集成電路 (17)課件

第六章模擬集成電路§6.3集成運(yùn)算放大電路§6.4集成運(yùn)放的電路分析§6.2差分放大電路§6.1直流偏置技術(shù)§6.5模擬乘法器及其應(yīng)用§6.1直流偏置技術(shù)一、鏡像電流源二、微電流源一、鏡像電流源T0和T1特性完全相同。在電流源電路中充分利用集成運(yùn)放中晶體管性能的一致性。電路中有負(fù)反饋嗎？基準(zhǔn)電流§6.2差分放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因二、基本差分放大電路三、具有恒流源的差分放大電路四、差分放大電路的四種接法五、差分放大電路的改進(jìn)一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因1.什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。2.產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂?？朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫?fù)反饋，溫度補(bǔ)償。典型電路：差分放大電路二、基本差分放大電路在理想對(duì)稱的情況下：1.克服零點(diǎn)漂移；2.零輸入零輸出；3.抑制共模信號(hào)；4.放大差模信號(hào)。動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR1.電路組成:對(duì)稱性Rb1=Rb2Rc1=Rc2在任何溫度下T1和T2的特性和參數(shù)均完全相同。3.抑制共模信號(hào)

共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)，即3.抑制共模信號(hào)

：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔肦e的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘?hào)對(duì)于每一邊電路，Re=?如T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。4.放大差模信號(hào)△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對(duì)差模信號(hào)無(wú)反饋?zhàn)饔?。差模信?hào)：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號(hào)，即＋－＋－三、具有恒流源的差分放大電路

Re越大，每一邊的漂移越小，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，單端輸出時(shí)的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。但為使靜態(tài)電流不變，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低電源條件下，設(shè)置合適的IEQ，并得到得到趨于無(wú)窮大的Re。解決方法：采用電流源取代Re！具有恒流源差分放大電路的組成等效電阻為無(wú)窮大近似為恒流

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。

根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。四、差分放大電路的四種接法（2）雙端輸入單端輸出的動(dòng)態(tài)分析對(duì)差模信號(hào)的等效電路對(duì)共模信號(hào)的等效電路（3）雙端輸入單端輸出電路問題的討論（1）T2的Rc可以短路嗎？（2）什么情況下Ad為“＋”？（3）雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的2倍嗎？2.單端輸入雙端輸出共模輸入電壓差模輸入電壓

輸入差模信號(hào)的同時(shí)總是伴隨著共模信號(hào)輸入：在輸入信號(hào)作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？3.四種接法的比較：電路參數(shù)理想對(duì)稱條件下輸入方式：Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時(shí)無(wú)共模信號(hào)輸入，單端輸入時(shí)有共模信號(hào)輸入。輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。1)RW取值應(yīng)大些？還是小些？2)RW對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？3)若RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫出Ad、Ri的表達(dá)式。五、差分放大電路的改進(jìn)1.加調(diào)零電位器RW2.場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路§6.3集成運(yùn)放電路一、集成運(yùn)放電路的特點(diǎn)二、集成運(yùn)放的方框圖一、集成運(yùn)放的特點(diǎn)（1）集成電路中不能制作大電容，故采用直接耦合方式。（2）用復(fù)雜電路實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐返膹?fù)雜化并不帶來(lái)工藝的復(fù)雜性。（3）用有源元件替代無(wú)源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。（4）集成運(yùn)放相鄰元件參數(shù)具有很好的一致性，故可構(gòu)成較理想的差分放大電路和電流源電路。（5）采用復(fù)合管。

集成運(yùn)算放大電路，簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，是一個(gè)高性能的直接耦合多級(jí)放大電路。因首先用于信號(hào)的運(yùn)算，故而得名。二、集成運(yùn)放電路的方框圖兩個(gè)輸入端一個(gè)輸出端

若將集成運(yùn)放看成為一個(gè)“黑盒子”，則可等效為一個(gè)雙端輸入、單端輸出的差分放大電路?！?.4集成運(yùn)放的電路分析一、讀圖方法二、原理電路的分析三、集成運(yùn)放的性能指標(biāo)一、讀圖方法（1）了解用途：了解要分析的電路的應(yīng)用場(chǎng)合、用途和技術(shù)指標(biāo)。（2）化整為零：將整個(gè)電路圖分為各自具有一定功能的基本電路。（3）分析功能：定性分析每一部分電路的基本功能和性能。（4）統(tǒng)觀整體：電路相互連接關(guān)系以及連接后電路實(shí)現(xiàn)的功能和性能。（5）定量計(jì)算：必要時(shí)可估算或利用計(jì)算機(jī)計(jì)算電路的主要參數(shù)。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。二、原理電路的分析

若在集成運(yùn)放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個(gè)電流往往是偏置電路中的基準(zhǔn)電流。IR微電流源鏡像電流源按信號(hào)流通順序分析放大電路部分雙端輸入、單端輸出差分放大電路以復(fù)合管為放大管、恒流源作負(fù)載的共射放大電路用UBE倍增電路消除交越失真的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)三、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)

指標(biāo)參數(shù)F007典型值理想值開環(huán)差模增益Aod106dB∞差模輸入電阻rid2MΩ∞共模抑制比KCMR90dB∞輸入失調(diào)電壓UIO1mV0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾μV/℃0輸入失調(diào)電流IIO(│IB1-IB2│)20nA0IIO的溫漂dIIO/dT(℃)幾nA/℃0最大共模輸入電壓UIcmax±13V最大差模輸入電壓UIdmax±30V-3dB帶寬fH10Hz∞轉(zhuǎn)換速率SR(=duO/dt│max)0.5V/μS∞20lg│Aod│使uO為0在輸入端所加的補(bǔ)償電壓超過此值不能正常放大差模信號(hào)超過此值輸入級(jí)放大管擊穿討論一1.輸入級(jí)采用什么措施增大放大倍數(shù)？2.中間級(jí)采用什么措施增大電壓放大倍數(shù)？3.如何消除交越失真？4.uI1、uI3哪個(gè)是同相輸入端？哪個(gè)是反相輸入端？有源負(fù)載有源負(fù)載復(fù)合管共射放大電路增大輸入級(jí)的負(fù)載電阻__+___++反相輸入端同相輸入端積累電流放大系數(shù)超β管清華大學(xué)華成英討論二

根據(jù)下列要求，將應(yīng)優(yōu)先考慮使用的集成運(yùn)放填入空內(nèi)。

已知現(xiàn)有集成運(yùn)放的類型是：

①通用型②高阻型③高速型④低功耗型

⑤高壓型⑥大功率型⑦高精度型

（1）作低頻放大器，應(yīng)選用

。

（2）作寬頻帶放大器，應(yīng)選用

。

（3）作幅值為1μV以下微弱信號(hào)的測(cè)量放大器，應(yīng)選用

。

（4）作內(nèi)阻為100kΩ信號(hào)源的放大器，應(yīng)選用

。

（5）負(fù)載需5A電流驅(qū)動(dòng)的放大器，應(yīng)選用

。

（6）要求輸出電壓幅值為±80V的放大器，應(yīng)選用

。

（7）宇航儀器中所用的放大器，應(yīng)選用

?！?.5模擬乘法器及其應(yīng)用二、在運(yùn)算電路中的應(yīng)用一、模擬乘法器簡(jiǎn)介一、模擬乘法器簡(jiǎn)介1.變跨導(dǎo)型模擬乘法器的基本原理

實(shí)際電路需在多方面改進(jìn)，如線性度、溫度的影響、輸入電壓的極性等方面。

理想情況下，ri1、ri2、fH為無(wú)窮大，失調(diào)電壓、電流及其溫漂為0，ro為0，ux、uy幅值和頻率變化時(shí)k值不變。

有單象限、兩象限和四象限之分。2.模擬乘法器的符號(hào)及等效電路二、在運(yùn)算電路中的基本應(yīng)用2.乘方運(yùn)算1.乘法運(yùn)算

實(shí)際的模擬乘法器k常為+0.1V-1或－0.1V-1。若k=+0.1V-1，uI1=uI2=10V，則uO=10V。實(shí)現(xiàn)了對(duì)正弦波電壓的二倍頻變換

為使電路引入的是負(fù)反饋，k和uI2的極性應(yīng)如何？3.除法運(yùn)算運(yùn)算電路中