高差分式放大电路的共模抑制比，应如何设计电路参数？有效提高差分式放大电路的共模抑制比，应如何设计电路参数？40华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析输入入电阻阻 由于由于MOS管的栅极是绝缘的，管的栅极是绝缘的，所以无论是差模信号的放大还是共所以无论是差模信号的放大还是共模信号的放大，它们的输入电阻都模信号的放大，它们的输入电阻都约等于无穷大。约等于无穷大。BJT则不同。则不同。差模输入电阻差模输入电阻共模输入电阻共模输入电阻41华中科技大学 张林ch07输出电阻无差模和共模之分输出电阻无差模和共模之分输出出电阻阻双端输出双端输出 Ro=Rd1+Rd2=2Rd 单端输出单端输出 Ro=Rd7.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析42华中科技大学 张林ch07频率响应频率响应7.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路动态小信号分析小信号分析o由于是直接耦合放大电路，由于是直接耦合放大电路，所以低频区增益不会衰减所以低频区增益不会衰减o差模电压增益的高频响应差模电压增益的高频响应与共源电路类似与共源电路类似o共模电压增益的高频响应共模电压增益的高频响应与源极电流源的输出阻抗与源极电流源的输出阻抗（内阻）特性有直接关系（内阻）特性有直接关系o共模抑制比的高频响应由差模增益和共模增益的高频响应共同共模抑制比的高频响应由差模增益和共模增益的高频响应共同决定决定43华中科技大学 张林ch077.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路 为什么对差模信号放大和对共模信号放大不同？为什么对差模信号放大和对共模信号放大不同？差模差模共模共模双端输出双端输出单端输出单端输出 对两类信号放大产生差异的关键点在哪儿？对两类信号放大产生差异的关键点在哪儿？44华中科技大学 张林ch07差分式放大差分式放大电路的分析方法路的分析方法 静静态、动态等与之前放大等与之前放大电路分析方法相同路分析方法相同 动态分析分析时，利用叠加原理，将差模和共模分开，利用叠加原理，将差模和共模分开分析分析是有效手段是有效手段7.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路45华中科技大学 张林ch07差分式放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系：差分式放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系：反相反相vO1与与vi1同相同相vO2与与vi1同相同相vO1与与vi2反相反相vO2与与vi2反相反相vo与与vi1同相同相vo与与vi2思考题思考题46华中科技大学 张林ch077.2 差分式放大差分式放大电路路 7.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路7.2.2 BJT差分式放大差分式放大电路路7.2.3 差分差分式放大式放大电路的路的传输特性特性47华中科技大学 张林ch077.2.2 BJT差分式放大差分式放大电路路 电路分析与电路分析与MOSFETMOSFET类似类似 差模电压和差模电压和共模共模电压电压增益可增益可由共射放大电路由共射放大电路结论得到，两者结论得到，两者的差别仅在分母的差别仅在分母中是否包含电流中是否包含电流源动态电阻。源动态电阻。由于基极有电流，所以差由于基极有电流，所以差模模输入电阻输入电阻和共模和共模输输入电阻都不是无穷大。入电阻都不是无穷大。48华中科技大学 张林ch077.2 差分式放大差分式放大电路路 7.2.1 MOSFET差分式放大差分式放大电路路7.2.2 BJT差分式放大差分式放大电路路7.2.3 差分式放大差分式放大电路的路的传输特性特性49华中科技大学 张林ch077.2.3 MOSFET差分式放大差分式放大电路的路的传输特性特性根据根据vid=vGS1-vGS2可得可得传输特性曲特性曲线 iD1，iD2f（vid）50华中科技大学 张林ch07纵轴归一化传输特性7.2.3 MOSFET差分式放大差分式放大电路的路的传输特性特性51华中科技大学 张林ch077 模模拟集成集成电路路7.1 模模拟集成集成电路路中的直流偏置技中的直流偏置技术7.2 差分式放大差分式放大电路路*7.3 带有源有源负载的差分式放大的差分式放大电路路7.4 集成集成运算放大器运算放大器电路路简介介7.5 运放主要运放主要参数和相关参数和相关应用用问题52华中科技大学 张林ch07*7.3.1 带有源有源负载的的MOSFET差分式放大差分式放大电路路1.基本基本电路路2.静静态分析分析53华中科技大学 张林ch07*7.3.1 带有源有源负载的的MOSFET差分式放大差分式放大电路路3.动态指指标输入差模入差模电压时的交流通路的交流通路 id3=id1id1=gmvid/2id4=id1=gmvid/2id2=-gmvid/254华中科技大学 张林ch07*7.3.1 带有源有源负载的的MOSFET差分式放大差分式放大电路路3.动态指指标 0时，可得时，可得T2、T4支支路的小信号等效电路路的小信号等效电路id3=id1id1=gmvid/2id4=id1=gmvid/2id2=-gmvid/255华中科技大学 张林ch073.动态指指标*7.3.1 带有源有源负载的的MOSFET差分式放大差分式放大电路路 0时，可得时，可得T2、T4支支路的小信号等效电路路的小信号等效电路节点节点d2（d4）的）的KCL方程为方程为 若接负载若接负载 RL，则电压增益为，则电压增益为 得差模电压增益得差模电压增益其中其中 带带有源负载的差分放大电路单端输出的差模电压增益不再是双端输出增有源负载的差分放大电路单端输出的差模电压增益不再是双端输出增益的一半，而是与双端输出电压增益相同，即单端输出等效于双端输出。益的一半，而是与双端输出电压增益相同，即单端输出等效于双端输出。56华中科技大学 张林ch073.动态指指标*7.3.1 带有源有源负载的的MOSFET差分式放大差分式放大电路路 0时，可得时，可得T2、T4支支路的小信号等效电路路的小信号等效电路以上分析结果的前提条件是假设以上分析结果的前提条件是假设T1 T4的互导相同，即的互导相同，即 Kn1Kn2Kp3Kp4K gm1gm2gm3gm4gm电路的共模电压增益仍然很小，共电路的共模电压增益仍然很小，共模抑制很高模抑制很高参数不同时，结果将有所变化参数不同时，结果将有所变化57华中科技大学 张林ch077.1 模模拟集成集成电路路中的直流偏置技中的直流偏置技术7.2 差分式放大差分式放大电路路*7.3 带有源有源负载的差分式放大的差分式放大电路路7.4 集成运算放大器集成运算放大器电路路简介介7.5 运放主要运放主要参数和相关参数和相关应用用问题7 模模拟集成集成电路路58华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器7.4.2 全差分运算放大器全差分运算放大器7.4.3 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器7.4.4 电流反流反馈集成运算放大器集成运算放大器7.4 集成集成运算放大器运算放大器电路路简介介59华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器1.电路路结构及工作原理构及工作原理60华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标设设 gm1=gm2=gm 则差分式输入级则差分式输入级电压增益电压增益 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=40804（92.2 dB）小小信号差模电压信号差模电压增益增益61华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标共模抑制比共模抑制比 取决于差分取决于差分式式输入级的输入级的共模抑制共模抑制比比。通常可以。通常可以达到达到80dB以上。以上。62华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标输入电阻输入电阻差模差模、共模输入电共模输入电阻阻均为无穷大均为无穷大63华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标输输出出电阻电阻Ro=rds7/rds864华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标输入输入失调电压失调电压vP=vN=0时时应该有应该有 vO=0实际实际常有常有 vO 0VIO是是导致运放电路导致运放电路零点漂移零点漂移的重要的重要原因原因在在输入输入端端加校正加校正电电压压VIO，使，使vO=0。VIO失调电压失调电压温度温度也也会会影响影响VIO65华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标输入偏置输入偏置电流和失调电流电流和失调电流 输入入端有端有电流流吗？为了为了防止静电和过防止静电和过压损坏压损坏MOS管的管的绝缘栅极，大多数绝缘栅极，大多数CMOS运算放大器运算放大器在输入端都增加了在输入端都增加了保护保护二极管。二极管。66华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标输入偏置输入偏置电流和失调电流电流和失调电流为了为了防止静电和过防止静电和过压损坏压损坏MOS管的管的绝缘栅极，大多数绝缘栅极，大多数CMOS运算放大器运算放大器在输入端都增加了在输入端都增加了保护保护二极管。二极管。67华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标输入偏置输入偏置电流和失调电流电流和失调电流vP=vN=0时，由于二极管的时，由于二极管的漏电流不完全相等，从而使漏电流不完全相等，从而使两输入端有电流两输入端有电流IBP和和IBN。定义定义：IIB=(IBP+IBN)/2 偏置偏置电流电流 IIO=|IBP-IBN|失调失调电流电流输入端内是输入端内是BJT时必时必有电流有电流68华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标输入偏置输入偏置电流和失调电流电流和失调电流 能正常工作能正常工作吗？改改进同相同相输入端的直流通路是断开的输入端的直流通路是断开的，MOS管的栅极管的栅极没有合适的偏置，没有合适的偏置，电路电路无法建立合适无法建立合适的的Q点。点。Ri输入电阻会减小输入电阻会减小 69华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标共模共模输入电压范围输入电压范围共模输入共模输入电压电压vic=(vP+vN)/2 vP vN vi当当vic增大增大，使，使T1、T2的源极电压的源极电压升高升高(因因ID6恒定恒定,ID1=ID2,故故VGS基本基本不变不变)，|vDS6|减小，导致减小，导致T6工作工作点进入夹断点轨迹时点进入夹断点轨迹时（|vDS6|min=|VGS6Q-VTP6|），vic达到最大达到最大值值：Vicmax=VDD-|vDS6|min-|VGS1Q|=VDD-|VGS6Q-VTP6|-|VGS1Q|70华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标共模共模输入电压范围输入电压范围当当vic减小，使减小，使T1、T2的源的源极电压降低，极电压降低，|vDS1|和和|vDS2|减小减小，导致，导致T1和和T2工作点工作点进入夹断点轨迹时，进入夹断点轨迹时，vic达达到最小值到最小值。计算单边即可。计算单边即可。此时此时的的T1有有 VDS1pop=VGS1Q-VTP1则则 VGD1min=VGS1Q-VDS1pop=VTP1由于由于iD3=ID3Q不变，所以不变，所以vDS3=VDS3Q=VGS3Q也也不变不变，则则Vicmin=-VSS+VDS3Q+VGD1min=-VSS+VGS3Q+VTP171华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标输出输出电压摆幅电压摆幅Vomax=VDD-|VDS8pop|VDD-|VGS8Q-VTP8|Vomin=-VSS+VDS7pop -VSS+VGS7Q-VTN7 72华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器2.电路路性能指性能指标频率响应频率响应Cc会会有有较大较大的密勒等效电的密勒等效电容容，减小了减小了带宽。带宽。直接直接耦合耦合电路低频电路低频区的增区的增益不会衰减，可以放大直益不会衰减，可以放大直流信号。流信号。早期早期产品品MC1457373华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器7.4.2 全全差分运算放大器差分运算放大器7.4.3 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器7.4.4 电流反流反馈集成运算放大器集成运算放大器7.4 集成集成运算放大器运算放大器电路路简介介74华中科技大学 张林ch077.4.2 全全差分型运算放大器差分型运算放大器与与标准运标准运放的差别放的差别有有2个互逆的输出端个互逆的输出端有有1个输出共模电压控制个输出共模电压控制端端VOC(set)应用时需要应用时需要两条完全对两条完全对称的反馈通路称的反馈通路75华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器7.4.2 全全差分运算放大器差分运算放大器7.4.3 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器7.4.4 电流反流反馈集成运算放大器集成运算放大器7.4 集成集成运算放大器运算放大器电路路简介介76华中科技大学 张林ch077.4.3 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器外接外接调零零电阻阻77华中科技大学 张林ch077.4.3 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器78华中科技大学 张林ch07简化化电路路7.4.3 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器79华中科技大学 张林ch077.4.1 两两级CMOS运算放大器运算放大器7.4.2 全全差分运算放大器差分运算放大器7.4.3 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器7.4.4 电流反流反馈集成集成运算放大器运算放大器7.4 集成集成运算放大器运算放大器电路路简介介80华中科技大学 张林ch077.4.4 电流反流反馈集成集成运算放大器运算放大器简化化电路路发发射射极极作作为为反反相相输输入入端端，输输入入电电阻较小，不再具有虚断特征。阻较小，不再具有虚断特征。对地的等效对地的等效电阻为电阻为reqvO=iqreq互阻增益互阻增益vP=vN81华中科技大学 张林ch077.4.4 电流反流反馈集成集成运算放大器运算放大器简化化电路路vO=iqreq互阻增益互阻增益vP=vN82华中科技大学 张林ch077.4.4 电流反流反馈集成集成运算放大器运算放大器应用用相比标准运放，电流反馈运放相比标准运放，电流反馈运放不遵循不遵循增益带宽积增益带宽积为常数为常数的的规规律。它特别适合高频、宽带信律。它特别适合高频、宽带信号的放大。号的放大。当当rinR1/Rf时，有时，有又因为又因为所以所以若若Rf 50MHz，如如AD801的的fT800 MHz。宽带运放如宽带运放如OPA657C（FET输入级输入级）AvofH1600 MHz。0dB以上斜线部分有增以上斜线部分有增益益带宽积为带宽积为常数，即常数，即 AP fP=fTP增益为增益为AP频率为频率为 fP97华中科技大学 张林ch077.5.2 差模特性差模特性2.差模差模输入入电阻阻rid和和输出出电阻阻ro BJT输入入级的运放的运放rid一般在几百千欧到数兆欧一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入入级的运放的运放rid1011超高超高输入入电阻运放阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的一般运放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3.最大差模最大差模输入入电压Vidmax 指集成运放的反相和同指集成运放的反相和同相相输入端之入端之间所能承受的所能承受的最最大大电压值。最大差模输入最大差模输入电压超出电压超出电源电压零点几电源电压零点几伏伏98华中科技大学 张林ch077.5.2 差模特性差模特性4.最大最大输出出电压Vomax（输出出摆幅）幅）目前很多运放的最大输出电压可接近电源电压，即目前很多运放的最大输出电压可接近电源电压，即RRO（Rail-to-Rail Output）输出特性，可大幅提高电源效率，有利于低压电源输出特性，可大幅提高电源效率，有利于低压电源或电池供电的应用。或电池供电的应用。具有具有RRO特性的运放一般只适合于较大负载电阻的微功率电路。特性的运放一般只适合于较大负载电阻的微功率电路。5.最大最大输出出电流流Iomax 指在保证一定输出电压下的输出端最大电流，包括拉电流和指在保证一定输出电压下的输出端最大电流，包括拉电流和灌电流，常用正负号区别。灌电流，常用正负号区别。因为因为Iomax与输出电压有关，所以很多数据手册中用输出短路电与输出电压有关，所以很多数据手册中用输出短路电流流Isc代替。代替。一般运放的一般运放的Isc在几十至上百在几十至上百mA。99华中科技大学 张林ch077.5.1 输入直流入直流误差特性（差特性（输入失入失调特性）特性）7.5.2 差模特性差模特性7.5.3 共模特性共模特性7.5.4 大信号大信号动态特性特性7.5.5 电源源特性特性7.5.6 运放在运放在单电源下工作源下工作7.5 运放主要参数运放主要参数和相关和相关应用用问题100华中科技大学 张林ch071.共模抑制比共模抑制比KCMR和共模和共模输入入电阻阻ric7.5.3 共模特性共模特性 一般通用型运放一般通用型运放KCMR为为80120 dB，高精度运放可，高精度运放可达达140dB，ric100M。2.最大共模最大共模输入入电压Vicmax 运放作为电压跟随器时，使输出电压产生运放作为电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误跟随误差的共模输入电压幅值。有些运放可达到正、负电源电压差的共模输入电压幅值。有些运放可达到正、负电源电压值，称为值，称为RRI（Rail-to-Rail Input）输入特性，）输入特性，即即 Vicmax V+，-Vicmax V。101华中科技大学 张林ch07具有具有RRO和和RRI特性运特性运放的放的优势低电源电压下两种运放的电压摆幅低电源电压下两种运放的电压摆幅轨到轨运放轨到轨运放非轨到轨运放非轨到轨运放运放的运放的饱和和压降降运放的运放的饱和和压降降7.5.3 共模特性共模特性vOvO102华中科技大学 张林ch077.5.1 输入直流入直流误差特性（差特性（输入失入失调特性）特性）7.5.2 差模特性差模特性7.5.3 共模特性共模特性7.5.4 大信号大信号动态特性特性7.5.5 电源源特性特性7.5.6 运放在运放在单电源下工作源下工作7.5 运放主要参数运放主要参数和相关和相关应用用问题103华中科技大学 张林ch077.5.4 大信号大信号动态特性特性1.转换速率速率SR（Slew Rate）即即 也也称称为为“压压摆摆率率”，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（例如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率。号（例如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率。若信号若信号为为 viVimsin2 ft 则则运放的运放的SR必须必须满足满足 SR 2fmaxVomSR通常取绝对值通常取绝对值 104华中科技大学 张林ch077.5.4 大信号大信号动态特性特性2.全功率全功率带宽BWP 运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即SR和和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标是大信号和高频信号工作时的重要指标一般通用型运放一般通用型运放SR在在1V/s以下，以下，741的的SR=0.5V/s高速运放要求高速运放要求SR30V/s以上。以上。目前超高速的运放如目前超高速的运放如AD9610的的SR 3500V/s。105华中科技大学 张林ch077.5.1 输入直流入直流误差特性（差特性（输入失入失调特性）特性）7.5.2 差模特性差模特性7.5.3 共模特性共模特性7.5.4 大信号大信号动态特性特性7.5.5 电源源特性特性7.5.6 运放在运放在单电源下工作源下工作7.5 运放主要参数运放主要参数和相关和相关应用用问题106华中科技大学 张林ch077.5.5 电源特性源特性1.电源源电压抑制比抑制比KSVR 衡量电源电压波动对输出电压的影响衡量电源电压波动对输出电压的影响 2.静静态功耗功耗PV 当输入信号为零时，运放消耗的总功率当输入信号为零时，运放消耗的总功率PVVCCICOVEEIEO 电源源电压范范围、最大耗散功耗、最大耗散功耗PCO等等极限极限参数：参数：另外还有噪声特性等另外还有噪声特性等 107华中科技大学 张林ch077.5.1 输入直流入直流误差特性（差特性（输入失入失调特性）特性）7.5.2 差模特性差模特性7.5.3 共模特性共模特性7.5.4 大信号大信号动态特性特性7.5.5 电源源特性特性7.5.6 运放在运放在单电源下工作源下工作7.5 运放主要参数运放主要参数和相关和相关应用用问题108华中科技大学 张林ch07关键是将输出端的静态电压设置为电源电压的关键是将输出端的静态电压设置为电源电压的一半一半对称的双电源工作对称的双电源工作单电源工作单电源工作7.5.6 运运放在放在单电源下工作源下工作109华中科技大学 张林ch07能否将输出能否将输出端的静态电端的静态电压设置在压设置在VCC/2处？处？741741简化电路简化电路7.5.6 运运放在放在单电源下工作源下工作110华中科技大学 张林ch07接入接入C1和和C2避免信号源和负载影响静态工作点避免信号源和负载影响静态工作点设置输出静态电压设置输出静态电压阻容耦合反相放大电路阻容耦合反相放大电路vi 是正负对称的信号是正负对称的信号7.5.6 运运放在放在单电源下工作源下工作111华中科技大学 张林ch07直流通路直流通路交流通路交流通路对对 vP是是电压跟随电压跟随7.5.6 运运放在放在单电源下工作源下工作阻容耦合反相放大电路阻容耦合反相放大电路112华中科技大学 张林ch07交流同相放大电路交流同相放大电路直流通路直流通路交流通路交流通路输入电输入电阻有限阻有限 Rivi 是正负对称的信号是正负对称的信号交流电压增益为交流电压增益为7.5.6 运运放在放在单电源