6- 模拟集成电路50786.ppt
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1、 6.2 差分式放大电路差分式放大电路6 6 模拟集成电路模拟集成电路6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.1 模拟模拟集成电路中的直流偏置技术集成电路中的直流偏置技术*6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性2.2 理想运算放大器理想运算放大器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路 2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用 *6.5 实际实际集成运算放大器集成运算放大器的主要参数和对应的主要参数和对应用用电路的影响电路的影响6.6 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器*6.7 放大电路中的噪声与干扰放大电路中的噪声与干扰集成
2、电路集成电路:将整个电路的各个元件做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点:集成电路的优点:工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。集成电路的分类:集成电路的分类:模拟集成电路、数字集成电路;模拟集成电路、数字集成电路;小、中、大、超大规模集成电路;小、中、大、超大规模集成电路;引言引言:一、集成电路的简述一、集成电路的简述1.各元件在同一个芯片上,对称性好。各元件在同一个芯片上,对称性好。2.用有源元件代替无源器件用有源元件代替无源器件4.级间采用直接耦合方式级间采用直接耦合方式5.二极管一般用三极管的
3、发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。二、模拟集成电路的特点二、模拟集成电路的特点 几十几十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成;大电容要结的结电容构成;大电容要外接。外接。3.采用复合结构的电路采用复合结构的电路高阻值电阻用三极管代替或外接。高阻值电阻用三极管代替或外接。三、三、BJTBJT在模拟集成电路的特殊应用在模拟集成电路的特殊应用becA AK Kb be e1 1、用、用BJTBJT构成二极管构成二极管2 2、用、用BJTBJT构成电流源构成电流源和高值电阻和高值电阻BJTBJTroIs若电流源的电流越恒定若电流源的电流越恒定,r ro o就越大就越大,可得
4、到高值电阻。可得到高值电阻。四、电流源在放大四、电流源在放大电路中作为直流偏置的电路中作为直流偏置的应用及作用应用及作用RCvOC2+VCCviC1RBIsro作用作用:.提供稳定偏提供稳定偏置电流置电流I IB B;2.2.提高输提高输入电阻,入电阻,R Ri i=r rbebe/r/ro o、RCvOC2+VCCviC1RBroIsRCvOC2+VCCviC1RB作用作用:.提供稳定偏提供稳定偏置电流置电流I IE E和和I IC C,稳定稳定静态工作点;静态工作点;2.2.提高提高电压放大倍数。电压放大倍数。roIs作用作用:.提供稳定偏提供稳定偏置电流置电流I IE E和和I IC C
5、,稳定稳定静态工作点;静态工作点;2.2.提高提高输入电阻,输入电阻,1 1、镜像电流源、镜像电流源(1).(1).参数计算参数计算:用用BJTBJT或或FETFET构成电流源构成电流源 6.1 6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术模拟集成电路中的直流偏置技术一、一、BJTBJT构成电流源电路构成电流源电路RRLT1T22IBIc2Ic1+VCCIREF-VEEVBE1VBE2IB1IB2(当较大时)(当较大时)roIREFRL显然显然I IC2C2与与R RL L无关,相当于无关,相当于向向R RL L提供恒定的电流。提供恒定的电流。因为因为T T1 1、T T2 2参数完全相同参数完全相同
6、(2).(2).负载电流负载电流I IC2C2的确定的确定:()RRLT1T22IBIc2Ic1+VCCIREF-VEEVBE1VBE2IB1IB2若需若需 A A级级电流的电流源电流的电流源,则要求则要求R R很大很大,在在ICIC中难以实现中难以实现,可采用微可采用微电流源电路。电流源电路。R RL LT T1 1T T2 2+VCCIREFT3v vi-VEEv v0(3)(3)、电流源在放大电路的应用、电流源在放大电路的应用电流源在电路中,一方面提供电流源在电路中,一方面提供集电极电流;另一方面它也起集电极电流;另一方面它也起集电极电阻集电极电阻的作用。的作用。由于电流源的交流电阻大,
7、常由于电流源的交流电阻大,常常在常在ICIC中作为有源负载,提高中作为有源负载,提高电压放大倍数。电压放大倍数。2 2、微电流、微电流源源T2管射极串有电阻管射极串有电阻Re2RRLT1T2Ic c2Ic c1+VCCIREF-VEEVBE1VBE2Re2Ie2T T1 1、T T2 2参数不要求对称参数不要求对称特点:特点:()()I IC2C2与与R RL L无关,相当于无关,相当于向向R RL L提供恒定的电流提供恒定的电流。()()1 1管对管对T T2 2管具有温度管具有温度补偿作用补偿作用,热稳定性好。热稳定性好。3 3、多路电流源、多路电流源RTT2 IBIc2Ic+VCCIRE
8、FReRe1Re2Re3Ic3Ic1T1T3T0(1 1)、电路结构:)、电路结构:RTT2 IBIc2Ic+VCCIREFReRe1Re2Re3Ic3Ic1T1T3T0(2 2)、工作原理、)、工作原理、参数计算参数计算1、差模输入信号差模输入信号:2、共模输入信号共模输入信号:差模电压增益差模电压增益 A Avdvd:2 2、共模电压增益、共模电压增益 A Avc c:6.2 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 用于输入级用于输入级(一)、输入信号的分类一)、输入信号的分类差分式差分式放大电路放大电路vi1vi2vo3、任意输入信号:任意输入信号:v vi1i1=v vidid,v vi
9、2i2=-=-v vidid1212由有用信号决定的输入信号。由有用信号决定的输入信号。v vi1i1=v=vi2i2=v vicic主要由有温度、干扰等引起的主要由有温度、干扰等引起的 等效输入信号。等效输入信号。(二)、术语(二)、术语一、概念一、概念对放大电路而言,其值越对放大电路而言,其值越大越好。大越好。对放大电路而言,其值越对放大电路而言,其值越小越好。小越好。一对任何输入信号一对任何输入信号可分解为差模输入和共模输入的线性组合可分解为差模输入和共模输入的线性组合 差模和共模信号同时存在时差模和共模信号同时存在时,可由叠加原理求总输出可由叠加原理求总输出其中:其中:例如:例如:v
10、vi1i1=10mV,v=10mV,vi2i2=6mV,=6mV,其中其中v vicic=(v=(vi1i1+v+vi2i2)/2=8mV,)/2=8mV,v vidid=v=vi1i1-v-vi2i2=4mV,=4mV,则原信号可分解为:则原信号可分解为:v vi1i1=mV+mV+mVmVv vi i=mV-mV-mVmV(三)、零点漂移及抑制(三)、零点漂移及抑制viRB+VCCRCTv0当有用信号当有用信号v vi i=0=0时时,由于温度变化及干扰等共模信号的存由于温度变化及干扰等共模信号的存在在,可以测出输出电压可以测出输出电压v v0 0并不为零并不为零,而而为缓慢地、无规则地变
11、化着,出现不为缓慢地、无规则地变化着,出现不应有的输出信号。应有的输出信号。t tv v0 0把温度变化及干扰等共模信把温度变化及干扰等共模信号在放大电路的输出端造成号在放大电路的输出端造成的的缓慢地、无规则地变化的缓慢地、无规则地变化的输出信号称为输出信号称为零点漂移。零点漂移。的输出称为的输出称为零点漂移电压零点漂移电压v v0c0c;对应对应把它折算到输入端的电压称为把它折算到输入端的电压称为等效输入漂移电压等效输入漂移电压v vicicvocvic零点漂移的抑制零点漂移的抑制须在多级放须在多级放大电路的最前级大电路的最前级(输入级)(输入级)开始,作为输入级的放大电开始,作为输入级的放
12、大电路应路应采用差分式放大电路。采用差分式放大电路。二、二、BJTBJT射极耦合差分式放大电路的结构、分类射极耦合差分式放大电路的结构、分类vi1+VCCRC1T1RC2T2vi2roVEEvo1vo2ic1ic2Io+-+-vE由两个结构对称、由两个结构对称、特性及参数相同的特性及参数相同的单级放大电路组成。单级放大电路组成。恒流源提供直流偏置。恒流源提供直流偏置。电路由正电源电路由正电源+VCC和和 负电源负电源-VEE供电。供电。(一)、结构(一)、结构 基本型基本型RCRC有两个输入端:有两个输入端:同相输入端、反相输入端同相输入端、反相输入端同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端v
13、i1+VCCRCT1RCT2vi2roVEEvo1vo2ic1ic2Io+-+-vE双端输入双端输入双端输出双端输出双端输入双端输入单端输出单端输出单输输入单输输入双端输出双端输出单端输入单端输入单端输出单端输出(二)、分类(二)、分类共四种电路形式共四种电路形式(一)、静态分析(一)、静态分析电路完全电路完全对称,对称,算一个管子即可算一个管子即可三、射极耦合差分式放大电路的分析三、射极耦合差分式放大电路的分析 RC1=RC2=RCic1ic2vi1+-vi2+-+VCCRCT1RCT2roVEEvo1vo2IovE VCE2Q QVCE1Q Q IC1Q QIC2Q Q1、差模信号双端输入
14、情况的动态分析、差模信号双端输入情况的动态分析(二)、动态分析(二)、动态分析差模信号交流通道差模信号交流通道(1)、步骤:原电路、步骤:原电路置零置零置零置零置零置零vi1+VCCRCT1RCT2vi2roVEEic1ic2IovEvo1vo2vovi1T1RCT2vi2ic1ic2vEvo1vo2voroRC对差模信号对差模信号导线导线代替代替vi1T1RCT2vi2ic1ic2vEvo1vo2voRC差模信号差模信号交流通路交流通路差模微变等效电路差模微变等效电路vi1T1RCT2vi2ic1ic2vEvo1vo2voRC差模信号交流通路差模信号交流通路差模信号交流通道差模信号交流通道差
15、模微变等效电路差模微变等效电路差模动态分析步骤差模动态分析步骤 ibvo1RC rbeibvorbeibvo2RC ibvi1vi2vi1+VCCRCT1RCT2vi2roVEEic1ic2IovEvo1vo2vovi1T1RCT2vi2ic1ic2vEvo1vo2voRC ibvo1RCrbeibvorbeibvo2RC ibvi1vi2差模信号交流通路差模信号交流通路差模微变等效电路差模微变等效电路原电路原电路差模动态分析步骤差模动态分析步骤vo ibvo1RCrbeibrbeibvo2RC ibvi1vi2(2)、动态值的计算)、动态值的计算差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模输入电阻差
16、模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻R RododR Ridida.双端入双端入双端出双端出的情况的情况b.双端入双端入单端出单端出的情况的情况差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻差模电压差模电压放大倍数大放大倍数大差模输入差模输入电阻很小电阻很小Rod如何解决如何解决?差模动态分析差模动态分析vovi1+VCCRCT1RCT2vi2roic1ic2IovEvo2vi1T1RCT2vi2ic1ic2vEvo1vo2RC1voRLo1 12 2R RL L1 12 2R RL Lv01 1Qv vo1 o1 和和 v vo2o2 大小相等,大小相等,Q相
17、位相反。相位相反。负载中点必为零电位。负载中点必为零电位。差模信号交流通路差模信号交流通路差模微变等效电路差模微变等效电路原电路原电路思考思考:若在若在T1、T2的集电极接负载电阻的集电极接负载电阻RL,它的,它的差模差模信号交流通路、信号交流通路、差模微变等效电路、动态值如何?差模微变等效电路、动态值如何?ibRCrbeibvi2 ibRCrbevo1vo2voibvi2VEE ibRCrbeibvi2 ibRCrbevo1vo2voibvi2差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻a.双端入双端入双端出双端出的情况的情况b.双端入双端入单端出单端出的
18、情况的情况差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻差模动态分析差模动态分析、差模信号单端输入情况的动态分析、差模信号单端输入情况的动态分析vid+VCCRCT1RCT2roVEEic1ic2IovEvo1vo2vovidT1RCT2ic1ic2vEvo1vo2voRCrororo很大很大 ro可开路可开路vid 近似均分在两管的近似均分在两管的b、e间。间。由于两管电路完全对称由于两管电路完全对称+vid1 12 2+vid1 12 2vidT1RCT2ic1ic2vEvo1vo2voRC单端输入的电路工作情况与双端输入时的电路工单端输入的电路工作情况与
19、双端输入时的电路工作情况近似一致作情况近似一致,动态值的计算也一样。动态值的计算也一样。、共模信号双端输入情况的动态分析、共模信号双端输入情况的动态分析共模信号交流通道共模信号交流通道(1)、步骤:原电路、步骤:原电路置零置零置零置零置零置零vi1+VCCRCT1RCT2vi2roVEEic1ic2IovEvoc1voc2vocvicT1RCT2vicic1ic2vEvoc1voc2vocroRC对共模信号对共模信号共模信号交流通路共模信号交流通路不能不能导线导线代替代替2ie2ro2rovicT1RCT2vicic1ic2voc1voc2vocRCvEvEieie共模信号交流通路共模信号交流
20、通路共模信号交流通道共模信号交流通道共模微变等效电路共模微变等效电路vi1T1RCT2vi2ic1ic2voc1voc2vocRCvEvE2ro2roRC2roic1vicib1 ib1ie1rbevoc1共模放大倍数计算共模放大倍数计算T1管的共模微变等效电路管的共模微变等效电路同理:同理:2.双端输出的共模增益双端输出的共模增益1.单端输出的共模增益单端输出的共模增益当当ro越大,越大,共模增益越小,抑制共模信号(零点漂移)的能力越强。共模增益越小,抑制共模信号(零点漂移)的能力越强。四、共模抑制比四、共模抑制比例例:AVD=-200 AVC=0.1KCMR=KCMR(dB)=(分贝分贝)
21、则则 KCMR=20 lg (-200)/0.1=66 dB双端输出时双端输出时理想地理想地 AVC=0KCMR 为为衡量差动放大器衡量差动放大器放大差模信号,抑制共模信号的能力,引入了放大差模信号,抑制共模信号的能力,引入了.共模抑制比共模抑制比6.4 6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器(简称:运放)(简称:运放)一、集成运算放大器的基本结构及符号一、集成运算放大器的基本结构及符号差分放大电路差分放大电路(输入级)(输入级)-vi+电压放大电路电压放大电路(中间级)(中间级)互补功率放大器互补功率放大器(输出级)(输出级)vo直流偏置直流偏置电流源电流源、基本结构、基本结构2 2、
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