电子技术基础-模拟部分：5 模拟集成电路.ppt

6 模拟集成电路模拟集成电路集成电路集成电路—— 在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件 制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路• 集成电路的特点 体积小性能好• 分类数字集成电路模拟集成电路运算放大器宽频带放大器功率放大器模拟乘法器模拟锁相环稳压电源• 模拟集成电路的特点（1）电路结构与元件参数对称（2）用有源器件代替无源器件（3）采用复合结构的电路（4）极间采用直接耦合式（5）电路中的使用的二极管，多用作温度补偿或 电位移动电路6.1 模模拟集成电路中的直流偏置技术集成电路中的直流偏置技术设T1、 T1的参数完全相同1 镜像电源当BJT的β较大，基极电流可以忽略 Vcc2IBRIc1T2T1Ic2RCIREF图6.1.1 镜像电源图6.1.2 带缓冲级的镜像电源VccIBRIc1T2T1Ic2IREFT3Re3 镜像电源镜像电源当BJT的 较小，IC2 IREF有一定差别 6.1.1 BJT电流源电源电路2 微电流源Vcc2IBRIc1T2T1Ic2Re2IREF图6.1.3 微电流源+--VEB1VEB2图6.1.4 多路电流源VccIBRIcT1TIc1IREFT0ReT2Ic2T3Ic3Re3Re2Re1例6.1.1 已知各BJT的β、 VEB相同，求个电流源IC1、 IC2、 IC3 与IREF的关系解：解：微电流源3. 电流源用作有源负载电流源用作有源负载电流源的特点• 直流电阻小• 交流电阻很大图6.1.5 电流源用作有源负载Vcc2IBRT2T3IREFT1vIv0电流源用作有源负载电流源用作有源负载T1 放大管T2与 T3 镜像电流源 同时是同时是T1的集电极的集电极有源负载有源负载 • 同时也常用作发射极同时也常用作发射极有源负载有源负载 6.1.2 FET电流源电流源1. MOSFET镜像电流源镜像电流源 用用T3代替代替R，，T1~T3特性相同，特性相同，且工作在放大区，当且工作在放大区，当 =0时时，输出，输出电流为电流为 常用的镜像电流源常用的镜像电流源 6.1.2 FET电流源电流源2. MOSFET多路电流源多路电流源6.1.2 FET电流源电流源3. JFET电流源电流源(a) 电路电路 (b) 输出特性输出特性 6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构1. 用三端器件组成的差分式放大电路用三端器件组成的差分式放大电路6.2 差分式放大电路线性放大电路vi1vi2v0图6.2.1 理想差分式放大电路 输入与输出关系差模电压增益差模信号:共模信号:差模电压增益共模电压增益差模信号与共模信号同时存在时，对于线性放大电路2. 差模信号和共模信号差模信号和共模信号6.2.2 射极偶合差分式放大电路射极偶合差分式放大电路6.2 差分式放大电路2. 工作原理工作原理图6.2.2 基本差分式放大电路 +VccRc1ic1T2T1ic2+I0-VEERc2vi2--vi1+vc1vc2C1C2b1b2er0(2) 动态分析(1) 静态分析1. 基本电路基本电路6.2 差分式放大电路3. 主要技术指标的计算主要技术指标的计算图6.2.2 基本差分式放大电路 +VccRc1ic1T2T1ic2+I0-VEERc2vi2--vi1+vc1vc2C1C2b1b2er0(1) 差模电压增益当C1、C2之间接入负载电阻RL时双端输入、双端输出的差模电压增益图6.2.3 基本差分式放大电路的交流通路 Rcic1T2T1ic2+Rcvi2--vi1+vc1vc2C1C2b1b2e完全对称双端输入、双端输出差分电路的特点：• 该电路的电压增益与电边电路的电压增益相等• 用成倍的元件以换取抑制零点漂移的能力双端输入、单端输出的差模电压增益6.2.2 射极偶合差分式放大电路射极偶合差分式放大电路6.2 差分式放大电路3. 主要技术指标的计算主要技术指标的计算(1) 差模电压增益两电路中作用于两电路中作用于be结上的信号基本一致，单结上的信号基本一致，单端输入时电路的工作状态与双端输入时近似端输入时电路的工作状态与双端输入时近似一致一致单端输入的差模电压增益单端输入的差模电压增益共模电压增益越小，放大电路的性能越好(2) 共模电压增益图6.2.4 单端输入差分式放大电路 的交流通路 Rcic1T2T1ic2Rc-vi1= vid+vc1vc2C1C2b1b2er0双端输入的共模电压增益Rcic1T2T1ic2+Rcvi2--vi1+vc1vc2C1C2b1b2e图6.2.5 基本放大电路的共模电压输入时的交流通路2r02r06.2.2 射极偶合差分式放大电路射极偶合差分式放大电路6.2 差分式放大电路单端输出的共模电压增益单端输出的共模电压增益(2) 共模电压增益共模电压增益一般情况下，Rcic1T2T1ic2+Rcvi2--vi1+vc1vc2C1C2b1b2e图6.2.5 基本放大电路的共模电压输入时的交流通路2r02r06.2.2 射极偶合差分式放大电路射极偶合差分式放大电路6.2 差分式放大电路Rcic1T2T1ic2+Rcvi2--vi1+vc1vc2C1C2b1b2e图6.2.5 基本放大电路的共模电压输入时的交流通路2r02r0(3) 共模抑制比共模抑制比KCMR共模抑制比说明差分式放大电路抑制共模信号的能力，差模电压增益越大，共模电压增益越小，共模抑制能力越强，放大电路的性能越优良。

单端输出的KCMR恒流源的电阻越大抑制共模信号的能力越强恒流源的电阻越大抑制共模信号的能力越强共模、差模同时存在时的总数出共模、差模同时存在时的总数出6.2.2 射极偶合差分式放大电路射极偶合差分式放大电路6.2 差分式放大电路Rcic1T2T1ic2+Rcvi2--vi1+vc1vc2C1C2b1b2e图6.2.5 基本放大电路的共模电压输入时的交流通路2r02r0(4) 频率响应频率响应• 双端输入、输出差分式放大电路，因两边对称，双端输入、输出差分式放大电路，因两边对称，可以用单边共射极电路分析可以用单边共射极电路分析• 差分式放大电路采用直接耦合，因此它有极好的低频响应差分式放大电路采用直接耦合，因此它有极好的低频响应 同共射极电路的分析方法同共射极电路的分析方法• 输入、输出电阻输入、输出电阻 表表6.2.16.2.2 射极偶合差分式放大电路射极偶合差分式放大电路6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1. CMOS差分式放大电路差分式放大电路6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1. CMOS差分式放大电路差分式放大电路双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益而而: :所以：所以：6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1. CMOS差分式放大电路差分式放大电路单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益vo2＝＝(id4- -id2)(ro2// ro4) ＝＝gm vid（（ro2 // ro4）） (ro2// ro4) ＝＝ gm(ro2 // ro4 )与与双端输出相同双端输出相同6.2 .3差分式放大电路的传输特性6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性• 静态工作点静态工作点Q• • 传输特性传输特性是放大电路输出差模信号随输入差模信号变化曲线6.3集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器集成电路运算放大器集成电路运算放大器 是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。

是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路电压放大级输出级偏置电路差分输入级+-A+-NPO（a）集成电路运算放大器内部组成原理框图（b）代表符号图6.3.1 集成电路运算放大器内部组成原理及代表符号6.4.1 CMOS MC14573 集成电路运算放大器集成电路运算放大器1. 电路结构和工作原理电路结构和工作原理2. 电路技术指标的分析计算电路技术指标的分析计算(1)(1)直流分析直流分析已知已知VT 和和KP5 ，，可求出可求出IREF 根据各管子的宽长比根据各管子的宽长比 ，，可求出其它支路电流可求出其它支路电流(2)(2)小信号分析小信号分析设设 gm1 = gm2 = gm 则则2. 电路技术指标的分析计算电路技术指标的分析计算输入级电压增益输入级电压增益 (2)(2)小信号分析小信号分析2. 电路技术指标的分析计算电路技术指标的分析计算总电压增益总电压增益 Av = Av1··Av2 Av2= vo/ v gs7 =－－gm7(rds7//rds8) 第二级电压增益第二级电压增益 将参数代入计算得将参数代入计算得 Av = 40884.8（（ 92.2 dB ））6.4.2 集成运算放大器集成运算放大器741原理电路原理电路 6.4.2 集成运算放大器集成运算放大器741简化电路简化电路6.3.2 通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器6.5 实际实际 集成电路运算放大器的主要参数和对电路的影响集成电路运算放大器的主要参数和对电路的影响1. 输入失调电压输入失调电压VIO 输入失调电压输入失调电压VIO: 在室温（在室温（25）及标准电源电压下，输出为零时，为）及标准电源电压下，输出为零时，为了使集成运算放大电路的输出了使集成运算放大电路的输出 电压为零，在输入端的补偿电压。

电压为零，在输入端的补偿电压2. 输入偏置电流输入偏置电流IIB6.5.1 实际实际 运算放大器的主要参数运算放大器的主要参数6.3.2 通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器3. 输入失调电流输入失调电流 IIO 输入失调电流输入失调电流IIO : 输出为零时流入放大器两输入端的静态基极点流之差输出为零时流入放大器两输入端的静态基极点流之差4. 温度漂移温度漂移（（1）） 输入失调电压漂移输入失调电压漂移（（2）） 输入失调电流漂移输入失调电流漂移5. 最大差模输入电压最大差模输入电压6. 最大共模输入电压最大共模输入电压7. 最大输出电流最大输出电流 最大输出电流：最大输出电流：运放所能输出的正向或反向的峰值电流运放所能输出的正向或反向的峰值电流最大共模输入电压：最大共模输入电压：运放所能承受的运放所能承受的最大共模输入电压最大共模输入电压最大差模输入电压：最大差模输入电压：运放反向和同向输入端所能承受的运放反向和同向输入端所能承受的最大差模输入电压最大差模输入电压6.5.1 实际实际 运算放大器的主要参数运算放大器的主要参数6.3.2 通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器8. 开环差模电压增益开环差模电压增益 AVO开环差模电压增益开环差模电压增益 AVO: 运放工作性区，接入规定的负载，无反馈运放工作性区，接入规定的负载，无反馈情况下的直流差模电压增益情况下的直流差模电压增益9. 开环带宽开环带宽BW(fH)开环带宽开环带宽又称为又称为-3dB带宽，是指开环差模电压增益下降带宽，是指开环差模电压增益下降3dB时对应时对应 的频率的频率fH 。

10.单位增益带宽单位增益带宽BWG(fT)11. 转换速率转换速率SR转换速率转换速率SR：：放大电路在闭环状态下，输入为大信号时，放大电路输出放大电路在闭环状态下，输入为大信号时，放大电路输出电压对时间的最大变化率电压对时间的最大变化率单位增益带宽单位增益带宽BWG(fT) ：：开环电压增益频率响应曲线上其增益值下降为开环电压增益频率响应曲线上其增益值下降为1时时 的频率6.5.1 实际实际 运算放大器的主要参数运算放大器的主要参数1. 1. 集成运放的选用集成运放的选用 根根据据技技术术要要求求应应首首选选通通用用型型运运放放，，当当通通用用型型运运放放难难以以满满足足要要求求时时，，才才考考虑虑专专用用型型运运放放，，这这是是因因为为通通用用型型器器件件的的各各项项参参数数比比较较均均衡衡，，做做到到技技术术性性与与经经济济性性的的统统一一至至于于专专用用型型运运放放，，虽虽然然某某项项技技术术参参数数很很突突出出，，但但其其他他参参数数则则难难以以兼兼顾顾，，例例如如低低噪噪声声运运放放的的带带宽宽往往往往设设计计得得较较窄窄，，而而高高速速型型与与高精度常常有矛盾，如此等等。

高精度常常有矛盾，如此等等 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题2. 失调电压失调电压VIO、、失调电流失调电流IIO和偏置电流和偏置电流IIB带来的误差带来的误差 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题输入为零时的等效电路输入为零时的等效电路解得误差电压解得误差电压当当 时，可以时，可以消除偏置电流消除偏置电流 引起的引起的误差，此时误差，此时当电路为积分运算时，当电路为积分运算时，即即 换成电容换成电容C，则，则时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态引起的误差仍存在引起的误差仍存在3. 调零补偿调零补偿6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题（（a a））调零电路调零电路 （（b b））反相端加入补偿电路反相端加入补偿电路。