模拟电子康集成电路运算放大器 电流源差分放大电路.pptx

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1、引言引言集成电路 采用硅平面制造工艺，将二极管、三极管、电阻、电容等元器件以及它们之间采用硅平面制造工艺，将二极管、三极管、电阻、电容等元器件以及它们之间的连线同时制造在一小块半导体基片上，的连线同时制造在一小块半导体基片上，并封装在一个外壳内，并封装在一个外壳内，构成具有特定功能构成具有特定功能的的电路和系统。电路和系统。第1页/共45页 高增益、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合的集成的具有很高电压放大倍数高增益、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合的集成的具有很高电压放大倍数的多级放大电路。的多级放大电路。（1 1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电）元器件具

2、有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。路。（2 2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3 3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4 4）只只能能制制作作几几十十pFpF以以下下的的小小电电容容。因因此此，集集成成放放大大器器都都采采用用直直接接耦耦合合方方式式。如如需需大电容，只能外接。大电容，只能外接。（5 5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。）不能制造电感，如需电感，也只能外接。（6 6）一般无二极管，）一般无

3、二极管，用三极管代替用三极管代替(B(B、C C 极接在一起极接在一起)。集成运算放大器集成运算放大器集成电路的工艺特点集成电路的工艺特点第2页/共45页集成运放的组成：输入级集成运放的组成：输入级 输输入入级级通通常常要要求求有有尽尽可可能能低低的的零零点点漂漂移移，较较高高的的共共模模抑抑制制能能力力，输输入入阻阻抗高及偏置电流小，因此一般采用差分放大电路。抗高及偏置电流小，因此一般采用差分放大电路。第3页/共45页 中中间间级级主主要要承承担担电电压压放放大大的的任任务务，多多采采用用共共射射或或共共源源放放大大电电路路。为为了了提提高高电压放大倍数，电压放大倍数，经常采用复合管做放大管

4、，经常采用复合管做放大管，用恒流源做有源负载。用恒流源做有源负载。集成运放的组成：中间级集成运放的组成：中间级 第4页/共45页 输输出出级级要要求求具具有有一一定定的的带带负负载载能能力力（即即输输出出电电阻阻小小）和和一一定定的的输输出出电电压压及电流动态范围。因此输出级多采用射极输出器、及电流动态范围。因此输出级多采用射极输出器、互补对称电路。互补对称电路。集成运放的组成集成运放的组成：输出级第5页/共45页 偏偏置置电电路路用用于于设设置置集集成成运运放放各各级级放放大大电电路路的的静静态态工工作作点点。一一般般采采用用镜镜像像电流源，以及由其演变而成的微电流源、多路输出电流源等。电流

5、源，以及由其演变而成的微电流源、多路输出电流源等。集成运放的组成：集成运放的组成：偏置电路偏置电路第6页/共45页第7页/共45页输入级输入级中间级中间级输出级输出级输入级输入级T1、T3 和 T2、T4简化电路偏置电路偏置电路T5、T6有源负载中间级中间级T7、T8输出级输出级T11 T13甲乙类互补对称功率放大电路(OCL)采用单电源(OTL)时，输入端静态电位应为 0.5VCC。复合管，共发射极具有高增益第8页/共45页6.1 集成电路运算放大器中的电流源集成电路运算放大器中的电流源 镜像电流源镜像电流源 多路电流源多路电流源 电流源用作有源负载电流源用作有源负载 微电流源微电流源 在模

6、拟集成电路中，广泛地使用电流源，为放大电路提供稳定的偏置电流，在模拟集成电路中，广泛地使用电流源，为放大电路提供稳定的偏置电流，或作为放大电路的有源负载。或作为放大电路的有源负载。第9页/共45页电流源电路电流源电路1.镜像电流源镜像电流源T T1 1、T T2 2的参数全同的参数全同 即即12，ICEO1ICEO2 当当BJT的的较大时，基极电流较大时，基极电流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF 代表符号代表符号第10页/共45页电流源电路电流源电路1.镜像电流源镜像电流源动态电阻动态电阻 一般一般ro在几百千欧以上在几百千欧以上第11页/共45页电流源电路电流源电路2.微电流源微电流

7、源由于很小，所以IC2也很小。rorce2（1 ）（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ）第12页/共45页例 图示电路为串级电流源，已知VBE=0.6 V，求输出电流Io。解 由图可得 第13页/共45页电流源电流源1.MOSFET镜像电流源镜像电流源当器件具有不同的宽长比时当器件具有不同的宽长比时（=0=0）ro=rds2 MOSFET基本镜像电路流基本镜像电路流 第14页/共45页电流源电流源1.MOSFET镜像电流源镜像电流源 用用T3代替代替R，T1T3特性相同，且工作在放特性相同，且工作在放大区，当大区，当=0时时，输出电流为，输出电流为 常用的

8、镜像电流源常用的镜像电流源 第15页/共45页电流源电流源2.MOSFET多路电流源多路电流源第16页/共45页电流源电流源3.JFET电流源电流源(a)电路电路 (b)输出特性输出特性 第17页/共45页6.2 差分式放大电路差分式放大电路差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路第18页/共45页差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构1.用三端器件组成的差分式放大电路用三端器件组成的差分式放大电路第19页/共45页差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构2.有关概念有关概念差模信

9、号差模信号共模信号共模信号差模电压增益差模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20页/共45页差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构2.有关概念有关概念根据根据有有 共模信号相当于两个输入端信号中共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分相同的部分 差模信号相当于两个输入端信号中差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分不同的部分 两输入端中的共模信号大小相等，两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相相位

10、相同；差模信号大小相等，相位相反。反。第21页/共45页射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理第22页/共45页射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理静态第23页/共45页动态仅输入差模信号，仅输入差模信号，大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。大小相等，大小相等，信号被放大。信号被放大。相位相反。相位相反。1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理第24页/共45页2.抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理 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变变化化。且且

11、变变化化趋趋势势是是相相同的，同的，其其效效果果相相当当于于在在两两个个输入端加入了共模信号。输入端加入了共模信号。第25页/共45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输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。2.抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用第26页/共45页3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况接入负载时以双倍的元器件换以双倍的元器件换取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力 双入、双

12、出第27页/共45页3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况 双入、单出接入负载时第28页/共45页3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况 单端输入等效于双端输入等效于双端输入 指标计算与双指标计算与双端输入相同。端输入相同。第29页/共45页3.主要指标计算主要指标计算（2）共模情况 双端输出 共模信号的输入使两管集电极电压共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。有相同的变化。所以所以共模增益共模增益第30页/共45页 单端输出抑制零漂能力增强抑制零漂能力增强3.主要指标计算主要指标计算（2）共模情况第31页/共45页（3）共模抑制比双端输出，理想情况单端输出抑制零漂能力越强单端输

13、出时的总输出电压（4）频率响应高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。第32页/共45页例(4)当输出接一个12k 负载时的差模电压增益.解：求:(1)静态第33页/共45页(2)电压增益第34页/共45页(3)差分电路的共模增益差分电路的共模增益共模输入电压共模输入电压不计共模输出电压时不计共模输出电压时第35页/共45页(4)第36页/共45页4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路静态静态 IE6 IREFIO IE5第37页/共45页4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模电压增益差模电压增益（负载开路）（负载开路

14、）则则 单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益 第38页/共45页4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模输入电阻差模输入电阻 Rid2rbe输出电阻输出电阻第39页/共45页4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路共模输入电阻共模输入电阻 Ricrbe2(1)ro5第40页/共45页源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路第41页/共45页源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益而而:所以：所以：第42页/共45页源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益vo2(id4-id2)(ro2/ro4)gm vid（ro2/ro4）(ro2/ro4)gm(ro2/ro4)与双端输出相同与双端输出相同end第43页/共45页作业作业第44页/共45页感谢您的观看。第45页/共45页