第2講-模電基礎(chǔ)2

模擬集成電路原理與應(yīng)用王青蒂qingdiwang@第2講MOS模擬集成基本單元電路2.1電流源電路2.2COMS單級(jí)放大電路2.3COMS差分放大電路2.4低頻小信號(hào)放大電路的一般分析方法2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)2.6基本運(yùn)放電路2.1電流源電路電流源電流恒定的電源用途取代電阻，建立靜態(tài)工作點(diǎn)——提供穩(wěn)定的直流偏置作為放大電路的有源負(fù)載，獲得高增益2.1電流源電路MOSFET基本鏡像電流源假設(shè)兩管特性全同：假設(shè)兩管有不同的溝道寬長(zhǎng)比：直流分析(不考慮溝道調(diào)制效應(yīng))2.1電流源電路常用鏡像電流源：T3代替負(fù)載RMOSFET多路電流源第2講MOS模擬集成基本單元電路2.1電流源電路2.2COMS單級(jí)放大電路2.3COMS差分放大電路2.4低頻小信號(hào)放大電路的一般分析方法2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)2.6基本運(yùn)放電路2.2CMOS單級(jí)放大電路電路圖：PMOS作為基本電流源和有源負(fù)載直流分析注意：VT3和VGS均為負(fù)數(shù)兩管特性全同：僅寬長(zhǎng)比不同：2.2CMOS單級(jí)放大電路小信號(hào)等效電路交流分析輸出電壓：電壓增益：輸出電阻：如何求gm和rds？第2講MOS模擬集成基本單元電路2.1電流源電路2.2COMS單級(jí)放大電路2.3COMS差分放大電路2.4低頻小信號(hào)放大電路的一般分析方法2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)2.6基本運(yùn)放電路2.3CMOS差分放大電路基準(zhǔn)電流鏡像電流源有源負(fù)載直流分析T1~T4靜態(tài)電流：2.3CMOS差分放大電路雙端輸出差模電壓增益而所以：?jiǎn)味溯敵霾钅ｋ妷涸鲆娲笮∨c雙端輸出相同等效小信號(hào)模型第2講MOS模擬集成基本單元電路2.1電流源電路2.2COMS單級(jí)放大電路2.3COMS差分放大電路2.4

低頻小信號(hào)放大電路的一般分析方法2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)2.6基本運(yùn)放電路2.4低頻小信號(hào)放大電路的一般分析方法一般分析步驟電流源電路分析，求得各級(jí)靜態(tài)電流交流小信號(hào)分析：利用各單元電路已有結(jié)論，得到輸入輸出關(guān)系求得各級(jí)動(dòng)態(tài)增益、動(dòng)態(tài)電阻等表達(dá)式求得總增益表達(dá)式結(jié)果計(jì)算利用靜態(tài)電流，求得gm和rds代入表達(dá)式求得增益、電阻等2.4低頻小信號(hào)放大電路的一般分析方法CMOSMC14573CMOS差分放大鏡像電流源CMOS單級(jí)放大電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算直流分析根據(jù)各管子的寬長(zhǎng)比，可求出其它支路電流。小信號(hào)分析設(shè)輸入級(jí)電壓增益小信號(hào)分析第二級(jí)電壓增益總電壓增益將參數(shù)代入計(jì)算第2講MOS模擬集成基本單元電路2.1電流源電路2.2COMS單級(jí)放大電路2.3COMS差分放大電路2.4低頻小信號(hào)放大電路的一般分析方法2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)2.6基本運(yùn)放電路2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性輸入失調(diào)電壓VIO在室溫（25℃）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端加相同的電壓或直接接地時(shí)，輸出電壓不為零。

為使輸出電壓為零，而在輸入端引入的補(bǔ)償直流電壓VIO，稱為失調(diào)電壓。T1T2+-零輸入時(shí)VO0理想運(yùn)放+-VOVIO+-2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性輸入偏置電流IIB

指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性輸入失調(diào)電流IIO

指當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端的基極偏置電流的差T1VCCREEVEERCRCT2RSRSIBQ1IBQ22.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性溫度漂移輸入失調(diào)電壓溫漂VIO/

T輸入失調(diào)電流溫漂IIO/

T2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)差模特性開環(huán)差模電壓增益AVO

指集成運(yùn)放本身（無外加反饋回路）的差模電壓放大倍數(shù).開環(huán)帶寬BW(fH)

開環(huán)差模電壓增益下降3dB所對(duì)應(yīng)的頻率fH單位增益帶寬BWG(fT)

開環(huán)增益Avo下降到1（0dB）時(shí)的時(shí)的信號(hào)頻率fT運(yùn)放Avo的頻率響應(yīng)曲線2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)差模特性差模輸入電阻rid和輸出電阻ro最大差模輸入電壓Vidmax

運(yùn)放同相和反相兩輸入端之間所允許的最大電壓差rid指差模信號(hào)作用下集成運(yùn)放的輸入電阻.2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)共模特性共模抑制比KCMR差模電壓增益與共模電壓增益之比稱為共模抑制比放映運(yùn)放抑制共模信號(hào)及放大差模信號(hào)的能力共模輸入電阻ric共模信號(hào)作用下的輸入電阻高精度運(yùn)放通常：ric≥100MΩ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第2講MOS模擬集成基本單元電路2.1電流源電路2.2COMS單級(jí)放大電路2.3COMS差分放大電路2.4低頻小信號(hào)放大電路的一般分析方法2.5集成運(yùn)放的主要參數(shù)2.6基本運(yùn)放電路2.6基本運(yùn)放電路運(yùn)算放大器的代表符號(hào)（a）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)（b）國(guó)內(nèi)外常用符號(hào)反相輸入端同相輸入端輸出端同相端的輸入信號(hào)與輸出端信號(hào)之間同相反相端的輸入信號(hào)與輸出端信號(hào)之間反相2.6基本運(yùn)放電路同相放大電路基本電路（a）電路圖（b）小信號(hào)電路模型輸入信號(hào)輸出信號(hào)反饋信號(hào)2.6基本運(yùn)放電路負(fù)反饋下的近似概念1)圖中通過負(fù)反饋的作用，使vn自動(dòng)地跟蹤vp即vn≈vp或vid=vp-vn≈0這種現(xiàn)象稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱虛短.2)由于理想運(yùn)放的rid≈∞，而ΔVid≈0，故兩輸入端電流也為0。即這一個(gè)特征稱為“虛斷”。即兩輸入端電流趨近于0。由運(yùn)放引入負(fù)反饋而得到的虛短和虛斷分析由運(yùn)放組成的各種線性應(yīng)用電路的利器，必須熟練掌握。2.6基本運(yùn)放電路-同相放大電路幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算(1)電壓增益AV根據(jù)虛短和虛斷的概念有所以2.6基本運(yùn)放電路-同相放大電路(2)輸入電阻Ri輸入電阻定義根據(jù)虛短和虛斷有所以2.6基本運(yùn)放電路-同相放大電路(3)輸出電阻Ro02.6基本運(yùn)放電路-同相放大電路電壓跟隨器根據(jù)虛短和虛斷有所以2.6基本運(yùn)放電路反相放大電路基本電路（a）電路圖（b）由虛短引出虛地vn≈02.6基本運(yùn)放電路-反相放大電路幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算(1)電壓增益AV根據(jù)虛短和虛斷的概念有所以即2.6基本運(yùn)放電路-反相放大電路(2)輸入電阻Ri輸入電阻定義根據(jù)虛短和虛斷有(3)輸出電阻Ro2.6基本運(yùn)放電路求差電路

從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。當(dāng)則若繼續(xù)有則

根據(jù)虛短、虛斷和N、P點(diǎn)的KCL得：2.6基本運(yùn)放電路-求差電路從放大器角度看增益為當(dāng)輸入電阻為（該電路也稱為差分式減法電路）一種高輸入電阻的差分電路同相輸入放大電路差分式放大電路當(dāng)2.6基本運(yùn)放電路-求和電路

根據(jù)虛短、虛斷和N點(diǎn)的KCL得：若則有（加法運(yùn)算）輸出再接一級(jí)反相電路可得2.6基本運(yùn)放電路-積分電路式中，負(fù)號(hào)表示vO與vi在相位上是相反的。根據(jù)“虛短”，得根據(jù)“虛斷”，得因此電容器被充電，其充電電流為設(shè)電容器C的初始電壓為零，則（積分運(yùn)算