(2.6)--第七章《模拟集成电路》模拟电子技术.ppt

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1、7 模拟集成电路模拟集成电路中的直流偏置技术差分式放大电路集成电路运算放大器实际集成运算放大器的主要参数模拟集成电路中的直流偏置技术 BJT电流源电路1.镜像电流源(mirror current sources)BJT电流源电路+VCCT1T2RIREFIC1iC22IB-VEEvCET1与T2参数完全相同T1对T2具有温度补偿作用IC2IC1R 压降VBEIC21.镜像电流源(mirror current sources)+VCCT1T2RIREFIC1iC22IB-VEEvCEIO与IREF相等，构成镜像关系，改变R值，可以获得不同的IO，不受T2负载变动的影响较小时，IB对IREF的分流

2、作用影响镜像对称度。若需减小输出电流，必要求R 的值很大动态输出电阻 BJT电流源电路2.微电流源(widlar current source)利用发射结电压对集电极电流的影响作用。T2的射极电阻使其发射结电压减小，从而减小其集电极电流IC2+VCCT1T2RRe2IREFIC1IC22IB-VEE BJT电流源电路2.微电流源(widlar current source)+VCCT1T2RRe2IREFIC1IC22IB例题：VCC=30V，现要求IC2 10A。若采用镜像电流源：BJT电流源电路2.微电流源(widlar current source)+VCCT1T2RRe2IREFIC1

3、IC22IB选Re2 11.97k，利用公式：若采用微电流源：代入数据，BJT电流源电路多路电流源(multiple outputs)又称比例电流源+VCCT1T1RRe1IREFIC1IC1 IBReT0IC2Re2T2T3Re3IC3 BJT电流源电路3.高输出阻抗电流源+VCCT1T2RIREFIC1IC22IB-VEET3IC3威尔逊电流源电路利用电流负反馈原理来进一步提高镜像输出电流的温度稳定性和增大动态输出电阻A1、A3为T1、T3得相对结面积当温度或负载变化使IO(IC2)增大时，IE2随之增大，IC3及其镜像电流IC1亦随之增大，促使VC1(VB2)减小、IB2减小，IO减小，

4、稳定了IO BJT电流源电路4.组合电流源+VCCT1T2R1IREFI2I3R3T3-VEET4T5I5I6R2T6电流源电流阱 BJT电流源电路5.电流源作有源负载IREFT2T3T1RvOvi+VCC可使电路在不提高电源电压的条件下，获得较高的电压增益与较大的动态范围有源负载是模拟集成电路的重要特征。采用有源负载的运放，有时中间只需两级放大，就可以满足高增益的要求。这样，放大器级数减少，有利于提高多级放大器的稳定性镜像电流源作为T1的集电极负载 BJT电流源电路差分式放大电路 概述差分式放大电路一般结构 射极耦合差分式放大电路 源极耦合差分式放大电路 概述(1)级间耦合不能采用阻容耦合方

5、式(2)出现零点漂移直流放大器直流信号放大中存在的问题tvo零漂现象：输入vi=0时，输出有缓慢变化的电压产生。产生零漂的原因：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。+-Re1b1Rc1RT1ovviTV2CCRe2VCC概述 若输出有1 V的漂移电压。则等效输入有100 uV的漂移电压。假设第一级是关键减小零漂的措施：用非线性元件进行温度补偿。采用差动放大电路。等效 100 uV漂移 1 V+-Re1b1Rc1RT1

6、ovviTV2CCRe2VCC概述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a.差分放大电路一般有两个输入端：双端输入从两输入端同时加信号单端输入仅从一个输入端对地加信号 b.差分放大电路可以有两个输出端：双端输出从vO1 和vO2输出单端输出从vO1或vO2对地输出vi1R1T1R2vi2V+V-vO1vO2IOroT2O1O2I1I2+-+-e差模输入电流共模输入电流共模输入电流差模(difference mode)信号：大小相等相位相反的两个信号：vid共模(common-mode)信号：大小相等相位相同的两个信号：vic任意两个信号总可以分解成差模与共模两个分量：差模电

7、压增益共模电压增益2.差模信号和共模信号的概念差分式放大电路的一般结构 射极耦合差分式放大电路1.基本电路+_rRT+RbTCC1REEvOb2VRccV+i2vvi1oidv2idv2I0Eo2v+vo1射极耦合（Emitter-coupled)方式射极耦合差分式放大电路2.工作原理静态分析：+_rRT+RbTCC1REEvOb2VRccV+i2vvi1oidv2idv2I0Eo2v+vo1动态分析：流过恒流源的电流不变，故BJT的射极电位不变；负载中点电位不变，以上各点对差模信号视为短路。（1）差模电压放大倍数+2+REidb2TvTi1idb1RRvcc+i22vRvvEv+o1ovo2

8、射极耦合差分式电路+_rRT+RbTCC1REEvOb2VRccV+i2vvi1oidv2idv2I0Eo2v+vo13.主要技术指标计算有负载时：无负载时：RL/2rbeRCrbeRCRL/2射极耦合差分式电路+2+REidb2TvTi1idb1RRvcc+i22vRvvEv+o1ovo2（）共模电压放大倍数i2v+_rRT+RbTCC1REEvOb2VRccV+vi1oicv2icv2I0Eo2v+vo1LRvvcicb1Ricci1T2RRRvvT+i2bR+LOr2Or2+vOC射极耦合差分式电路rbeRC2rorbeRC2ro射极耦合差分式电路vvcicb1Ricci1T2RRRvv

9、T+i2bR+LOr2Or2+vOC衡量差分式放大电路抑制共模信号的能力。差分式放大电路双端输出时：KCMR为无穷大；单端输出时：（）共模抑制比射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路 单端输入等效双端输入:因为ro从T2发射结电阻，故 ro可视为开路，于是有vi1=vi2 =vid/2 计算同双端输入双端输出：单端输入、双端输出的方式rRT+RbT1Ob2idviei1v+-i2v+-RRcc射极耦合差分式放大电路单端输入、双端输出的方式rRT+RbT1Ob2idviei1v+-i2v+-RRccvid/2vid/2vid/2几种方式指标比较输出方式双出单出双出单出+_rT+RbTCC1

10、REEvO2VRccV+i2vvi1oidvIOEo2v+vo1+_rTRbTCC1REEO2VRccVvoidvIOEo2v+vo1+几种方式指标比较输出方式双出单出双出单出+_rT+RbTCC1REEvO2VRccV+i2vvi1oidvIOEo2v+vo1+_rTRbTCC1REEO2VRccVvoidvIOEo2v+vo1+例1：50，Rb=20k，Rc=RL=Re=20k，rbb=300，VBEQ=0.6V求：静态时IB1、IC1、VCE1；双端输出时A vd、Avc、KCMR、差模输入输出电阻 浮地入、浮地出的工作状态。静态时，两只BJT的集电极电位相等，RL对静态无影响；Re中电

11、流为2IE，差模信号下，Re相当于短路；差模交流负载为RL的一半vovi+12VRcRbRcRbRe12Vvovi+12VRcRbRcRbRe12V50，Rb=20k，Rc=RL=Re=20k，rbb=300，VBEQ=0.6V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eRRe6Re5T6-VEE(-6V)T5IREFIC5=IOIE6IE5vid/2VCC(6V)iOT1T2iC1vO2iC3iC2iC4-vid/2T3T42N39062N3904511004.7kIC6vid/2ioT1T2ic1=gmvid/2vo2ic3ic4-vid/2T3T4ic2=-gmvid/2e4e

12、2c24.带有源负载的射极耦合差分式vid/2ioT1T2ic1=gmvid/2vo2ic3ic4-vid/2T3T4ic2=-gmvid/2e4e2c2rce4ic4=gmvid/2rce2vo2e4e2c2ic2=-gmvid/2ic4ic2+-射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+-T7T8-VSS(-5V)VGS7iD2T1iD3T3iS3+-+-+-VGS8vGS1-VGS3NMOS+-T6VGS6+-T5-VGS5+-T2vGS2+-T4-VGS4iS5=IREFiS4NMOSPMOSvO1vO2iD1+VDD(+5V)iD6+-VDS5+-VDS

13、6+-VDS7vs+-vi2=-vid/2vi1=vid/2+-iO双入双出源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路id2=-gmvid/2T1id3=id1T3+-T2vGS2T4vo2s3vs+-vi2=-vid/2vi1=vid/2+-s4d4d2id1=gmvid/2id4=id1=-gmvid/2ro4id4=gmvid/2ro2vo2s4s2d2id2=-gmvid/2+-双入单出源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路ro4id4=gmvid/2ro2vo2s4s2d2id2=-gmvid/2+-双入单出源极耦合差分式放大电路2.JFET差分式放大电路vi1+VD

14、D+15VRd1Rg1Rd2T1T2Rg2-VSS-12VvO2vi2T3IOVs+-vGS1+-vGS2vO1Rd1Rd2Rg1Rg2特点：输入电阻高、输入偏置电流小集成电路运算放大器BJTLM741集成运算放大器集成电路运算放大器uuu电压放大级输出级偏置电路vo+差分输入级vidABBJTLM741集成运算放大器AB实际集成运放的主要参数1.输入失调电压VIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。输入直流误差特性、差模特性、共模特性、大信号特性、电源特性VOIBNIBPIBNIBP 2.输入偏置电流IIB 输入电压为零时，运

15、放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。实际集成运放的主要参数3.输入失调电流 IIO：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。实际集成运放的主要参数4.温度漂移输入失调电压温漂 在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。输入失调电流温漂在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。实际集成运放的主要参数 5.开环差模电压增益 AVO和带宽BW ：无反馈时的差模电压增益。一般Avo在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。fHf/Hz20lgAVO/dB0204060

16、8010102103104105106fT100-10-20 dB/十倍频程106 dB实际集成运放的主要参数 开环带宽BW(f H)：运放的开环差模电压放大倍数在高频段下降3dB所对应的带宽 f H。fHf/Hz20lgAVO/dB02040608010102103104105106fT100-10-20 dB/十倍频程106 dB实际集成运放的主要参数单位增益带宽BWG(f T)：AVO=1时的频率。7.差模输入电阻rid和输出电阻ro：双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。ro=几-几十。7.最大差模输入电压Vidmax 运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时，差分管将出现反向击穿现象。实际集成运放的主要参数9.最大共模输入电压Vicmax 在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。通用型运放在(80120)dB8.共模抑制比 KCMR和共模输入电阻ric KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)实际集成运放的主要参数AVO、rid、BW、SR、KCMR视为无穷大；VIO、ro、IIO、IIB及温漂视为零；理想运放 实际集成运放的主要参数