模拟集成电路及运算放大器的应用 - 图文.docx

模拟集成电路及运算放大器的应用 - 图文 第五章 模拟集成电路及运算放大器的应用教学内容：电流源工作原理；差分放大电路的分析和计算；集成运算放大器及主要技术指标，志向运算放大器及其组成的各种运算电路,实际运算放大器运算电路的误差分析 教学要求：1、熟识集成运放的组成及各局部作用，正确理解集成运放主要指标的物理意义； 2、了解电流源的工作原理； 3、了解LM324的工作原理及应用 重点、难点：集成运放的电路组成及各局部作用，集成运放主要性能指标的物理意义及选用 教学方法：讲授法、探讨法 教学时数：12学时 教学过程： 5.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 5.1.1 BJT电流源电路 1. 镜像电流源 T1、T2的参数全同 即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2VBE2=VBE1，IE2=IE1 ，IC2=IC1当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽视 IO?IC2?IREF?动态电阻VCC?VBE?(?VEE)VCC?VEE?RRro?(?iC2?1)?vCE2IB2?rce 一般ro在几百千欧以上?IC1??IC1?T?????IC0??IR??VR(IRR)??VB??IB?1. 电路简洁，应用广泛；2. 要求IC1电流较大状况下，R 的功耗较大，集成电路应幸免；3. 要求IC1电流较小时，要求R 数值较大，集成电路难以实现。

2. 微电流源 IO?IC2?IE2?VBE1?VBE2?VBE?Re2Re2由于?VBE很小，所以IC2也很小ro?rce2(1?3. 比例电流源?Re2rbe2?Re2〕 VBE0?IE0Re0?VBE1?IE1Re1 VBE?VTlnIEISVBE0?VBE1?VTlnIE0IE1IE1Re1?IE0Re0?VTlnIE0IE1假设???2 时，那么IC0?IE0?IR，IC1?IE1 IC1?Re0RVIIR?TlnR?e0IRRe1Re1IC1Re1 VCC?VBE0R?Re0IR?4. 组合电流源 T1、R1 和T4支路产生基准电流IREF T1和T2、T4和T5构成镜像电流源 T1和T3，T4和T6构成了微电流源IREF?VCC?VEE?VBE1?VEB4R15.1.2 FET电流源 1. MOSFET镜像电流源 IO?ID2?IREF?VDD?VSS?VGSR当器件具有不同的宽长比时IO?W2/L2?IREFW1/L1〔?=0〕ro= rds2用T3代替R，T1~T3特性一样，且工作在放大区，当?=0时，输出电流为?2(VGS2?VT2)2 ?Kn2(VGS2?VT2)2 ID2?(W/L)2Kn2. MOSFET多路电流源 IREF?ID0 ?Kn0(VGS0?VT0)2ID2?W2/L2IREFW1/L1ID3?W3/L3IREFW1/L1ID4?W4/L4IREFW1/L13. JFET电流源 5.2 差分式放大电路一. 干脆耦合放大电路的零点漂移现象 1. 零点漂移现象：在干脆耦合放大电路中，输入电压vI＝0，输出电压vO≠0的现象。

2. 零点漂移产生的缘由： ① 温度改变， ② 直流电源波动， ③ 器件老化等其中晶体管的特性对温度敏感是主要缘由，故也称零漂为温漂 3. 抑制零点漂移的方法： ① 引入直流负反应， ② 温度补偿， ③ 典型电路：差分放大电路二. 差分放大电路差分放大电路是由对称的两个根本放大电路构成的，两个根本电路参数完全一样，管子的特性也完全一样,电路有两个输入端和两个输出端电路中两只管子的集电极静态电位在温度改变时将时时相等，因此以两集电极电压差作为输出，可以克制温度的漂移 共模输入和差模输入工作状况： 〔1〕共模输入 两输入端所加信号vI1和vI2大小一样极性〔相位〕也一样 由于电路参数对称，T1管和T2管所产生的电流改变相等，即?iB1??iB2?iC1??iC2T1管和T2管集电极电位改变也相等： 从而输出电压?vC1??vC2vO?vC1?vC2?(VCQ1??vC1)?(VCQ2??vC2)?0结论：差分式放大电路对共模信号有很强的抑制作用，在电路参数完全一样的状况下，共模输出为零 〔2〕差模输入两输入端所加信号vI1和vI2大小一样极性〔相位〕相反 结论：差分式放大电路对差模信号有放大作用。

但由于有射极电阻Re，其放大实力较差差分式放大电路的改良电路：在差模输入状况下，两管放射极电流与其它电流一样，改变量的大小相等，方向相反 将两个根本放大电路的放射极电阻合并为一个射极电阻Re，那么在差模信号的作用下，Re中的电流改变量为零，即Re对差模信号无反应作用即Re对差模信号相当于短路，从而提高了对差模信号的放大实力一般状况下，差分式放大电路采纳双电源供电，右图为典型的差分式放大电路 5.2.1 差分式放大电路的一般构造 1. 用三端器件组成的差分式放大电路 2. 有关概念 vid=vi1?vi2差模信号vic=1(vi1?vi2)2共模信号 v?ovid差模电压增益 ?v?ovic共模电压增益Avd=Avc=?——差模信号产生的输出 其中vo??——共模信号产生的输出 vo总输出电压??vo=v?o?vo?Avdvid?AvcvicKCMR=AvdAvc 共模抑制比 反映抑制零漂实力的指标 依据 vid=vi1?vi2有vi1=vic?vid2vi2=vic?vid2共模信号相当于两个输入端信号中一样的局部 差模信号相当于两个输入端信号中不同的局部两输入端中的共模信号大小相等，相位一样；差模信号大小相等，相位相反。

5.2.2 射极耦合差分式放大电路 1. 电路组成及工作原理 静态IC1=IC2?IC?1IO2VCE1=VCE2?VCC??VCC?ICRc2?VE?VCC?ICRc2?(?0.7V)IB1?IB2?动态 差模信号:ICβ大小相等，极性相反的输入信号 vI1= -vI2= vId/2△iE1=－△ iE2, 所以e点的电位不变 2. 抑制零点漂移原理温度改变和电源电压波动，都将使集电极电流产生改变且改变趋势是一样的，其效果相当于在两个输入端参加了共模信号这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂实力iC1? i C1 ? ? i E1 ? v E ? ? 和 v? v BE1 BE2 温度? 〔vB1、 v不变〕 B2 iC2? ? iE2?iC2? 差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用 3. 主要指标计算差分放大电路的四种接法： ? i B1 和 ? i B1依据信号源和负载的接地状况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。

双端输入双端输出 3. 主要指标计算〔1〕差模状况 双入、双出 vovo1?vo22vo1?RcAvd=????vidvi1?vi22vi1rbe以双倍的元器件换取抑制零漂的实力 接入负载时 1β(Rc//RL)2Avd=?rbe 双入、单出 Avd1=vo1vo1?R1??Avd??cvid2vi122rbeAvd=?β(Rc//RL)2rbe接入负载时 单端输入 等效于双端输入 指标计算与双端输入一样 〔2〕共模状况 双端输出共模信号的输入使两管集电极电压有一样的改变 所以voc?voc1?voc2?0共模增益Avc?voc?0vic 单端输出 Avc1?voc1voc2??RcR????cvicvicrbe?(1??)2ro2roro? ?Avc1?抑制零漂实力增加 〔3〕共模抑制比 KCMR?AAvdKCMR?20lgvd dBAvcAvc，双端输出，志向状况KCMR? ?KCMR单端输出Avd1??ro??Avc1rbeKCMR 越大，抑制零漂实力越强vo1?Avd1vid(1?单端输出时的总输出电压〔4〕频率响应vicKCMRvid)高频响应与共射电路一样，低频可放大直流信号。

差分放大电路四种接法的比拟 ① 各种接法输入电阻一样：② 差模放大倍数、共模放大倍数、输出电阻与输入方式无关，与输出方式有关： ③ 双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模输入 4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路 CMOS差分式放大电路 5.3 差分式放大电路的传输特性vBE/VTi?IeEES依据iC1= iE1，iC2= iE2 vBE1= vi1= vid/2 vBE2= vi2 = -vid/2又 vO1＝VCC－iC1Rc1 vO2＝VCC－iC2Rc2 可得传输特性曲线 vO1，vO2＝f〔vid〕 vO1，vO2＝f〔vid〕的传输特性曲线 5.4 集成电路运算放大器5.4.1 集成电路运算放大器CMOS MC14573 集成运算放大电路概述 一. 集成运放的特点1. 干脆耦合方式，充分利用管子性能良好的相同性采纳差分放大电路和电流源电路 2. 用困难电路实现高性能的放大电路，因为电路困难并不增加制作工序 3. 用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻 4. 采纳复合管 二. 集成运放电路的组成 偏置电路：为各级放大电路设置适宜的静态工作点。

采纳电流源电路输入级：前置级，多采纳差分放大电路要求Ri大，Ad大，Ac小，输入端耐压高 中间级：主放大级，多采纳共射放大电路要求有足够的放大实力输出级：功率级，多采纳准互补输出级要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大 1. 电路构造和工作原理 2. 电路技术指标的分析计算 (1)直流分析IREF?Io?VDD?VSS?VSG5V?VSS?VGS5 ?DDRREFRREF确定VT 和KP5 ，可求出IREF依据各管子的宽长比 ，可求出其它支路电流IREF?KP5(VGS5?VT)2 (2)小信号分析vgs1??vidvvgs2??id2,2设 gm1 = gm2 = gm 那么vidvidvo2?vgs7?io(ro2//ro4)?(id1?id2)(ro2//ro4) ?[gm1(?)?gm2(?)](ro2//ro422??gmvid(rds2//rds4) ?(id4?id2)(ro2//ro4)vo2Av1???gm(rds2//rds4)vid输入级电压增益 其次级电压增益 Av2= vo/ v gs7=－gm7(rds7//rds8)总电压增益 Av = Av1·Av2 将参数代入计算得 Av = 40884.8〔92.2 dB〕5.4.2 集成运算放大器741 原理电路 简化电路 5.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应。