模擬集成電路

模擬集成電路第1頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.1電流源6.2差分式放大電路6.3集成電路運算放大器6.4集成電路運算放大器的主要參數(shù)6集成電路運算放大器6.0概述第2頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五一、集成電路(integratedcircuit)：

在半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ)上，把整個電路中的器件（電阻、電容、三極管等）制造在一塊Si基片上，并引出相應(yīng)的引線，構(gòu)成特定功能的電子電路。

如：運放、各種芯片等。概述第3頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五二、按功能分類：模擬集成電路數(shù)字集成電路三、集成度：小規(guī)模集成電路（SSI）<102

中規(guī)模集成電路（MSI）<103大規(guī)模集成電路（LSI）<105、超大規(guī)模集成電路（VLSI）>105、

(如：CPU310萬---330萬)Intel奔騰4第4頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6集成電路運算放大器集成電路的工藝特點：6.0概述（5）不能制造電感，如需電感，也只能外接。（4）只能制作幾十pF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，只有外接。（3）不易制造大電阻。需要大電阻時，往往使用有源負(fù)載（2）集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于實現(xiàn)需要對稱結(jié)構(gòu)的電路。第5頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五要求：提供恒定電流IO，且有大的交流電阻其兩端電壓變化時，IO保持恒定。++Iorov_-ro§6.1集成電路運放中的電流源第6頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五二、恒流特性一、電路組成當(dāng)較大(>>2)時：三極管T1、T2對稱6.1.1.1鏡像電流源（P258）結(jié)論：無論Rc值如何,IC2電流值保持不變（前提：電源要穩(wěn)定）第7頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)較小時，可用

帶緩沖級的鏡像電流源增加T0，使IC更加接近IREF三、鏡像電流源特點3.電流最低至mA級。1內(nèi)阻ro一般在幾百千歐以上2.電流受電源波動影響大；4.具有溫度補償特性。第8頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五由于很小，所以IC2也很小一、電路特點二、工作原理（Re2K級）2受電源波動影響?。?

IC2uA級；優(yōu)點：1內(nèi)阻ro一般在幾百千歐以上6.1.1.2微電流源（P259）4.具有溫度補償特性。第9頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五T1、T2、T3的基極并聯(lián)。

電路用一個基準(zhǔn)電流IREF獲得了多個電流輸出。6.1.1.3多路電流源：第10頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五放大管提供直流偏置

作為有源負(fù)載例電流源作為有源負(fù)載：6.1.1.4

電流源作用鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源例P3156.6.1第11頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五舉例：P282集成運放微電流源直流偏置鏡像電流源有源負(fù)載電流源直流偏置第12頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.1.2FET電流源（P260）一、

MOSFET鏡像電流源：二、

MOSFET多路電流源：三、

JFET電流源：(與BJT電流源比較，自學(xué)，了解)第13頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五直接耦合放大電路零點漂移電路組成及工作原理抑制零點漂移原理

6.2.0

概述

6.2.1

基本差分式放大電路

6.2.2

FET差分式放大電路

6.2.3

差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路中的一般概念主要指標(biāo)計算幾種方式指標(biāo)比較6.2差分式放大電路第14頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五1.直接耦合放大電路可以放大直流信號2.直接耦合放大電路的零點漂移零漂：主要原因：溫漂指標(biāo)：#為什么一般的集成運算放大器都要采用直接耦合方式？主要由溫度變化引起，也稱溫漂。輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。溫度每升高1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。6.2.0概述第15頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五若第一級漂了100uV，則輸出漂移1V。若第二級也漂了100uV，則輸出漂移10mV。假設(shè)3.減小零漂的措施用非線性元件進(jìn)行溫度補償調(diào)制解調(diào)方式。如“斬波穩(wěn)零放大器”采用差分式放大電路漂了100uV漂移

10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV6.2.0概述第16頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五4.差分式放大電路中的一般概念差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖+-vi1+-vi2+-vo1差放vo2+-+-vid+-vod差模信號共模信號idodVD=vvA差模電壓增益icocVC=vvA共模電壓增益差模信號輸出共模信號輸出6.2.0概述兩個輸入信號的差值兩個輸入信號的算術(shù)平均值根據(jù)以上兩式可以得到第17頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五共模抑制比反映抑制零漂能力的指標(biāo)總輸出電壓icVCidVDvAvA+=ocodo=vvv+差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖+-vi1+-vi2+-vo1差放vo2+-+-vid+-vod6.2.0概述第18頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五

1=2=

rbe1=rbe2=rbe

兩個BJT特性一致，參數(shù)相等。

VBE1=VBE2=VBE

1.電路組成

差放一般有兩個輸入端：雙端輸入—兩輸入端同時加信號單端輸入—一輸入端對地加信號

差放可以有兩個輸出端:雙端輸出—從C1

和C2輸出。單端輸出—從C1或C2

對地輸出。6.2.1基本差分式放大電路C1C2第19頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大電路1.電路組成恒流源的作用根據(jù)輸入、輸出方式不同，可分為四種工作方式:雙端輸入、雙端輸出；雙端輸入、單端輸出；單端輸入、單端輸出；單端輸入、雙端輸出；相當(dāng)于阻值很大的電阻。C1C2第20頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大電路1.電路組成差模信號：共模信號：差模電壓增益共模電壓增益總輸出電壓（差模、共模、任意輸入）第21頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大電路2.工作原理以雙端輸入、雙端輸出為例靜態(tài)分析(vi1=vi2=0)第22頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五c1c2ic2ic12.動態(tài)分析：

(1)差模輸入：vi1iC1vC1vC1vC2vi2vC2iC2vo

=vC1

–

vC2

=2vC1

結(jié)論1：差分式放大電路對差模信號有放大能力。第23頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五

（2）共模輸入：vi1iC1vC2vC1vi2iC2vC1vC2c1c2ic2ic1vo

=vC1

–

vC2=0結(jié)論2：差分式放大電路對共模信號有抑制能力。第24頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五3.差放抑制零漂溫度變化和電源電壓波動，都將使集電極電流變化。且變化趨勢相同差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用。其效果相當(dāng)于在兩輸入端加入了共模信號。6.2.1基本差分式放大電路第25頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五4、主要技術(shù)指標(biāo)計算(P265)

差模電壓增益差模輸入電阻單(雙)出輸出電阻共模電壓增益共模輸入電阻單(雙)出輸出電阻c1c2ic2ic1第26頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五雙端輸入，差模信號為：vi1=-vi2=vid/2交流通路:

電流源

IO

+VCC、-VEE

交流短接交流短接1.差模電壓增益第27頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五(1)雙入雙出AVD(P265)（單邊電路增益）有負(fù)載RL

時：負(fù)載開路時：第28頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五(2)雙入單出AVD

：第29頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五雙端輸入，共模信號為：vi1=vi2=vic交流通路:

電流源IO

+VCC、-VEE交流短接電流源內(nèi)阻ro等效變換電路：2.共模電壓增益c1c2第30頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五(1)雙入雙出AVCvi1=vi2=viC

T1、T2電路對稱vO1=vO2vO=

vO1-vO2=0=0結(jié)論：

雙入雙出時差放抑制零漂能力最強

第31頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五(2)雙入單出AVC

vi1=vi2=vicvO=

vO1第32頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五3.單端輸入差分式放大電路：結(jié)果自行分析P266第33頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五（3）共模抑制比雙端輸出，理想情況單端輸出抑制零漂能力越強6.2.1基本差分式放大電路4.主要指標(biāo)計算第34頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大電路

(1)差模電壓放大倍數(shù)

與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：

差動放大器動態(tài)參數(shù)計算總結(jié)

雙端輸出時：

單端輸出時：

(2)共模電壓放大倍數(shù)

與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：

雙端輸出時：

單端輸出時：第35頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大電路

(3)差模輸入電阻

不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。

beid2rR=單端輸出時，雙端輸出時，(5)共模抑制比第36頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五討論：單端輸出：KCMR共模抑制能力ro雙端輸出：共模抑制能力最強；提高電路的KCMR重要因素：

保證電路的對稱性；

保證足夠大的發(fā)射極電阻ro第37頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.2.3FET差分式放大電路：P272，自學(xué)6.2.4差分式放大電路傳輸特性：P277，自學(xué)第38頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五討論1:差分式放大電路實例恒流源IE=(VZ-VBE3)/Re

IC3=(UR2-VBE3)/Re

第39頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五討論2:設(shè)β1=β2=β3=β4=100，VBE1=VBE2=0.7V，VBE3=VBE4=0.6V。求靜態(tài)時VCE1解：鏡像電流源VCE1=2.6V第40頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五

6.4.1CMOSMC14573集成電路運算放大器6.4集成電路運算放大器自學(xué)了解第41頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.4.2概述集成電路運算放大電路內(nèi)部組成原理框圖第42頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.4.2概述＋－u-－u+uo－＋＋∞反相輸入端u－同相輸入端u+輸出端uo國際符號：國內(nèi)符號：集成運放的特點：電壓增益高輸出電阻小輸入電阻大第43頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.4.2運算放大器的組成輸入級中間級輸出級同相輸入端輸出端反相輸入端+UCC–UEEuou–u+輸入級：輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干擾信號，都采用帶恒流源的差放

。中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。輸出級：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強，一般由互補對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。第44頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.4.2通用型集成電路運算放大器第45頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.5集成電路運算放大器的主要參數(shù)1.輸入失調(diào)電壓VIO2.輸入偏置電流IIB3.輸入失調(diào)電流IIO4.溫度漂移（1）輸入失調(diào)電壓溫漂VIO/

T（2）輸入失調(diào)電流溫漂IIO/

T5.最大差模輸入電壓Vidmax6.最大共模輸入電壓Vicmax7.最大輸出電流Iomax第46頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.5集成電路運算放大器的主要參數(shù)8.開環(huán)差模電壓增益AVO9.開環(huán)帶寬BW

(fH)10.單位增益帶寬

BWG(fT)11.轉(zhuǎn)換速率SR第47頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五輸入電壓為零時，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。是表征運放內(nèi)部電路對稱性的指標(biāo)。6.5集成運算放大器的主要參數(shù)2.輸入失調(diào)電壓溫漂

dVio/dT（輸入誤差）在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。1.輸入失調(diào)電壓Vio（輸入誤差）第48頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五4.輸入失調(diào)電流

Iio

（輸入誤差）在零輸入時，差分輸入級的差分對管基極電流之差，用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。

3.輸入偏置電流IB

（輸入誤差）輸入電壓為零時，運放兩個輸入端偏置電流的平均值，用于衡量差分放大對管輸入電流的大小。5.輸入失調(diào)電流溫漂dIio/dT（輸入誤差）在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。6.5集成運算放大器的主要參數(shù)第49頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.最大差模輸入電壓Vidmax運放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時,差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。7.最大共模輸入電壓Vicmax在保證運放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過此值時，輸入差分對管出現(xiàn)飽和，放大器失去共模抑制能力。6.5集成運算放大器的主要參數(shù)第50頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五

8.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Aod

：

無反饋時的差模電壓增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益運放可達(dá)140dB以上。

9.差模輸入電阻rid

：

雙極型管輸入級約為105～106歐姆，場效應(yīng)管輸入級可達(dá)109歐姆以上。

10.共模抑制比

KCMR

：

KCMR=20lg(Avd/Avc)

(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高達(dá)180dB。6.5集成運算放大器的主要參數(shù)第51頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五

11.－3dB帶寬

fH

：

12.轉(zhuǎn)換速率SR(壓擺率)：反映運放對于快速變化的輸入信號的響應(yīng)能力。轉(zhuǎn)換速率SR的表達(dá)式為

6.5集成運算放大器的主要參數(shù)第52頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五運算放大器外形圖第53頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五運算放大器外形圖第54頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五6.4特殊集成運算放大器為滿足實際使用中對集成運放性能的特殊要求，除性能指標(biāo)比較適中的通用型運放外，還有適應(yīng)不同需要的專用型集成運放。它們在某些技術(shù)指標(biāo)上比較突出。根據(jù)運算放大器的技術(shù)指標(biāo)可以對其進(jìn)行分類，主要有通用、高速、寬帶、高精度、高輸入電阻和低功耗等幾種。第55頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五

用于寬頻帶放大器，高速A/D、D/A，高速數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)。這種運放的單位增益帶寬和壓擺率的指標(biāo)均較高，用于小信號放大時，可注重fH或fc，用于高速大信號放大時，同時還應(yīng)注重SR。例如：

CF2520/2525AD9620AD9618

OP37

CF357

一.高速型和寬帶型第56頁，共61頁，2023年，2月20日，星期五

用于精密儀表放大器，精密測試系統(tǒng)，精密傳感器信號變送器等。例如：

OP177

CF714

二.高精度