模擬電子康集成電路運(yùn)算放大器電流源差分放大電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1模擬電子康模擬電子康 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器 電流電流(dinli)源源 差分放大電路差分放大電路第一頁(yè)，共45頁(yè)。引言引言(ynyn)(ynyn)集成電路集成電路(jchng-dinl) 采用硅平面制造工藝，將二極管、三極管、電阻采用硅平面制造工藝，將二極管、三極管、電阻(dinz)、電容等元器件以及它們之間的連線同時(shí)制造在一小塊半導(dǎo)體基片上，并封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，構(gòu)成具有特定功能的電路和系統(tǒng)。、電容等元器件以及它們之間的連線同時(shí)制造在一小塊半導(dǎo)體基片上，并封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，構(gòu)成具有特定功能的電路和系統(tǒng)。第1頁(yè)/共45頁(yè)第二頁(yè)，共45頁(yè)。 高增益、高輸入電阻、低輸出電阻的

2、直接耦合的集成的具有很高電壓高增益、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合的集成的具有很高電壓(diny)(diny)放大倍數(shù)的多級(jí)放大電路。放大倍數(shù)的多級(jí)放大電路。（1 1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于實(shí)現(xiàn)需要對(duì)稱結(jié)構(gòu)的電路。）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于實(shí)現(xiàn)需要對(duì)稱結(jié)構(gòu)的電路。（2 2）集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗）集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗(n ho)(n ho)很小，在毫瓦以下。很小，在毫瓦以下。（3 3）不易制造大電阻。需要大電阻時(shí)，往往使用有源負(fù)載。）不易制造大電阻。需要大電阻時(shí)，往往使用有源負(fù)載。（4 4）只能制作幾十）

3、只能制作幾十pFpF以下的小電容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大電容，只能外接。以下的小電容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大電容，只能外接。（5 5）不能制造電感，如需電感，也只能外接。）不能制造電感，如需電感，也只能外接。（6 6）一般無(wú)二極管，用三極管代替）一般無(wú)二極管，用三極管代替(B(B、C C 極接在一起極接在一起) )。集成集成(j chn)運(yùn)算放運(yùn)算放大器大器集成電路的工藝特點(diǎn)集成電路的工藝特點(diǎn)第2頁(yè)/共45頁(yè)第三頁(yè)，共45頁(yè)。集成運(yùn)放集成運(yùn)放(yn fn)的組成的組成：輸入級(jí)：輸入級(jí) 輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路 輸入級(jí)通常要求有盡可能低的零點(diǎn)漂移，較高的

4、共模抑制能力，輸入阻抗高及偏置輸入級(jí)通常要求有盡可能低的零點(diǎn)漂移，較高的共模抑制能力，輸入阻抗高及偏置(pin zh)電流小，因此一般采用差分放大電路。電流小，因此一般采用差分放大電路。 第3頁(yè)/共45頁(yè)第四頁(yè)，共45頁(yè)。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路 中間級(jí)主要承擔(dān)電壓放大的任務(wù)，多采用共射或共源放大電路。中間級(jí)主要承擔(dān)電壓放大的任務(wù)，多采用共射或共源放大電路。 為了為了(wi le)(wi le)提高電壓放大倍數(shù)，提高電壓放大倍數(shù)， 經(jīng)常采用復(fù)合管做放大管，經(jīng)常采用復(fù)合管做放大管， 用恒流源做有源負(fù)載。用恒流源做有源負(fù)載。集成運(yùn)放集成運(yùn)放(yn fn)的組成：中間的組成：中間級(jí)級(jí) 第4頁(yè)/共4

5、5頁(yè)第五頁(yè)，共45頁(yè)。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路 輸出級(jí)要求具有一定的帶負(fù)載能力（即輸出電阻?。┖鸵欢ǖ妮敵鲭妷杭半娏鲃?dòng)態(tài)范圍。因此(ync)輸出級(jí)多采用射極輸出器、 互補(bǔ)對(duì)稱電路。集成運(yùn)放集成運(yùn)放(yn fn)的組成的組成 ：輸出級(jí)輸出級(jí)第5頁(yè)/共45頁(yè)第六頁(yè)，共45頁(yè)。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路 偏置電路用于設(shè)置偏置電路用于設(shè)置(shzh)(shzh)集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 一般采用鏡像電流源，以及由其演變而成的微電流源、多路輸出電流源等。一般采用鏡像電流源，以及由其演變而成的微電流源、多路輸出電流源等。 集成運(yùn)放的組成：偏置集成運(yùn)放的組成：偏

6、置(pin zh)電電路路第6頁(yè)/共45頁(yè)第七頁(yè)，共45頁(yè)。第7頁(yè)/共45頁(yè)第八頁(yè)，共45頁(yè)。輸入輸入(shr)級(jí)級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出輸出(shch)級(jí)級(jí)輸入輸入(shr)級(jí)級(jí)T1、T3 和和 T2、T4簡(jiǎn)化電路簡(jiǎn)化電路偏置電路偏置電路T5、T6有源負(fù)載有源負(fù)載中間級(jí)中間級(jí)T7、T8輸出級(jí)輸出級(jí)T11 T13甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路功率放大電路 ( (OCL) )采用單電源采用單電源( (OTL) )時(shí)，輸入端靜態(tài)電位應(yīng)為時(shí)，輸入端靜態(tài)電位應(yīng)為 0.5VCC。復(fù)合管，共發(fā)射極復(fù)合管，共發(fā)射極具有高增益具有高增益第8頁(yè)/共45頁(yè)第九頁(yè)，共45頁(yè)。6.1 集成電路集成電路(jchng

7、-dinl)運(yùn)算放大運(yùn)算放大器中的電流源器中的電流源 鏡像電流鏡像電流(dinli)源源 多路電流多路電流(dinli)源源 電流源用作有源負(fù)載電流源用作有源負(fù)載 微電流源微電流源 在模擬集成電路中，廣泛地使用電流源，為放大電路提供穩(wěn)定的偏置電流，或作為放大電路的有源負(fù)載。在模擬集成電路中，廣泛地使用電流源，為放大電路提供穩(wěn)定的偏置電流，或作為放大電路的有源負(fù)載。第9頁(yè)/共45頁(yè)第十頁(yè)，共45頁(yè)。電流電流(dinli)源電路源電路1. 鏡像電流鏡像電流(dinli)源源BE1BE2=VVE1E2= IIC1C2= IIT1T1、T2T2的參數(shù)的參數(shù)(cnsh)(cnsh)全同全同 即即12，I

8、CEO1ICEO2 當(dāng)當(dāng)BJT的的較大時(shí)，基極電流較大時(shí)，基極電流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF RVVRVVVEECCEEBECC)( 代表符號(hào)代表符號(hào)第10頁(yè)/共45頁(yè)第十一頁(yè)，共45頁(yè)。電流電流(dinli)源電路源電路1. 鏡像電流鏡像電流(dinli)源源動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)(dngti)(dngti)電阻電阻 2B12CE2Co)(Ivir 一般一般ro在幾百千歐以上在幾百千歐以上ce r 第11頁(yè)/共45頁(yè)第十二頁(yè)，共45頁(yè)。電流電流(dinli)源電路源電路2. 微電流微電流(dinli)源源e2BE2BE1RVV E2C2OIII e2BERV 由于由于很小很小，BEV 所以所

9、以(suy)IC2也很小。也很小。rorce2（1 ） e2be2e2RrR （參考射極偏置共射放大電路的輸出電阻（參考射極偏置共射放大電路的輸出電阻 ）oR 第12頁(yè)/共45頁(yè)第十三頁(yè)，共45頁(yè)。例 圖示電路(dinl)為串級(jí)電流源，已知VBE=0.6 V，求輸出電流Io。 mARVVVIVVVRIBEBECCRCCBEBER38. 1106 . 02154141mA38. 1RoII 解解 由圖可得 第13頁(yè)/共45頁(yè)第十四頁(yè)，共45頁(yè)。電流電流(dinli)源源1. MOSFET鏡像電流鏡像電流(dinli)源源當(dāng)器件當(dāng)器件(qjin)具有不同的寬長(zhǎng)具有不同的寬長(zhǎng)比時(shí)比時(shí)RVVVIIIG

10、SSSDDREFD2O REF1122O/ILWLWI （ =0=0）ro= rds2 MOSFET基本鏡像電路流基本鏡像電路流 第14頁(yè)/共45頁(yè)第十五頁(yè)，共45頁(yè)。電流電流(dinli)源源1. MOSFET鏡像電流鏡像電流(dinli)源源2T2GS22n2T2GS22n2D2)( )()/(VVKVVKLWI 用用T3代替代替(dit)R，T1T3特性相同，且工作在放大區(qū)，當(dāng)特性相同，且工作在放大區(qū)，當(dāng)=0時(shí)，輸出電流為時(shí)，輸出電流為 常用的鏡像電流源常用的鏡像電流源 第15頁(yè)/共45頁(yè)第十六頁(yè)，共45頁(yè)。電流電流(dinli)源源2. MOSFET多路電流多路電流(dinli)源源R

11、EF1122D2/ILWLWI REF1133D3/ILWLWI REF1144D4/ILWLWI 2T0GS0n0D0REF)( VVKII 第16頁(yè)/共45頁(yè)第十七頁(yè)，共45頁(yè)。電流電流(dinli)源源3. JFET電流電流(dinli)源源(a) 電路電路(dinl) (b) 輸出特性輸出特性 第17頁(yè)/共45頁(yè)第十八頁(yè)，共45頁(yè)。6.2 差分式放大差分式放大(fngd)電路電路差分式放大電路差分式放大電路(dinl)的一般結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)射極耦合差分射極耦合差分(ch fn)式放大電路式放大電路源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路第18頁(yè)/共45頁(yè)第十九頁(yè)，共45頁(yè)。差分式放大

12、差分式放大(fngd)電路的一般結(jié)構(gòu)電路的一般結(jié)構(gòu)1. 用三端器件組成的差分用三端器件組成的差分(ch fn)式放式放大電路大電路第19頁(yè)/共45頁(yè)第二十頁(yè)，共45頁(yè)。差分式放大電路差分式放大電路(dinl)的一般結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)2. 有關(guān)有關(guān)(yugun)概概念念i2i1id=vvv 差模信號(hào)差模信號(hào)(xnho)(21=i2i1icvvv 共模信號(hào)共模信號(hào)idod=vvv A差模電壓增益差模電壓增益icoc=vvv A共模電壓增益共模電壓增益icciddooo =vvvvvvvAA 總輸出電壓總輸出電壓其中其中ov 差模信號(hào)產(chǎn)生的輸出差模信號(hào)產(chǎn)生的輸出ov 共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出

13、共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指標(biāo)反映抑制零漂能力的指標(biāo)cdCMR=vvAAK第20頁(yè)/共45頁(yè)第二十一頁(yè)，共45頁(yè)。差分式放大電路差分式放大電路(dinl)的一般結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)2. 有關(guān)有關(guān)(yugun)概念概念根據(jù)根據(jù)(gnj)2=idici1vvv 2=idici2vvv i2i1id=vvv )(21=i2i1icvvv 有有 共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分 差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分 兩輸入端中的共模信號(hào)大小相等，相位相同；差模信號(hào)大小相等，相位相反。兩輸入端中的共模信號(hào)大

14、小相等，相位相同；差模信號(hào)大小相等，相位相反。第21頁(yè)/共45頁(yè)第二十二頁(yè)，共45頁(yè)。射極耦合差分射極耦合差分(ch fn)式放大電路式放大電路1. 電路組成及工作電路組成及工作(gngzu)原理原理第22頁(yè)/共45頁(yè)第二十三頁(yè)，共45頁(yè)。射極耦合差分射極耦合差分(ch fn)式放大電路式放大電路1. 電路電路(dinl)組成及工組成及工作原理作原理靜態(tài)靜態(tài)(jngti)OCC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)V7 . 0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 第23頁(yè)/共45頁(yè)第二十四頁(yè)，共45頁(yè)。動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)(dngti)僅輸入僅輸入(shr)差模信號(hào)，差模信號(hào)，

15、 i2i1vv和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 O2O1vv和和大小相等，大小相等， 0O2O1o vvv信號(hào)信號(hào)(xnho)被放大。被放大。相位相反。相位相反。1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理第24頁(yè)/共45頁(yè)第二十五頁(yè)，共45頁(yè)。2. 抑制零點(diǎn)漂移抑制零點(diǎn)漂移(pio y)原理原理 溫度變化溫度變化(binhu)(binhu)和和電源電壓波動(dòng)，都將使集電源電壓波動(dòng)，都將使集電 極 電 流 產(chǎn) 生 變 化電 極 電 流 產(chǎn) 生 變 化( b i n h u )( b i n h u ) 。 且 變 化。 且 變 化(binhu)(binhu)趨勢(shì)是相同的趨勢(shì)是相同的，

16、其效果相當(dāng)于在兩個(gè)其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模輸入端加入了共模(n (n m)m)信號(hào)。信號(hào)。第25頁(yè)/共45頁(yè)第二十六頁(yè)，共45頁(yè)。 iC1 iC2 溫度溫度 iC1 iE1 iC2 iE2 這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度(wnd)(wnd)穩(wěn)定過程。所以，即使電路處于單端輸出方式時(shí)，仍有較強(qiáng)的抑制零漂能力。穩(wěn)定過程。所以，即使電路處于單端輸出方式時(shí)，仍有較強(qiáng)的抑制零漂能力。 vE （vB1、vB2不變）不變） vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB2 2. 抑制零點(diǎn)抑制零點(diǎn)(ln din)漂移原理漂移原理差分差分(ch fn)(ch f

17、n)式放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)抑制作式放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)抑制作用用第26頁(yè)/共45頁(yè)第二十七頁(yè)，共45頁(yè)。3. 主要主要(zhyo)指標(biāo)計(jì)算指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況(qngkung) idod=vvvAi2i1o2o1vvvv 接入負(fù)載接入負(fù)載(fzi)時(shí)時(shí)i1o122vv becrR beLcd)21/(=rRRA v以雙倍的元器件換以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力 雙入、雙出雙入、雙出第27頁(yè)/共45頁(yè)第二十八頁(yè)，共45頁(yè)。3. 主要主要(zhyo)指標(biāo)計(jì)算指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況(qngkung) 雙入、單出雙入、單出 ido1d1=vvvAi1o1

18、2vvd21vA bec2rR 接入負(fù)載接入負(fù)載(fzi)時(shí)時(shí)beLcd2)/(=rRRA v第28頁(yè)/共45頁(yè)第二十九頁(yè)，共45頁(yè)。3. 主要主要(zhyo)指標(biāo)計(jì)算指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況）差模情況(qngkung) 單端輸入單端輸入(shr)(shr)eorr 等效于雙端輸入等效于雙端輸入 指標(biāo)計(jì)算與雙指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同。端輸入相同。第29頁(yè)/共45頁(yè)第三十頁(yè)，共45頁(yè)。3. 主要主要(zhyo)指標(biāo)計(jì)算指標(biāo)計(jì)算（2）共模）共模(n m)情況情況 雙端輸出雙端輸出(shch)(shch) 共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以所以0

19、oc2oc1oc vvv0icocc vvvA共模增益共模增益第30頁(yè)/共45頁(yè)第三十一頁(yè)，共45頁(yè)。 單端輸出單端輸出(shch)(shch)icoc1c1vvv A抑制抑制(yzh)零漂能力增強(qiáng)零漂能力增強(qiáng)icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or c1vA3. 主要指標(biāo)主要指標(biāo)(zhbio)計(jì)計(jì)算算（2）共模情況）共模情況第31頁(yè)/共45頁(yè)第三十二頁(yè)，共45頁(yè)。（3）共模）共模(n m)抑制比抑制比cdCMRvvAAK dB lg20cdCMRvvAAK 雙端輸出，理想雙端輸出，理想(lxing)(lxing)情況情況 CMRK 單端輸出單端輸出(shch)(shch) C

20、MRKc1d1vvAAbeorr 越越大大， CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力越強(qiáng)越強(qiáng)單端輸出時(shí)的總輸出電壓?jiǎn)味溯敵鰰r(shí)的總輸出電壓)1(idCMRicidd1o1vvvvvKA （4）頻率響應(yīng)）頻率響應(yīng)高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號(hào)。高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號(hào)。第32頁(yè)/共45頁(yè)第三十三頁(yè)，共45頁(yè)。例例(4)當(dāng)輸出接一個(gè)當(dāng)輸出接一個(gè)12k負(fù)載時(shí)的差模電壓負(fù)載時(shí)的差模電壓(diny)增益增益.解：解：求求:mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3 RIVVV。時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)，均為硅管，均為硅管，、V008050TTTOi321321 vv

21、?mV5)3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23C vvvvv時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)?shù)闹档闹导凹?、AAARVVIII(1)靜態(tài)靜態(tài)(jngti)第33頁(yè)/共45頁(yè)第三十四頁(yè)，共45頁(yè)。 k3 . 2mV26)1(200E33be3Ir (2)電壓電壓(diny)增益增益mA37. 0c2BE3e3E3C2 RVRII V9V )7 . 0(1037. 012V12E2c2C2CE2 VRIVmA74. 022C2E2E III k2 . 5k 74. 0121074. 07 . 0)12(Ee1EEe2IRIVR k78. 3mV26)1(200E22be2Ir 第34頁(yè)/共45頁(yè)第三十

22、五頁(yè)，共45頁(yè)。 k3 .245)1(e33be3i2RrR (3)50)(2)/(b1bei2c22d2 RrRRAv9 . 3)1()/(e33beL3c32 RrRRAv1952d2 vvvAAAmV5 . 2)0mV5(21)(21i2i1ic vvv差分電路差分電路(dinl)的共模增益的共模增益3 . 0)(2)1()/(e2e12b1bei2c22c2 RRRrRRAvmV972)9 . 3(5 . 2)3 . 0(550)(2icc2idd22O2O vvvvvvvvAAAA共模輸入共模輸入(shr)電壓電壓不計(jì)共模不計(jì)共模(n m)輸出電壓時(shí)輸出電壓時(shí)mV975O v第35頁(yè)

23、/共45頁(yè)第三十六頁(yè)，共45頁(yè)。(4)時(shí)時(shí) k12LR95. 1)1()/(e33beL3c32 RrRRAv5 .972d2 vvvAAA第36頁(yè)/共45頁(yè)第三十七頁(yè)，共45頁(yè)。4. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分帶有源負(fù)載的射極耦合差分(ch fn)式放大式放大電路電路靜態(tài)靜態(tài)(jngti) (jngti) IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO IE5第37頁(yè)/共45頁(yè)第三十八頁(yè)，共45頁(yè)。4. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大(fngd)電路電路差模電壓增益差模電壓增益（負(fù)載（負(fù)載(fzi)(fzi)開路）開路） 0ce4o2ce2o2c2c4 rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2ido2d2)/(rrrvvAv 則則 單端輸出的電壓?jiǎn)味溯敵龅碾妷?diny)(diny)增益接近于雙端輸出