6集成電路運(yùn)算放大器ppt課件

1、6.1 6.1 集成電路運(yùn)算放大器中的電流源集成電路運(yùn)算放大器中的電流源6.2 6.2 差分式放大電路差分式放大電路6.3 6.3 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器6.4 6.4 集成電路運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成電路運(yùn)算放大器的主要參數(shù)把整個電路中的元器件制造在一塊硅基片 上，構(gòu)成特定功能的電子電路。 由于制造工藝上的緣由，模擬集成電路與分立元件電由于制造工藝上的緣由，模擬集成電路與分立元件電路相比有以下特點(diǎn)：路相比有以下特點(diǎn)：1 1電阻和電容的值不宜做得太大電阻和電容的值不宜做得太大 電路構(gòu)造上采用直接耦合方式電路構(gòu)造上采用直接耦合方式2 2為抑制直接耦合電路的溫度漂移，常采用差分式放為

2、抑制直接耦合電路的溫度漂移，常采用差分式放大電路作為輸入級大電路作為輸入級3 3盡量采用盡量采用BJTBJT或或FETFET替代電阻電容和二極管等替代電阻電容和二極管等元件元件1. 1. 鏡像電流源鏡像電流源IC2 IC1 IREF VccVBE/ R Vcc / RRRcT1T2Vcc2IBIREFIC1IE1IC2無論無論RC的值如何，的值如何，IC2的電流值將堅(jiān)持不變。的電流值將堅(jiān)持不變。IREFIC1IC2IBIC2 IREFIC2與與IREF互為鏡像互為鏡像RVVBECC2利用利用T3的電流放大作用，的電流放大作用，減小減小IB 對對I RFE的分流作的分流作用，提高用，提高IC3與

3、與I RFE 互互成鏡像的精度成鏡像的精度T1T2RVccT3IB2IB1R2. 2. 微電流源微電流源IREFIC1IE2IC2RRe22IBT1T2VccIE2Re2 = V BE1VBE2IE2Re2+ VBE2= VBE1KVL方程方程IE2 =VBE1VBE2/ Re2 = V BE / Re2 IC2V BE的數(shù)值很小的數(shù)值很小 IC2亦很小，故稱為微電流源亦很小，故稱為微電流源IREF(VccVBE) / RVcc / R3. 3. 電流源作有源負(fù)載電流源作有源負(fù)載 ioV=VVAbeLc)/(rRR beLV=rRA 比用電阻比用電阻Rc作負(fù)載時提高了。作負(fù)載時提高了。放大管放

4、大管鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源 直接耦合放大電路直接耦合放大電路 零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移 電路組成及任務(wù)原理電路組成及任務(wù)原理 抑制零點(diǎn)漂移原理抑制零點(diǎn)漂移原理 差分式放大電路中的普通概念差分式放大電路中的普通概念 主要目的計算主要目的計算 幾種方式目的比較幾種方式目的比較1. 直接耦合放大電路直接耦合放大電路可以放大直流信號可以放大直流信號2.直接耦合放大電路直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移的零點(diǎn)漂移零漂：零漂：主要緣由：主要緣由：溫漂目的：溫漂目的：溫度變化引起，也稱溫漂。溫度變化引起，也稱溫漂。輸入短路時，輸輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。出仍有緩慢變化的電

5、壓產(chǎn)生。溫度每升高溫度每升高1度時，輸出漂移電壓按電壓增益度時，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。電源電壓電源電壓動搖也是動搖也是緣由之一緣由之一例如例如 100,=V1A假設(shè)第一級漂了假設(shè)第一級漂了100 uV，那么輸出漂移那么輸出漂移 1 V。假設(shè)第二級也漂了假設(shè)第二級也漂了100 uV，那么輸出漂移那么輸出漂移 10 mV。假設(shè)假設(shè)F 第一級是關(guān)鍵第一級是關(guān)鍵。 1= 100,=V3V2AA3. 減小零漂的措施減小零漂的措施F 用非線性元件進(jìn)展溫度補(bǔ)償用非線性元件進(jìn)展溫度補(bǔ)償F 采用差分式放大電路采用差分式放大電路漂了漂了 100

6、uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂才干的目的反映抑制零漂才干的目的4. 差分式放大電路中的普通概念差分式放大電路中的普通概念根據(jù)根據(jù)1、2兩式又有兩式又有差分式放大電路輸入輸出構(gòu)造表示圖差分式放大電路輸入輸出構(gòu)造表示圖+vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv 差模信號差模信號)(21=i2i1icvvv 共模信號共模信號idoVD=vvA 差模電壓增益差模電壓增益icoVC=vvA 共模電壓增益共模電壓增益2=idici1vvv 2=idici2vvv 總

7、輸出電壓總輸出電壓icVCidVDooo=vAvAvvv 差模等效輸入方式差模等效輸入方式差放差放+-vid差放差放+-vid(a)(b)共模等效輸入方式共模等效輸入方式差放差放+-vic差模信號輸出差模信號輸出共模信號輸出共模信號輸出VCVDCMR=AAK1. 電路組成及任務(wù)原理電路組成及任務(wù)原理靜態(tài)靜態(tài)0CC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)7 . 0(CCCC RIV CCRIEV CB1B1III vi1 = vi2 = 0動態(tài)動態(tài)僅輸入差模信號，僅輸入差模信號， i2i1vv 和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 c2c1vv和和大小相等，大小相等， 0c2c

8、1o vvv信號被放大。信號被放大。相位相反。相位相反。1. 電路組成及任務(wù)原理電路組成及任務(wù)原理2. 抑制零點(diǎn)漂移抑制零點(diǎn)漂移 溫 度 變溫 度 變化和電源電化和電源電壓動搖，都壓動搖，都將使集電極將使集電極電流產(chǎn)生變電流產(chǎn)生變化。且變化化。且變化趨勢是一樣趨勢是一樣的，的，差分式放大電路對共模信號有很強(qiáng)抑制造用。差分式放大電路對共模信號有很強(qiáng)抑制造用。其效果相當(dāng)于在兩個輸入端參與了共模信號。其效果相當(dāng)于在兩個輸入端參與了共模信號。2. 抑制零點(diǎn)漂移抑制零點(diǎn)漂移 溫度溫度 iC1 iE1 vE （vB1、vB2不變）不變） vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB2 iC2 iE2 iC1

9、iC2 另一方面另一方面 由此看出，溫度升高時，引起兩集電極電流添加，使得由此看出，溫度升高時，引起兩集電極電流添加，使得流過流過Re上的電流添加，發(fā)射極電位上升，從而限制了集電極上的電流添加，發(fā)射極電位上升，從而限制了集電極電流的添加。這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定電流的添加。這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。所以，即使電路處于單端輸出方式時，仍有較強(qiáng)的抑制過程。所以，即使電路處于單端輸出方式時，仍有較強(qiáng)的抑制零漂才干。零漂才干。 3. 主要目的計算主要目的計算1差模電壓增益差模電壓增益 idoVD=vvAi2i1o2o1vvvv 接入負(fù)載時：接入負(fù)載時：雙入、雙出

10、交流通路雙入、雙出交流通路l 雙入、單出雙入、單出i1o122vv becrR beLcVD)21/(=rRRA l 雙入、雙出雙入、雙出 ido1VD1=vvAi1o12vvVD21A bec2rR 接入負(fù)載時接入負(fù)載時beLcVD2)/(=rRRA 3. 主要目的計算主要目的計算1差模電壓增益差模電壓增益l 單端輸入單端輸入beorr 等效于雙端輸入等效于雙端輸入目的計算與雙目的計算與雙端輸入一樣端輸入一樣2共模電壓增益共模電壓增益l 雙端輸出雙端輸出共模信號的輸入使兩管集共模信號的輸入使兩管集電極電壓有一樣的變化電極電壓有一樣的變化所以所以0oc2oc1oc vvv0icocVC vvA

11、共模增益共模增益l 單端輸出單端輸出icoc1VC1vvA 抑制零漂才干加強(qiáng)抑制零漂才干加強(qiáng)icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or VC1ARc1Rc2T1T22ro2ro3共模抑制比共模抑制比VCVDCMRAAK dB lg20VCVDCMRAAK 雙端輸出，理想情況雙端輸出，理想情況 CMRK 單端輸出單端輸出 CMRKVC1VD1AAbeorr 越越大大， CMRK抑制零漂才干抑制零漂才干 越強(qiáng)越強(qiáng)單端輸出時的總輸出電壓單端輸出時的總輸出電壓)1(idCMRicidVD1o1vKvvAv 4頻率呼應(yīng)頻率呼應(yīng)高頻呼應(yīng)與共射電路一樣，低頻可放大直流信號。高頻呼應(yīng)與共射電路一

12、樣，低頻可放大直流信號。VDA4. 幾種方式目的比較幾種方式目的比較VCACMRKbeLc)21/(rRR beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/(rRR 0cLo/2RRr 0oLc2/rRR beorr beorr 輸出方式輸出方式雙出雙出單出單出雙出雙出單出單出idRicRoR4. 幾種方式目的比較幾種方式目的比較輸出方式輸出方式雙出雙出單出單出雙出雙出單出單出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR與共源電路一樣與共源電路一樣ido2VD2vvA 1. 電路組成電路組成2. 差模增益差模增益dm21Rg 3. 差模輸

13、入電阻差模輸入電阻g1idRR M 14.3、4.6、4.7、4.83.6、3.7、3.9二二. . 簡單的集成電路運(yùn)算放大器簡單的集成電路運(yùn)算放大器一一. . 集成電路運(yùn)放內(nèi)部組成原理框圖集成電路運(yùn)放內(nèi)部組成原理框圖AV -+NP VO一一. 集成電路運(yùn)放內(nèi)部組成原理框圖集成電路運(yùn)放內(nèi)部組成原理框圖級間直接耦合級間直接耦合功放功放電壓流放大電壓流放大恒流源恒流源差分式輸入差分式輸入 輸入級 中間級 輸出級 偏 置 電 路Vi1Vi2VoR1R2T1T2T7T8R8T4T3R4R3R7T9T6T5R6R5VEE+VCCvi1+vi2+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREFR1R

14、2T1T2差分式放大電路差分式放大電路T7T8R8鏡像電流源電路鏡像電流源電路T4T3R4R3中間級中間級R7T9電流源電流源T6T5R6R5輸出級輸出級VEE+VCCvi1+vi2+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREFRi2Ro1Ri3Ro2 放大電路的直流計算放大電路的直流計算87)(RVVVIIEEBECCREFC72121CCCIII42243)2(RVRIVIIBECCCRR565335RVVRIVIBEBERCCE66)(0RVIEEE443341121)(RIRIVVVRIVVVRRCCCEECCCCECE 放大電路總電壓增益放大電路總電壓增益AV的計算的計算=

15、AVD AV2 AV3vi2-vi1vo1vo2vo1vovo2AV=其中：其中： 輸入級的電壓增益輸入級的電壓增益AVD112beVDrRA 電壓放大級的電壓增益電壓放大級的電壓增益AV2 輸出級的電壓增益輸出級的電壓增益AV3近似為近似為1)1 ()1 (443322RrrRAbebeVA1vivo103A2vivo105答：答：1. 兩個放大電路能否都可以放大兩個放大電路能否都可以放大0.1mV的信號？的信號？添加了添加了Re電壓增益電壓增益輸出漂移輸出漂移電壓均為電壓均為 200 mV輸出漂移輸出漂移電壓均為電壓均為 200 mV輸入端漂輸入端漂移電壓為移電壓為 0.2 mV輸入端漂輸

16、入端漂移電壓為移電壓為 0.002 mVA1不可以，不可以，A2可以可以 2. 假設(shè)在根本差分式放大電路假設(shè)在根本差分式放大電路中添加兩個電阻中添加兩個電阻Re如下圖。如下圖。那么動態(tài)目的將有何變化？那么動態(tài)目的將有何變化？答：答：雙端輸出差模增益雙端輸出差模增益:差模輸入電阻差模輸入電阻: beLc)21/(rRR VDA idR 2beroLc2/rRR 單端輸出共模增益單端輸出共模增益:VC1A icR)2)(1(21oberr 共模輸入電阻共模輸入電阻:e)1(R e)1(R eR eR 添加了添加了Re添加了添加了Re 3. 差分式放大電路如下圖。分差分式放大電路如下圖。分析以下輸入

17、和輸出的相位關(guān)系：析以下輸入和輸出的相位關(guān)系：反相反相vC1與與vi1同相同相vC2與與vi1同相同相vC1與與vi2反相反相vC2與與vi2反相反相vO與與vi1同相同相vO與與vi24. 靜態(tài)時，兩個輸入端能否有靜態(tài)偏置電流？靜態(tài)時，兩個輸入端能否有靜態(tài)偏置電流？(4)當(dāng)輸出接當(dāng)輸出接12k負(fù)載時的負(fù)載時的電壓增益電壓增益.解：解：求求:mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3 RIVVV +12 + - vo -12 Rc1 Rc2 T2 T1 Re1 iC1 iC2 + - vid T3 Rb1 iE Re2 Rb2 Rc3 Re3 iE3 1k 1k 1

18、0k 10k 3k 12k 10k Ri2 例例。時，時，當(dāng)當(dāng)，均為硅管，均為硅管，、V008050TTTOi321321 vv ?mV5)3(;)2(;)1(OiV2VD2Ve2CE2CE3EC23C vvAAARVVIII時，時，當(dāng)當(dāng)?shù)闹档闹导凹啊?1)靜態(tài)靜態(tài) k3 . 2mV26)1(200E33be3Ir (2)電壓增益電壓增益 +12 + - vo -12 Rc1 Rc2 T2 T1 Re1 iC1 iC2 + - vid T3 Rb1 iE Re2 Rb2 Rc3 Re3 iE3 1k 1k 10k 10k 3k 12k 10k Ri2 mA37. 0c2BE3e3E3C2 RVRIIV9)7 . 0(1037. 012V12E2c2C2CE2 VRIVmA74. 022C2E2E III k2 . 574. 0121074. 07 . 0)12(Ee1EEe2IRIVR k78. 3mV26)1(200E22be2Ir k3