模擬集成電路之差分放大電路

6.2差分式放大電路6.2.1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)6.2.2射極耦合差分式放大電路6.2.3源極耦合差分式放大電路6.2.1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)1.用三端器件組成的差分式放大電路6.2.1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)2.有關(guān)概念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其中——差模信號產(chǎn)生的輸出——共模信號產(chǎn)生的輸出共模抑制比反映抑制零漂能力的指標(biāo)6.2.1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)2.有關(guān)概念根據(jù)有共模信號相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號中相同的部分差模信號相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號中不同的部分兩輸入端中的共模信號大小相等，相位相同；差模信號大小相等，相位相反。6.2.2射極耦合差分式放大電路1.電路組成及工作原理6.2.2射極耦合差分式放大電路1.電路組成及工作原理靜態(tài)動態(tài)僅輸入差模信號，大小相等，相位相反。大小相等，信號被放大。相位相反。1.電路組成及工作原理2.抑制零點(diǎn)漂移原理溫度變化和電源電壓波動，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢是相同的，其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號。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(shí)，仍有較強(qiáng)的抑制零漂能力。2.抑制零點(diǎn)漂移原理差分式放大電路對共模信號有很強(qiáng)抑制作用3.主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況接入負(fù)載時(shí)以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力<A>雙入、雙出3.主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況<B>雙入、單出接入負(fù)載時(shí)3.主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況<C>單端輸入等效于雙端輸入指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同。3.主要指標(biāo)計(jì)算（2）共模情況<A>雙端輸出共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益<B>單端輸出抑制共模信號的能力增強(qiáng)3.主要指標(biāo)計(jì)算（2）共模情況（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(qiáng)單端輸出時(shí)的總輸出電壓（4）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。例(4)當(dāng)輸出接一個(gè)12k

負(fù)載時(shí)的差模電壓增益.解：求:(1)靜態(tài)(2)電壓增益(3)差分電路的共模增益共模輸入電壓不計(jì)共模輸出電壓時(shí)(4)4.帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路靜態(tài)IE6

IREFIO

＝IE54.帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路差模電壓增益（負(fù)載開路）則單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益4.帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路差模輸入電阻Rid＝2rbe輸出電阻4.帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路共模輸入電阻

Ric＝rbe＋2(1＋β)ro56.2.3源極耦合差分式放大電路1.CMOS差分式放大電路6.2.3源極耦合差分式放大電路1.CMOS差分式放大電路雙端輸出差模電壓增益而:所以：6.2.3源極耦合差分式放大電路1.CMOS差分式放大電路單端輸出差模電壓增益vo2＝(id4-id2)(ro2//ro4) ＝gmvid（ro2//ro4）

(ro2//ro4) ＝gm(ro2//ro4)與雙端輸出相同end6.3差分式放大電路的傳輸特性根據(jù)iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2

又vO1＝VCC－iC1Rc1vO2＝VCC－iC2Rc2可得傳輸特性曲線

vO1，vO2＝f（vid）vO1，vO2＝f（vid）的傳輸特性曲線end6.4集成電路運(yùn)算放大器6.4.1集成電路運(yùn)算放大器CMOSMC145736.4.2集成運(yùn)算放大器7416.4.1CMOSMC14573集成電路運(yùn)算放大器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理2.電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算(1)直流分析已知VT

和KP5

，可求出IREF

根據(jù)各管子的寬長比，可求出其它支路電流。(2)小信號分析設(shè)

gm1=gm2=gm

則2.電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算輸入級電壓增益(2)小信號分析2.電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算總電壓增益Av

=

Av1·Av2

Av2=vo/vgs7

=－gm7(rds7//rds8)

第二級電壓增益將參數(shù)代入計(jì)算得Av

=

40884.8（92.2dB）6.4.2集成運(yùn)算放大器741原理電路6.4.2集成運(yùn)算放大器741簡化電路6.5實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對應(yīng)用電路的影響6.5.1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)6.5.2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問題6.5.1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）1.輸入失調(diào)電壓VIO在室溫（25℃）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為零時(shí)，為了使集成運(yùn)放的輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫做失調(diào)電壓VIO。一般約為±（1～10）mV。超低失調(diào)運(yùn)放為（1～20）

V。高精度運(yùn)放OP-117VIO=4V。MOSFET達(dá)20mV。2.輸入偏置電流IIB輸入偏置電流是指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值IIB＝（IBN＋I(xiàn)BP）/2BJT為10nA～1

A；MOSFET運(yùn)放IIB在pA數(shù)量級。6.5.1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）3.輸入失調(diào)電流IIO輸入失調(diào)電流IIO是指當(dāng)輸入電壓為零時(shí)流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即IIO＝|IBP－IBN|

一般約為1nA～0.1

A。

4.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/

T6.5.1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)差模特性1.開環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬BW開環(huán)差模電壓增益AvO開環(huán)帶寬BW

(fH)單位增益帶寬

BWG(fT)741型運(yùn)放AvO的頻率響應(yīng)6.5.1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)差模特性2.差模輸入電阻rid和輸出電阻ro

BJT輸入級的運(yùn)放rid一般在幾百千歐到數(shù)兆歐MOSFET為輸入級的運(yùn)放rid＞1012Ω超高輸入電阻運(yùn)放rid＞1013Ω、IIB≤0.040pA一般運(yùn)放的ro＜200Ω，而超高速AD9610的ro＝0.05Ω。3.最大差模輸入電壓Vidmax6.5.1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)共模特性1.共模抑制比KCMR和共模輸入電阻ric

一般通用型運(yùn)放KCMR為（80～120）dB，高精度運(yùn)放可達(dá)140dB，ric≥100MΩ。2.最大共模輸入電壓Vicmax

一般指運(yùn)放在作電壓跟隨器時(shí)，使輸出電壓產(chǎn)生1%跟隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質(zhì)量的運(yùn)放可達(dá)±

13V。1.集成運(yùn)放的選用根據(jù)技術(shù)要求應(yīng)首選通用型運(yùn)放，當(dāng)通用型運(yùn)放難以滿足要求時(shí)，才考慮專用型運(yùn)放，這是因?yàn)橥ㄓ眯推骷母黜?xiàng)參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。至于專用型運(yùn)放，雖然某項(xiàng)技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼顧，例如低噪聲運(yùn)放的帶寬往往設(shè)計(jì)得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾，如此等等。6.5.2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問題2.失調(diào)電壓V