計算機硬件及網(wǎng)絡(luò)集成電路運算放大器PPT課件

1、2射極電阻耦合方式解決射極電阻耦合方式解決Q點配合點配合 第二級射極加電阻，第二級射極加電阻，VC1=Vbe2+Ve2 適當選適當選Re2保證前后級保證前后級Q正常，但正常，但Re2負反饋負反饋，使，使Av下降。下降。第1頁/共107頁二極管、穩(wěn)壓管 二極管：二極管：VD=07V，進行，進行Q點配置，點配置，VC1=Vbe2+VD （多個二（多個二 極管極管n）優(yōu)點：優(yōu)點：DzDz的直流電阻大，交流電阻小，放大倍數(shù)下降小。的直流電阻大，交流電阻小，放大倍數(shù)下降小。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管：VC1=Vbe2+VDz第2頁/共107頁3電位移動電路電位移動電路：解決后級電位逐級提高：解決后級電位逐級提高1）

2、分壓式射極耦合：分壓式射極耦合：射極輸出器，降低輸出電位，阻抗射極輸出器，降低輸出電位，阻抗 匹配，但匹配，但Ve比比VB低低07V，往往不滿，往往不滿 足要求足要求現(xiàn)增加一電阻現(xiàn)增加一電阻 Vi=Vo+Vbe1+VR1，改變，改變R1和和 R2，改，改變變Vo。但。但R1、R2 負反饋作用，負反饋作用，Vo。第3頁/共107頁2） 穩(wěn)壓管耦合：穩(wěn)壓管耦合：Dz代替代替R1，Vi=Vo+Vbe1+VDZ，改變，改變 VDZ即改變即改變Vo DZ動態(tài)電阻小，使動態(tài)電阻小，使Av下降小。下降小。3） 恒流源耦合恒流源耦合：直流電阻小，交流電阻大，直流電阻小，交流電阻大，與與Re1分壓得分壓得 Vo

3、第4頁/共107頁4） NPN和和PNP管組成電位移動電路管組成電位移動電路 T2集電極電位低于基極電位，避免集電極電位低于基極電位，避免NPN管集電極電位逐級抬高管集電極電位逐級抬高第5頁/共107頁三、零點漂移：三、零點漂移：Vi=0，Vo01）特點：）特點： Vi=0，Vo0 級數(shù)越多，零漂越嚴重（第一級零漂逐級放大）級數(shù)越多，零漂越嚴重（第一級零漂逐級放大） 隨機性，無規(guī)則。隨機性，無規(guī)則。 Vbe：10CVbe2mv ：10C051% ICBO：硅管，：硅管，T升高升高80C，ICBO增加一倍。增加一倍。 鍺管，鍺管，T升高升高120C，ICBO增加一倍。增加一倍。4）減小零漂的措施

4、）減小零漂的措施 利用非線性元件溫度補償利用非線性元件溫度補償 差動放大差動放大 3 3）指標：將）指標：將T升高升高10C，Vo按按Av折合到輸入的等效輸入漂移電壓。折合到輸入的等效輸入漂移電壓。Vi=VoT/Av 2）產(chǎn)生原因：溫度漂移（Vbe，ICBO）第6頁/共107頁 dIo/dVo=1/Rs，當，當Rs越大，輸出電流的恒定性越好。越大，輸出電流的恒定性越好。 但在工作中，通常不用靜態(tài)但在工作中，通常不用靜態(tài)Rs組成恒流源，因為要得到組成恒流源，因為要得到1mA的恒定電流，的恒定電流，Rs為為10M時，時，Vs必須大于必須大于10KV。 通常用動態(tài)電阻（交流電阻）通常用動態(tài)電阻（交流

5、電阻） BJT的靜態(tài)電阻的靜態(tài)電阻RCE=VCE/Ic小，交流電阻小，交流電阻rce很大。很大。 四、恒流源電路：1） 一個內(nèi)阻大的電壓源就是一個恒流源當RL變化，引起Vo變化時，Io也變化，SSRVVI00 第7頁/共107頁 2） 半導(dǎo)體三極管構(gòu)成恒流源前面討論射極偏置電路能穩(wěn)定工作點，溫度變化時，Ic穩(wěn)定。現(xiàn)RC變化時，Ic恒定。如：RCIo（Ie）VEVBEIBIo)ReRrRe1(rrSbece0 大大提高。大大提高。計算可算出從計算可算出從R RC C看進去的等效交流電阻看進去的等效交流電阻第8頁/共107頁 1 鏡像電流源1=2 ICEO1=ICEO2，T1，T2參數(shù)相同，參數(shù)相

6、同，較大時，忽略較大時，忽略IB只要只要R一定，一定，IREF確定，確定，IC2也也就確定，將就確定，將IC2看作看作IREF的鏡像的鏡像。6.1 模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)電流源技術(shù)222BIcCEoivr 電流源動態(tài)等效電阻而IREF受電源影響大，要求Vcc穩(wěn)定，且T1對T2有溫度補償。I0= IC2=IREF=VccVBE （ VEE）/R(VCC+ VEE)/RIC1=IC2=IREF/（1+2/） 當2時，IC1=IC2=IREF由于IC1=IC2 IREF=IC1+2IB=IC1+2IC1/=IC1(1+2/)第9頁/共107頁T1不夠大時，不夠大時， IB1 與與IC1可比，可

7、比，IC2與與IREF有差，接入有差，接入T3，利用，利用T3放大，減小放大，減小IB對對IREF分流。分流。不加Re3，IE3=IB1+IB2，適用于工作電流比較大的場合。而適用于工作電流比較大的場合。而當要求電流較小時該電路要求當要求電流較小時該電路要求R增大增大，在集成電路中難以做到。，在集成電路中難以做到。 小小3B3E3I/I 大大3B3E3I/I 在在T3射極加射極加Re3，增大，增大IE 3，使，使T3的的不致下降。不致下降。加上Re3， IE3=IB1+IB2+VBE1/Re3第10頁/共107頁VBE1VBE2=VBE=IE2Re2 IC2IE2=VBE/Re2 VBE控制控

8、制IC2 當當R、Vcc，Re2確定時，確定時，IREF=（VccVBE1）/RVcc/R2 微電流源微電流源 在鏡像電流源中的在鏡像電流源中的T2發(fā)射極接入發(fā)射極接入Re2由于VBE2VBE1，T2的VBE2工作在輸入特性彎曲部分，所以VBE變化時，IC2變化小，穩(wěn)定性好。1） 當VBE1、VBE2確定， IC2=VBE/Re2確定2） Vcc變化，IREF變化， VBE也變化。第11頁/共107頁例：例：P230 圖圖614多路電流源多路電流源Ic= IREFIB0= IREFIEO/= IREFIB/改變Rei，得到不同電流IC2=IE2= IREFRe/Re2 IC3=IE3= IRE

9、FRe/Re3IERe=IE1Re1=IE2Re2= 有IC1=IE1= IREFRe/Re1當足夠大時，IcIREF，各管的、VBE相同，第12頁/共107頁T1、T2鏡像電流源作T3的負載， T1、T2電路輸出阻抗高，整個電路動態(tài)電阻r0高，I0穩(wěn)定。第13頁/共107頁第14頁/共107頁1.MOSFET鏡像電流源電流源當VDDVT當T1、T2具有不同長寬比并設(shè) 時 dsr ,0 如圖3替代R第15頁/共107頁2. MOSFET多路電流源第16頁/共107頁第17頁/共107頁4 4電流源作有源負載電流源作有源負載電流源直流電阻小，交流電阻大，T1放大管，T2、T3參數(shù)相同 IC2=I

10、C1=IC3（IREF）Vcc/R 由于交流電阻大，在共射電路中作負載時，可提高電壓增益 第18頁/共107頁62 差分式放大電路62 .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T1、T2為特性相同的三端器件BJT、FET。I1、I2輸入為vi1, vi2.電路形式：兩個輸入端，兩個輸出端功能：放大兩個輸入信號之差。第19頁/共107頁2.2. 差模信號和共模信號的概念差模信號：V Vidid= =（V Vi1i1V Vi i2 2） 差模信號為兩信號之差 通常為大小相等，極性相反的信號。 V Vo=Ao=AVDVD（V Vi1i1V Vi i2 2） A AVDVD：

11、差模電壓增益例：例：Vi1=+50V Vi2=50V共模信號：共模信號為兩信號算術(shù)平均值 Vic=（Vi1+Vi2）/2 通常為兩個大小相等，極性相同的信號 當有差模、共模信號共同作用時， Vi1=Vic+Vid/2 Vi2=VicVid/2 兩種輸入時，差模信 號相同，而共模信號卻不相同。Vi1=1050V， Vi2=950V Vid=100V， Vic=0Vid=100V, Vic=1000VAvc=Voc/Vic 共模電壓增益AVD=Vod/Vid 差模電壓增益對輸出 Vod=（V01V02） VOC=（VO1+VO2）/2Vo=AVDVid+AvcVic第20頁/共107頁beLbeb

12、LCiOrRrIRIVVVA beirR k4RRCIVOTT復(fù)習第21頁/共107頁 iOVVVAebeLR)1(rR R)1(r RRebebi C0RR 第22頁/共107頁RgRgVgsRgVgsVgsRgAvmLmmLm 1Ri=Rg3+（Rg1/Rg2）/rgSRg3+（Rg1+Rg2）Rg3RO=Rd/rdRd Av=Vo/Vi=gm（Rd/rd） gmRd第23頁/共107頁特點：1）T1、T2完全相同，電路 參數(shù)對稱， 1=2 RC1=RC2 622 射極耦合差分式放大電路1.基本電路由于負電源的引入，保證了be正偏，基極偏置電阻去掉。2）Io恒流源，其ro很大（理想為無窮大

13、）兩個輸入端，兩個輸出端。第24頁/共107頁 IC1=IC2=Io/2，VCE1=VCE2=VccIcRc+07 Vo=VC1VC2=0原理：靜態(tài)時，輸入信號為零，即將輸入端b1和b2對地短接。由于兩管特性相同，所以當溫度或其他外界條件發(fā)生變化時，兩管的集電極電流ICQ1和ICQ2的變化規(guī)律始終相同，結(jié)果使兩管的集電極電位VCQ1、VCQ2始終相等，從而使VO=VC1-VC20，因此消除了零點漂移。RL若兩輸出端接有負載，則負載中點是交流地電位。若兩輸出端接有負載，則負載中點是交流地電位。2）抑制零漂的原理：2 工作原理：1）靜態(tài)分析：vi1=vi2=0VBE1=VBE2=07V第25頁/共

14、107頁 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，即使電路處于單的溫度穩(wěn)定過程。所以，即使電路處于單端輸出方式時，仍有較強的抑制零漂能力。端輸出方式時，仍有較強的抑制零漂能力。 vE （vB1、vB2不變）不變） vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用2）抑制零漂的原理：第26頁/共107頁3）動態(tài)分析：兩種輸入、兩種輸出組合共四種方式 差動放大差動放大A、雙端輸入，雙端輸出：、雙端輸入，雙端輸出：ic1增加，

15、ic2減小，Io不變ve=0，交流通路如圖vi1=vi2=vid /2，第27頁/共107頁T1：vi=+vid/2Icvce=IC1RC1當考慮基極電阻當考慮基極電阻Rb時，時，Avd=RC/（Rb+rbe）T2：vi=vid/2Icvce=IC1RC1vo=vo1vo2=vc1vc2=2IC1RCvid=vi（vi）=2vi=2 IB1rbeAvd =vo/vid=vo/vid =（vO1vO2）/（vi1vi2） = 2ICRC/2(vid/2) =vO1/vi1=RC/rbeRi=2rbe Ro=2Rc結(jié)論：雙入雙出差放增益 為單級放大時的增益。當輸出接有當輸出接有RL時，時，Avd=

16、RL/（Rb+rbe） RL=Rc/（RL/2）第28頁/共107頁如果電路如下圖所示，則Re)1(Re)1(2200 beCbeBCCididvdrRrIRIvvVVAReRe第29頁/共107頁Avd1=Avd/2=RC/2rbe 結(jié)論：雙入單出差放增益為單管時的一半。（不帶負載時）結(jié)論：雙入單出差放增益為單管時的一半。（不帶負載時）Rid=2rbe， Ro=Rc注意：vC1輸出電壓為負，vC2輸出電壓為正。Avd2= -Avd/2=RC/2rbeB、雙端輸入、單端輸出（輸出取自一端）Avd1=Avd/2=RL/2rbe Avd1=-Avd/2=RL/2rbe LCLR/RR 考慮RL第3

17、0頁/共107頁單端輸出：Avd=RC/2rbe雙端輸出：Avd=RC/rbe由于恒流源由于恒流源rore，（發(fā)射結(jié)電阻），（發(fā)射結(jié)電阻）ro相相當于開路，當于開路，vid均分在兩管輸入回路，同雙均分在兩管輸入回路，同雙端輸入近似一致，因此計算方法也一致端輸入近似一致，因此計算方法也一致 C、單端輸入的差模電壓增益 當要求從一端輸入信號時， vi1=vid vi2=0 或vi2=vid vi1=0當考慮Rs時，rbe均變?yōu)镽s+ rbe第31頁/共107頁 共模電壓增益A、 雙端輸出的共模電壓增益 vi1=vi2=vic ve=iero=（ie1+ie2）ro=2 ie1ro 結(jié)論：雙端輸出時

18、，差放對共模信號輸出為零。抑制共模信號能力強Avc= voc /vic=（voc1voc2）/vic0（兩管對稱，ie1、ie2同時增大或減?。?對每管而言，相當于發(fā)射極接了2 ro第32頁/共107頁 Ric= rbe+（1+）2 ro/2 Ro=2RC B、單端輸出、單端輸出Avc1= voc1 / vic=voc2 /vic RC/ rbe+（1+）2 ro 當當1 Avc=RC/ 2 ro ro Avc 抑制共模信號能力增強抑制共模信號能力增強 Ric= rbe+（1+）2 ro/2 Ro=RcC、單端輸入：、單端輸入：同雙端輸入。 即：即：雙端輸出：Avc=0 單端輸出：Avc=RC

19、/ 2 ro 共模抑制比共模抑制比KCMR定義：差模電壓增益定義：差模電壓增益Avd與共模電壓增益與共模電壓增益Avc之比的絕對值之比的絕對值. KCMR= Avd/Avc KCMR=20lg Avd/Avc （db）第33頁/共107頁小結(jié)：小結(jié)：1）欲使）欲使KCMR 應(yīng)使應(yīng)使Avd， Avc 2）雙端輸出時，）雙端輸出時，Avc0，KCMR 3）單端輸出時，）單端輸出時，ro Avc KCMR 4）根據(jù)）根據(jù)vo=Avdvid+Avcvic有有上式說明：上式說明：KCMR須大于須大于vic/ vid，才能保證輸出信號中有效信號大于漂移才能保證輸出信號中有效信號大于漂移信號信號如：如：KC

20、MR=1000，vic=1mv vid=1V，vo中第二項等于第一項中第二項等于第一項KCMR=10000，vo中第二項等于第一項的中第二項等于第一項的1/10 頻率響應(yīng)：可用單邊共射極電路分析，密勒效應(yīng)、高頻響應(yīng)同共射電路。由于極間采用直接耦合，無耦合電容，低頻響應(yīng)好。 )1(1111CMRidicidvdCMRicvdidvdoKvvvAKvAvAv 第34頁/共107頁例=200，rbb=200,I0=1mA,RC1=RC2=RC=10K , VCC=10V,-VEE=-10V.求：1）Q。 2）Avd Rid RO3）r0=83k時， Avd1， Avc1和KCMR1 4）I0不變，v

21、id=0vic= -5v或5v時的VCE第35頁/共107頁T1、T2進入飽和區(qū)第36頁/共107頁A.R)(RV)(IeSBEB 54710215116015211501 mAAIIIBCC713. 05 .47150121 V.RIVVCCCCC87710713015111 74.185173. 5)50/10(150Rr)2R/R(ASbeLCvd k73. 571. 026151200rbe 0Avc CMRK K46.1373. 62)rR(2RbeSid 例：電路如圖，三極管VBE=0.6V ，=150，求（1）vi=0時，IC1，VC1（2）Avd(雙）, Avc(雙）,KCMR

22、 ,Rid ,Ric（3）若RL接T2集電極，求Avd2(單）, Avc2(單）。第37頁/共107頁交流通路微變等效電路差動交流通路微變等效電路共模第38頁/共107頁 k37.154101512173. 521R)1(2Rr21ReSbeic 310117352100101502022.).()/()Rr(RvvASbeLidvd K09. 9100/10RL 45. 0102151173. 509. 9150R2 )1(RrRAeSbeL2vc 第39頁/共107頁第40頁/共107頁第41頁/共107頁第42頁/共107頁110220Re2RAC1C Re第43頁/共107頁56656

23、6665555eeEEeBEBEeBEBERRIIRVVIRVVI 第44頁/共107頁第45頁/共107頁bebmimbembcrigvgvgii bemrg 第46頁/共107頁單端輸出電壓增益接近雙端輸出電壓增益第47頁/共107頁共模輸入電阻Ric= rbe+ (1+)2ro5/2共模增益小，忽略輸出電阻R0=rce2/rce4差模輸入電阻Rid=2rbe2ro52ro5第48頁/共107頁源極耦合差分式放大電路1.CMOS差分式放大電路T1、T2差分對管，T3、T4有源負載（代替Rd），T7、T8鏡像電流源，提供T1，T2的Io，T5、T6、T7偏置電路，決定IREF。IREF=IS

24、5=ID6=ID7=I0當vi1=vi2=0，VDS3=VDS4，ID1=ID2=I0/2，vo=V0d1V0d2=0(1)工作原理第49頁/共107頁vo=v0d1v0d2=gm（rd1/rd3）（vid/2）gm（rd2/rd4）（vid/2）= gm（rd1/rd3）（vid/2）（vid/2） =gm（rd1/rd3）vid iD1 v0d1vds3iD2v0d2 vds4當vi1=vi2=vid/2，（2）電壓增益A、雙端輸入，雙端輸出：Avd=vo/vid=gm（rd1/rd3）=gm（rd2/rd4）第50頁/共107頁B、雙端輸入，單端（T2）輸出：單端輸出電壓增益接近雙端輸出

25、電壓增益第51頁/共107頁2. JFET差分式放大電路T1，T2差分對管，T3電流源提供T1，T2的偏置電流ID1=ID2=Io/2，動態(tài)電阻r0=1/(IDSS)很大，抑制共模信號雙端輸出：Avd= (v01 v02 )/ vid =-gmRd222211112121dmidovddmidovdRgvvARgvvA 單端輸出當vi1=vi2=vid/2，共模雙端輸出：Avc=-gmRd/（1+2gmr0）輸入電阻可達1012，偏置電流100PA數(shù)量級 MOSFET可達1015，偏置電流10PA數(shù)量級第52頁/共107頁 63 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性 放大電路輸出差

26、模信號隨輸入差模信號變化的曲線放大電路輸出差模信號隨輸入差模信號變化的曲線 ic=f（vid） 可用可用BJT的的VBE與與iE的基本關(guān)系的基本關(guān)系 得出得出TBEVVESEeIi/ )(2, 1idccvfii 222111ccCCoccCCoRiVvRiVv 求出求出再由再由cmvdcmvdRgARgA212121 在兩管射極串聯(lián)Re，電流負反饋，特性曲線斜率減小，gm，線性區(qū)擴大。4 vid 4 VT，T1趨于飽和，T2趨于截止，或T2趨于飽和，T1趨于截止，vo1和vo2向相反方向變化。3. vid在VT4VT，非線性區(qū).2 vid在0VT，線性區(qū)，Q點斜率是BJT互導(dǎo)gm最大值。1

27、vi1vi2=vid=0， V01=V02=VCC-（Io/2）RC （Q點）第53頁/共107頁限幅特性第54頁/共107頁差分放大電路的小結(jié)差動放大器共有四種輸入輸出方式: 1. 雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出） 2. 雙端輸入、單端輸出（雙入單出） 3. 單端輸入、雙端輸出（單入雙出） 4. 單端輸入、單端輸出（單入單出） 主要討論的問題有： 差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù) 差模、共模輸入電阻 差模、共模輸出電阻第55頁/共107頁)22)(1 ()(001rRRUVIPbBEEEB 11BCII bBEBCECCCCRIVVRIV CCbBBECCCERIRIVVV 靜態(tài)第56頁/共

28、107頁2R)1(rR)2R/R(APbebLcdv 2.雙端輸入雙端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)（2）共模電壓放大倍數(shù)0Avc （3）差模輸入電阻2R)1(rR 2RPbebid （4）輸出電阻coR2R 第57頁/共107頁3. 雙端輸入單端輸出這種方式適用于將差分信號轉(zhuǎn)換為單端輸出的信號。(1)差模電壓放大倍數(shù)（2）差模輸入電阻（3）輸出電阻coRR 2R)1(rR 2)R/R(APbebLcdv 2R)1(rR 2RPbebid 第58頁/共107頁（4）共模電壓放大倍數(shù)共模等效電路：ICOC1cvvv=A)r22R)(1(rRR=0PbebL 0Lr2R 第59頁/共107頁4. 單端

29、輸入雙端輸出單端輸入等效雙端輸入: 因為右側(cè)的Rb+rbe歸算到發(fā)射極回路的值(Rs+rbe) /(1+ ) ro，故 ro 對 Ie 分流極小，可忽略，于是有vi1=vi2=vi /2計算同雙端輸入雙端輸出：0Avc coR2R 2R)1(rR)2R/R(APbebLcdv 2R)1(rR 2RPbebid 第60頁/共107頁5. 單端輸入單端輸出 注意放大倍數(shù)的正負號： 設(shè)從T1的基極輸入信號，如果從C1 輸出，為負號；從C2 輸出為正號。 計算同雙入單出： 0Lcvr2RA coRR2R)1(rR 2)R/R(APbebLcdv 2R)1(rR 2RPbebid 第61頁/共107頁(

30、1)(1)差模電壓放大倍數(shù)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)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)(2)共模電壓放大倍數(shù)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：0vcAoLcvr2RA 2R)1(rR)2R/R(APbebLcdv 2R)1(rR 2)R/R(APbebLcdv 第62頁/共107頁(3)(3)差模輸入電阻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。(4)(4)輸出電阻輸出電阻2R)1(rR 2RPbebid (5)共模輸入電

31、阻：coRR co2RR 單端輸出時， 雙端輸出時，)r22R)(1(rR21Ric0Pbeb （6）共模輸出電阻：單端輸出時， 雙端輸出時，coRR co2RR 第63頁/共107頁6 64 4 集成電路運算放大器集成電路運算放大器1 結(jié)構(gòu)：4) 偏置電路：為各級提供合適的工作電流3） 輸出級：足夠的輸出電壓和功率，輸出阻抗低。2） 電壓放大級：電壓增益高1） 差分輸入：零漂小，輸入阻抗高第64頁/共107頁641 CMOSMC14573 集成電路運放T5、T6、RREF輸入偏置Ce 內(nèi)部補償電容，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。T7共源放大，T8提供T7偏置電流并作T7有源負載T3、T4有源負載T1、T2差

32、分輸入級第65頁/共107頁 VT =0.5V，RREF=225K時解得第66頁/共107頁第67頁/共107頁第68頁/共107頁第69頁/共107頁642 BJTLM741集成運算放大器 橫向橫向PNP管：管：Ie，=Ie+ID加上隔離層，寄生二極管加上隔離層，寄生二極管. .橫向：橫向：PNPPNP結(jié)構(gòu)橫向排列，載流子橫向運動，同時形成寄結(jié)構(gòu)橫向排列，載流子橫向運動，同時形成寄 生生PNPPNP三極管三極管. .1） 縱向：縱向：PNPPNP結(jié)構(gòu)縱向排列，載流子縱向運動結(jié)構(gòu)縱向排列，載流子縱向運動多集電極三極管多集電極三極管第70頁/共107頁2） 橫向橫向PNP特點：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)耐壓

33、一樣，特點：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)耐壓一樣，8090V 很?。ê苄。?5）基區(qū)厚，）基區(qū)厚，IB大，結(jié)電容大，高頻特性差。大，結(jié)電容大，高頻特性差。1 偏置電路：VccT12R5T11VEE T10、T11微電流源，T8、T9橫向PNP鏡像電流源，IE8=IE9， IC10為基準 741電路組成：電路組成：24個個BJT，10個電阻，個電阻，1個電容。個電容。第71頁/共107頁R4+3同相2反相第72頁/共107頁第73頁/共107頁輸入偏置構(gòu)成反饋環(huán)減少零漂：輸入偏置構(gòu)成反饋環(huán)減少零漂：T（IC3+IC4）IE8IE9Ib3+Ib4 （IC3+IC4）R45EEBECCREFR)V(V2VI 確定

34、下，有IC10=（VBE11VBE10）/R4供T3，T4IC1=IC2=（1+2/）IC8/2 IC1=（IC8+2IB8）/2=（IC8+2IC8/）/2IC1IC3=IC4IC5=IC61 偏置電路：VccT12R5T11VEE T10、T11微電流源，T8、T9橫向PNP鏡像電流源，IE8=IE9， IC10為基準 第74頁/共107頁T12、T13雙端輸出鏡像電流源 T13A： IC13A=(1/4)IC12 供輸出偏置，供輸出偏置， T14、T20甲乙類甲乙類 T13B：IC17=IC13B=(3/4)IC12， 中間級有源負載中間級有源負載第75頁/共107頁2 輸入級輸入級T1

35、、T3，T2、T4 共集共基復(fù)合差分。共集共基復(fù)合差分。T1、T2共集，提高共集，提高Ri 差分輸出電流為兩邊輸出電流變化量的總和，使單端輸出的電壓增益提高到近似等于雙端輸出。i01= iC4iC6=（ IC4ic4）（IC6ic6）=2 iciC6=iC5=iC3 =IC3+ic3 iC4=IC4ic4vi0且同相（+），反相（）時vi=0，IC3=IC5=IC4=IC6 iO1=0T3、T4 共基，T5、T6、T7帶緩沖級的鏡像電流源作有源負載提高電壓增益和共模抑制比。并有IC3=IC5=IC6Rp：調(diào)零調(diào)零第76頁/共107頁3 中間級：T16、T17復(fù)合管共射，T13B有源負載，交流電

36、阻大，電壓增益高，輸入電阻小。第77頁/共107頁4輸出級：T14、T20互補對稱，互補對稱，T18的的VCE給給T14、T20提供起始偏壓提供起始偏壓 T19（接成二極管）負反饋，使（接成二極管）負反饋，使VCE18恒定恒定T24B構(gòu)成二極管，當構(gòu)成二極管，當T16、T17過載，導(dǎo)通，分流過載，導(dǎo)通，分流T16基極電流基極電流負向電流過大，負向電流過大，T21截止變導(dǎo)通，截止變導(dǎo)通，T22、T23導(dǎo)通，降低導(dǎo)通，降低T16、T17基極電壓，使基極電壓，使VC17，VE24，T20截止截止正向電流過大，正向電流過大，T15截止變導(dǎo)通，截止變導(dǎo)通，VCE15T14電流電流T24推動，共集，利用輸

37、入阻抗高，減小對推動，共集，利用輸入阻抗高，減小對中間級的影響中間級的影響 T15、T13A電流源提供電流電流源提供電流18BE19BECEVVV 18BI 18CI CEVT T2121過流保護過流保護第78頁/共107頁 1 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIO：反映電路對稱程度及電位配合。：反映電路對稱程度及電位配合。 Vi=0時，輸出電壓時，輸出電壓Vo折合到輸入端的電壓的負值折合到輸入端的電壓的負值 定義為：室溫定義為：室溫25oC，標準電源電壓下，輸入為零時，為使輸出電壓為零在輸入，標準電源電壓下，輸入為零時，為使輸出電壓為零在輸入端的補償電壓。端的補償電壓。 VIO=（Vo VI=0）

38、/Avo 2 輸入偏置電流輸入偏置電流IIB定義：靜態(tài)時，兩個基極偏定義：靜態(tài)時，兩個基極偏置 電 流 平 均 值 ，置 電 流 平 均 值 ， II B= （IIBN+IIBP）/2偏置電流小，信號源內(nèi)阻變偏置電流小，信號源內(nèi)阻變化化Vo變化。變化。一般一般10nA1A 65 實際集成運放的主要參數(shù)和對應(yīng)用電路的影響實際集成運放的主要參數(shù)第79頁/共107頁 9.開環(huán)帶寬BW（fH）：開環(huán)增益下降到3db時對應(yīng)的fH，約7Hz 3 輸入失調(diào)電流IIO：反映輸入級差分對管的不對稱定義：Vi=0，二個基極偏置電流之差。IIO= （IBPIBN） 。值越小越好。1nA0.1A4 溫度漂移 1）輸入

39、失調(diào)電壓溫漂：VIO/T。VIO的溫度系數(shù)不能用外接調(diào)零補償。一般（1020）V2）輸入失調(diào)電流溫漂：IIO/T 一般幾個PA/OC5.最大差模輸入電壓：Vidmax：輸入端所能承受的最大電壓值6 最大共模輸入電壓：Vicmax：運放能承受的最大共模輸入電壓，如超過，KCMR7 最大輸出電流Iomax：輸出端最大正向或反向峰值電流。通常給出輸出端短路電流。8 開環(huán)差模電壓增益Avo：工作在線性區(qū)，在規(guī)定負載下，無負反饋直流差模電壓增益。f，Avo第80頁/共107頁11轉(zhuǎn)換速率：閉環(huán)狀態(tài)下，輸入大信號時，輸出電壓對 時間的最大變化速率。一般 1V/S以下maxRdt) t (dVoS 大信號：

40、運放將工作到非線性區(qū)，造成瞬時飽和或截止。大信號頻帶小信號頻帶，輸出不能及時跟隨輸入，造成如此是由于補償電容、極間電容和雜散電容，及充電電流有關(guān)。通常要求通常要求SR大于信號變化斜率的絕對值大于信號變化斜率的絕對值 在理想運放中，在理想運放中，Avo，rid，BW，SR，KCMR視為無窮大，視為無窮大，rO ，VIO，IIO，IIB，VIO/T，IIO/T視為零。視為零。 10單位增益帶寬：BWG（fT）：Avo=1時的頻率，也即 0db 時fT 741的Avo=2105時，fT=AvofH=14MHz第81頁/共107頁第82頁/共107頁 一些專用運放一些專用運放1 高輸入阻抗：高輸入阻抗

41、：BJT、FET結(jié)合構(gòu)成差分輸入級，如：結(jié)合構(gòu)成差分輸入級，如：LF3562 高精度、低溫漂：用于微信號檢測如：高精度、低溫漂：用于微信號檢測如：AD508，OP273 高速：用于快速高速：用于快速A/D，D/A等，等，A715，LH0032，AD9618等等4 底功耗：底功耗：ICL7600（Pc=10W），），PC253（0。6mW）5 高壓型：高壓型：300V左右，左右，D41，LM143，HA2645。第83頁/共107頁集成運放應(yīng)用中的實際問題集成運放應(yīng)用中的實際問題前面算法基礎(chǔ)：Avo，ri趨于無窮大，r00.而實際：VI0、II0、IIB、VI0/T、II0/T存在產(chǎn)生誤差，KC

42、MR為有限值時亦產(chǎn)生誤差.fNIpRRVRV.VV 共模輸入共模輸入 fINpICRRRVVVVV差模輸入差模輸入 .RRRVVVVVfINpID ICVCIDVDVAVAV 1.KCMR為有限值：第84頁/共107頁VDVCffVDVCVDVDfVCfVDVCVDIVFAA)RR(RRRRAAAARRRARRRAAAVVA 同同除除以以fRRR 提提取取分分母母）即即（AvoAVD 1111211211RRKARRRKfCMRVDfCMR由此看出當由此看出當AV D和和KCMR， 1fVFRR1A而當而當AVD或或KCMR越小，誤差越大。越小，誤差越大。第85頁/共107頁2輸入失調(diào)電壓電流

43、VI0、II0，輸入偏置電流IIB不為零時 Vi=0時時 R2=R1 /Rf Ri(IIBIIO/2)R2第86頁/共107頁IIB輸入偏置電流輸入偏置電流II0輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流.II0=|IBP-IBN|IIB=（IBN-IBP）/2.電流源等效為電壓源電流源等效為電壓源 VP= (IIBIIO/2)R2 IfIIBfNV)RR)(/II (VRRRV第87頁/共107頁 IfIIBfNV)RR)(/II (VRRRVVP= (IIBIIO/2)R2當當AVD，VPVN.上述兩式相等并合并，上述兩式相等并合并，V0的表達式為的表達式為)RRR(I)RRR(IV)R/R(VfIfIBIf 表示了表示了VI0、IIB、II0產(chǎn)生的誤差。產(chǎn)生的誤差。當當 時時. 上式中上式中IIB項項為為0fRRR RIVRR)R(IVRRVIIfIIf當當 和和R2越大，越大，VI0和和II0引起的輸出誤差電壓越大。引起的輸出誤差電壓越大。 RRf第88頁/共107頁特例，當特例，當Rf用用1/SC代替，也即作積分運算時代替，也即作積分運算時.R)S(IVSCRVI)S(I)S( dtRIdtVCRRIVdtR) t (ICRR) t (Idt) t (VCRVV) t (I) t (I) t (I) t (IIII) t (I) t (隨時間t，V0，且R1C