(精品)第6章模拟集成电路-2011.ppt

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1、模拟电子技术模拟电子技术上海电力学院上海电力学院 电子教研室电子教研室第第6章章 模拟集成电路模拟集成电路2023/4/6上海电力学院 电子教研室2第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路本章主要内容本章主要内容6.1 模模拟拟集成集成电电路中的直流偏置技路中的直流偏置技术术 模拟集成电路的特点；镜像电流源、微电流源各自的电路结构、输出电流的模拟集成电路的特点；镜像电流源、微电流源各自的电路结构、输出电流的大小、输出电流的稳定性问题，电流源的输出电阻很大，这使得电流源对于模拟大小、输出电流的稳定性问题，电流源的输出电阻很大，这使得电流源对于模拟集成电路具有重要意义。集成电路具有重要意义。

2、6.2 差分式放大差分式放大电电路路 直接耦合多级放大电路的零点漂移问题；差分式放大电路的结构特点；差分直接耦合多级放大电路的零点漂移问题；差分式放大电路的结构特点；差分式放大电路的作用：放大差模信号、抑制共模信号，因而差放被用作直接耦合多式放大电路的作用：放大差模信号、抑制共模信号，因而差放被用作直接耦合多级放大电路的第一级，以抑制温度引起的同向漂移。差放的级放大电路的第一级，以抑制温度引起的同向漂移。差放的4种输入输出模式。种输入输出模式。4种输入输出模式差放的静态分析、直流等效电路；动态分析、差放的共模种输入输出模式差放的静态分析、直流等效电路；动态分析、差放的共模交流等效电路与差模交流

3、等效电路的区别；差模电压增益、共模电压增益、差模交流等效电路与差模交流等效电路的区别；差模电压增益、共模电压增益、差模输入电阻、共模输入电阻、输出电阻、共模抑制比的计算。输入电阻、共模输入电阻、输出电阻、共模抑制比的计算。带长尾电阻、调零电阻的差分式放大电路的分析计算。带长尾电阻、调零电阻的差分式放大电路的分析计算。6.4 集成集成电电路运算放大器路运算放大器 BJTLM741集成运算放大器的电路组成及简要工作原理。集成运算放大器的电路组成及简要工作原理。2023/4/6上海电力学院 电子教研室3 “集集成成运运算算放放大大器器”是是“模模拟拟集集成成电电路路”的的一一大大类类。模模拟拟集集成

4、成电电路路是是由由一一块块厚厚约约0.20.20.25mm0.25mm的的P P型型硅硅片片作作为为基基片片。在在此此基基片片做做出出数数十十个个或或更更多多的的BJTBJT、FETFET、电电阻阻等等构构成成的的电电路。路。模拟集成电路的特点：模拟集成电路的特点：(1)电路结构与元件具有对称性。电路结构与元件具有对称性。(2)用有源器件代替无源器件。用有源器件代替无源器件。(3)采用复合结构的电路。采用复合结构的电路。(4)级间采用直接耦合方式。级间采用直接耦合方式。(5)电电路路中中使使用用的的二二极极管管，多多用用作作温温度度补补偿偿元元件件或或电电位位移移动动电路，大都采用电路，大都采

5、用BJTBJT的发射结构成。的发射结构成。第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路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的的较较大大时时，基极，基极电电流流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF 代表符号代表符号6.1.1 BJT电流源电路电流源电路 第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路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2023/4/6上海电力学院 电子教研室42023/4/6上海电力学院 电子教研室5 R确确定定之之后后IREF 也也就就确确定定，IC2也也随随之之而而

6、定，定，IC2 是是IREF 的镜像。的镜像。镜镜像像电电流流源源电电路路适适用用于于较较大大工工作作电电流流的的场合（场合（AA级）。级）。1.镜像电流源镜像电流源第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 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6.1.1 BJT电流源电路电流源电路 1.镜像电流源镜像电流源动态交流电阻动态交流电阻 一般一般ro在几百千欧以上在几百千欧以上2023/4/6上海电力学院 电子教研室6第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 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 6.1.1 BJT电流源电路电流源电

7、路2.微电流源微电流源2023/4/6上海电力学院 电子教研室7第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 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 6.1.1 BJT电流源电路电流源电路 因因 V VBEBE小小，Re2不不大大，就就可可获获得得微微小小的的工工作作电电流流。同同时时，因为因为T1 对对T2 有温度补偿作用，所以有温度补偿作用，所以IC2 的温度稳定性也较好。的温度稳定性也较好。2023/4/6上海电力学院 电子教研室83.电流源用作有源负载电流源用作有源负载 第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术模拟

8、集成电路中的直流偏置技术 6.1.1 BJT电流源电路电流源电路 电电流流源源具具有有直直流流电电阻阻小小，而而交交流流电电阻阻很很大大的的特特点点。在在模模拟拟集集成成电路中作为负载使用。电路中作为负载使用。T2、T3 组组成成的的电电流流源源作作为为T1的的集集电电极极有有源源负负载载。由由于于交交流流电电阻阻大大，使使每每级级的的电电压压增增益益达达103，甚至更高。甚至更高。电流源也可作射极负载电流源也可作射极负载。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2023/4/6上海电力学院 电子教研室96.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构 第第

9、6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路6.2 差分式放大电路差分式放大电路2.有关概念有关概念差模信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2023/4/6上海电力学院 电子教研室10第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.1 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共模信号相当

10、于两个输入端信号中相同的部分端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分端信号中不同的部分 两输入端中的共模信号两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。号大小相等，相位相反。2023/4/6上海电力学院 电子教研室11第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.1 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.电路组成及工作原理电路组成及工作原理2023/4/6上海电力学院 电子教研室12第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分

11、式放大电路差分式放大电路 6.2.2 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静态2023/4/6上海电力学院 电子教研室13第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路动态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2023/4/6上海电力学院 电子教研室14第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2

12、差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路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。且变化趋势是相同的，且变化趋势是相同的，其其效效果果相相当当于于在在两两个个输输入入端加入了共模信号。端加入了共模信号。2023/4/6上海电力学院 电子教研室15第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路 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

13、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端输输出出方方式式时时，仍仍有有较较强强的的抑抑制制零零漂漂能力。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2023/4/6上海电力学院 电子教研室16第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况）差模情况接入负载时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、双出双入、双出2023/

14、4/6上海电力学院 电子教研室17第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况）差模情况 双入、单出双入、单出接入负载时接入负载时2023/4/6上海电力学院 电子教研室18第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路3.主要指标计算主要指标计算（1）差模情况）差模情况 单端输入单端输入等效于双端输入等效于双端输入 指标计算与双端指标计算与双端输入相同。输入相

15、同。2023/4/6上海电力学院 电子教研室19第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路3.主要指标计算主要指标计算（2）共模情况）共模情况 双端输出双端输出 共模信号的输入使两管共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。集电极电压有相同的变化。所以所以共模增益共模增益2023/4/6上海电力学院 电子教研室20第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路 单端输出单端输出抑制零漂能力增强抑制零

16、漂能力增强3.主要指标计算主要指标计算（2）共模情况）共模情况2023/4/6上海电力学院 电子教研室21第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路（3）共模抑制比）共模抑制比双端输出，理想情况双端输出，理想情况单端输出单端输出抑制零漂能力抑制零漂能力 越强越强单端输出时的总输出电压单端输出时的总输出电压2023/4/6上海电力学院 电子教研室22第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路例例(4

17、)当输出接一个当输出接一个12k 负载负载时的差模电压增益时的差模电压增益.解：解：求求:(1)静态静态2023/4/6上海电力学院 电子教研室23第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路(2)电压增益电压增益2023/4/6上海电力学院 电子教研室24第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路(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2023/4/6上海电力学院 电子教研室25第第6章章 模

18、模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路(4)2023/4/6上海电力学院 电子教研室26第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路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 IE52023/4/6上海电力学院 电子教研室27第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路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

19、载开路）（负载开路）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 2023/4/6上海电力学院 电子教研室28第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路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2023/4/6上海电力学院 电子教研室29第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差

20、分式放大电路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)ro52023/4/6上海电力学院 电子教研室30第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路6.4.2 BJTLM741 集成运算放大器集成运算放大器 6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路2023/4/6上海电力学院 电子教研室312023/4/6上海电力学院 电子教研室32 输输入入级级：由由三三极极管管或或场场

21、效效应应管管构构成成的的差差分分式式放放大大电电路路，提提高高电电路路的的共模抑制比和其他性能。共模抑制比和其他性能。电压放大级电压放大级：提高电路的电压增益。由一级或多级放大电路组成。：提高电路的电压增益。由一级或多级放大电路组成。输输出出级级：由由射射极极跟跟随随器器或或互互补补对对称称电电路路组组成成，提提高高输输出出功功率率，减减小小输出电阻。输出电阻。偏置电路偏置电路：为各级电路提供合适的工作电流。：为各级电路提供合适的工作电流。第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 6.4.2 BJTLM741 集成运算放大器集成运算放大器简化电路：简化电路：第第6章章 模模 拟拟 集集 成成 电电 路路 6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 6.4.2 BJTLM741 集成运算放大器集成运算放大器2023/4/6上海电力学院 电子教研室33T1T6组组成成复复合合管管构构成成差差分分式式放放大大电电路路，信信号号双双端端输输入入，单单端端输输出。出。T16、T17组组成成复复合合管管共共射射极极电电路路电压放大级。电压放大级。T14、T20组组成成两两级级射射极极跟跟随随器器的的输输出出级级。提提高高带带负载能力。负载能力。