計(jì)算機(jī)硬件及網(wǎng)絡(luò)集成電路運(yùn)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(diǎn)配合點(diǎn)配合 第二級(jí)射極加電阻，第二級(jí)射極加電阻，VC1=Vbe2+Ve2 適當(dāng)選適當(dāng)選Re2保證前后級(jí)保證前后級(jí)Q正常，但正常，但Re2負(fù)反饋負(fù)反饋，使，使Av下降。下降。第1頁(yè)/共107頁(yè)二極管、穩(wěn)壓管 二極管：二極管：VD=07V，進(jìn)行，進(jìn)行Q點(diǎn)配置，點(diǎn)配置，VC1=Vbe2+VD （多個(gè)二（多個(gè)二 極管極管n）優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：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(yè)/共107頁(yè)3電位移動(dòng)電路電位移動(dòng)電路：解決后級(jí)電位逐級(jí)提高：解決后級(jí)電位逐級(jí)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(fù)反饋?zhàn)饔?，?fù)反饋?zhàn)饔茫琕o。第3頁(yè)/共107頁(yè)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(dòng)態(tài)電阻小，使動(dòng)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(yè)/共107頁(yè)4） NPN和和PNP管組成電位移動(dòng)電路管組成電位移動(dòng)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(jí)抬高管集電極電位逐級(jí)抬高第5頁(yè)/共107頁(yè)三、零點(diǎn)漂移：三、零點(diǎn)漂移：Vi=0，Vo01）特點(diǎn)：）特點(diǎn)： Vi=0，Vo0 級(jí)數(shù)越多，零漂越嚴(yán)重（第一級(jí)零漂逐級(jí)放大）級(jí)數(shù)越多，零漂越嚴(yán)重（第一級(jí)零漂逐級(jí)放大） 隨機(jī)性，無(wú)規(guī)則。隨機(jī)性，無(wú)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(bǔ)償利用非線性元件溫度補(bǔ)償 差動(dòng)放大差動(dòng)放大 3 3）指標(biāo)：將）指標(biāo)：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(yè)/共107頁(yè) dIo/dVo=1/Rs，當(dāng)，當(dāng)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?yàn)橐玫浇M成恒流源，因?yàn)橐玫?mA的恒定電流，的恒定電流，Rs為為10M時(shí)，時(shí)，Vs必須大于必須大于10KV。 通常用動(dòng)態(tài)電阻（交流電阻）通常用動(dòng)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(gè)內(nèi)阻大的電壓源就是一個(gè)恒流源當(dāng)RL變化，引起Vo變化時(shí)，Io也變化，SSRVVI00 第7頁(yè)/共107頁(yè) 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(diǎn)，溫度變化時(shí)，Ic穩(wěn)定?，F(xiàn)RC變化時(shí)，Ic恒定。如：RCIo（Ie）VEVBEIBIo)ReRrRe1(rrSbece0 大大提高。大大提高。計(jì)算可算出從計(jì)算可算出從R RC C看進(jìn)去的等效交流電阻看進(jìn)去的等效交流電阻第8頁(yè)/共107頁(yè) 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(shí)，忽略較大時(shí)，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(dòng)態(tài)等效電阻而IREF受電源影響大，要求Vcc穩(wěn)定，且T1對(duì)T2有溫度補(bǔ)償。I0= IC2=IREF=VccVBE （ VEE）/R(VCC+ VEE)/RIC1=IC2=IREF/（1+2/） 當(dāng)2時(shí)，IC1=IC2=IREF由于IC1=IC2 IREF=IC1+2IB=IC1+2IC1/=IC1(1+2/)第9頁(yè)/共107頁(yè)T1不夠大時(shí)，不夠大時(shí)， 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(duì)對(duì)IREF分流。分流。不加Re3，IE3=IB1+IB2，適用于工作電流比較大的場(chǎng)合。而適用于工作電流比較大的場(chǎng)合。而當(dāng)要求電流較小時(shí)該電路要求當(dāng)要求電流較小時(shí)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(yè)/共107頁(yè)VBE1VBE2=VBE=IE2Re2 IC2IE2=VBE/Re2 VBE控制控

8、制IC2 當(dāng)當(dāng)R、Vcc，Re2確定時(shí)，確定時(shí)，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(shí)，IC2變化小，穩(wěn)定性好。1） 當(dāng)VBE1、VBE2確定， IC2=VBE/Re2確定2） Vcc變化，IREF變化， VBE也變化。第11頁(yè)/共107頁(yè)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(dāng)足夠大時(shí)，IcIREF，各管的、VBE相同，第12頁(yè)/共107頁(yè)T1、T2鏡像電流源作T3的負(fù)載， T1、T2電路輸出阻抗高，整個(gè)電路動(dòng)態(tài)電阻r0高，I0穩(wěn)定。第13頁(yè)/共107頁(yè)第14頁(yè)/共107頁(yè)1.MOSFET鏡像電流源電流源當(dāng)VDDVT當(dāng)T1、T2具有不同長(zhǎng)寬比并設(shè) 時(shí) dsr ,0 如圖3替代R第15頁(yè)/共107頁(yè)2. MOSFET多路電流源第16頁(yè)/共107頁(yè)第17頁(yè)/共107頁(yè)4 4電流源作有源負(fù)載電流源作有源負(fù)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(fù)載時(shí)，可提高電壓增益 第18頁(yè)/共107頁(yè)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(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端功能：放大兩個(gè)輸入信號(hào)之差。第19頁(yè)/共107頁(yè)2.2. 差模信號(hào)和共模信號(hào)的概念差模信號(hào)：V Vidid= =（V Vi1i1V Vi i2 2） 差模信號(hào)為兩信號(hào)之差 通常為大小相等，極性相反的信號(hào)。 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(hào)：共模信號(hào)為兩信號(hào)算術(shù)平均值 Vic=（Vi1+Vi2）/2 通常為兩個(gè)大小相等，極性相同的信號(hào) 當(dāng)有差模、共模信號(hào)共同作用時(shí)， Vi1=Vic+Vid/2 Vi2=VicVid/2 兩種輸入時(shí)，差模信 號(hào)相同，而共模信號(hào)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(duì)輸出 Vod=（V01V02） VOC=（VO1+VO2）/2Vo=AVDVid+AvcVic第20頁(yè)/共107頁(yè)beLbeb

12、LCiOrRrIRIVVVA beirR k4RRCIVOTT復(fù)習(xí)第21頁(yè)/共107頁(yè) iOVVVAebeLR)1(rR R)1(r RRebebi C0RR 第22頁(yè)/共107頁(yè)RgRgVgsRgVgsVgsRgAvmLmmLm 1Ri=Rg3+（Rg1/Rg2）/rgSRg3+（Rg1+Rg2）Rg3RO=Rd/rdRd Av=Vo/Vi=gm（Rd/rd） gmRd第23頁(yè)/共107頁(yè)特點(diǎn)：1）T1、T2完全相同，電路 參數(shù)對(duì)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(fù)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(wú)窮大

13、）兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端。第24頁(yè)/共107頁(yè) IC1=IC2=Io/2，VCE1=VCE2=VccIcRc+07 Vo=VC1VC2=0原理：靜態(tài)時(shí)，輸入信號(hào)為零，即將輸入端b1和b2對(duì)地短接。由于兩管特性相同，所以當(dāng)溫度或其他外界條件發(fā)生變化時(shí)，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(diǎn)漂移。RL若兩輸出端接有負(fù)載，則負(fù)載中點(diǎn)是交流地電位。若兩輸出端接有負(fù)載，則負(fù)載中點(diǎn)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(yè)/共

14、107頁(yè) iC1 iC2 溫度溫度 iC1 iE1 iC2 iE2 這一過(guò)程類似于分壓式射極偏置電路這一過(guò)程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過(guò)程。所以，即使電路處于單的溫度穩(wěn)定過(guò)程。所以，即使電路處于單端輸出方式時(shí)，仍有較強(qiáng)的抑制零漂能力。端輸出方式時(shí)，仍有較強(qiáng)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(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)抑制作用差分式放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)抑制作用2）抑制零漂的原理：第26頁(yè)/共107頁(yè)3）動(dòng)態(tài)分析：兩種輸入、兩種輸出組合共四種方式 差動(dòng)放大差動(dòng)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(yè)/共107頁(yè)T1：vi=+vid/2Icvce=IC1RC1當(dāng)考慮基極電阻當(dāng)考慮基極電阻Rb時(shí)，時(shí)，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(jí)放大時(shí)的增益。當(dāng)輸出接有當(dāng)輸出接有RL時(shí)，時(shí)，Avd=

16、RL/（Rb+rbe） RL=Rc/（RL/2）第28頁(yè)/共107頁(yè)如果電路如下圖所示，則Re)1(Re)1(2200 beCbeBCCididvdrRrIRIvvVVAReRe第29頁(yè)/共107頁(yè)Avd1=Avd/2=RC/2rbe 結(jié)論：雙入單出差放增益為單管時(shí)的一半。（不帶負(fù)載時(shí)）結(jié)論：雙入單出差放增益為單管時(shí)的一半。（不帶負(fù)載時(shí)）Rid=2rbe， Ro=Rc注意：vC1輸出電壓為負(fù)，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(yè)/共107頁(yè)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(dāng)于開(kāi)路，當(dāng)于開(kāi)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(jì)算方法也一致端輸入近似一致，因此計(jì)算方法也一致 C、單端輸入的差模電壓增益 當(dāng)要求從一端輸入信號(hào)時(shí)， vi1=vid vi2=0 或vi2=vid vi1=0當(dāng)考慮Rs時(shí)，rbe均變?yōu)镽s+ rbe第31頁(yè)/共107頁(yè) 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(shí)

18、，差放對(duì)共模信號(hào)輸出為零。抑制共模信號(hào)能力強(qiáng)Avc= voc /vic=（voc1voc2）/vic0（兩管對(duì)稱，ie1、ie2同時(shí)增大或減?。?對(duì)每管而言，相當(dāng)于發(fā)射極接了2 ro第32頁(yè)/共107頁(yè) 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(dāng)當(dāng)1 Avc=RC/ 2 ro ro Avc 抑制共模信號(hào)能力增強(qiáng)抑制共模信號(hào)能力增強(qiáng) 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(duì)值之比的絕對(duì)值. KCMR= Avd/Avc KCMR=20lg Avd/Avc （db）第33頁(yè)/共107頁(yè)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(shí)，）雙端輸出時(shí)，Avc0，KCMR 3）單端輸出時(shí)，）單端輸出時(shí)，ro Avc KCMR 4）根據(jù)）根據(jù)vo=Avdvid+Avcvic有有上式說(shuō)明：上式說(shuō)明：KCMR須大于須大于vic/ vid，才能保證輸出信號(hào)中有效信號(hào)大于漂移才能保證輸出信號(hào)中有效信號(hào)大于漂移信號(hào)信號(hào)如：如：KC

20、MR=1000，vic=1mv vid=1V，vo中第二項(xiàng)等于第一項(xiàng)中第二項(xiàng)等于第一項(xiàng)KCMR=10000，vo中第二項(xiàng)等于第一項(xiàng)的中第二項(xiàng)等于第一項(xiàng)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(wú)耦合電容，低頻響應(yīng)好。 )1(1111CMRidicidvdCMRicvdidvdoKvvvAKvAvAv 第34頁(yè)/共107頁(yè)例=200，rbb=200,I0=1mA,RC1=RC2=RC=10K , VCC=10V,-VEE=-10V.求：1）Q。 2）Avd Rid RO3）r0=83k時(shí)， Avd1， Avc1和KCMR1 4）I0不變，v

21、id=0vic= -5v或5v時(shí)的VCE第35頁(yè)/共107頁(yè)T1、T2進(jìn)入飽和區(qū)第36頁(yè)/共107頁(yè)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(shí)，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(yè)/共107頁(yè)交流通路微變等效電路差動(dòng)交流通路微變等效電路共模第38頁(yè)/共107頁(yè) k37.154101512173. 521R)1(2Rr21ReSbeic 310117352100101502022.).()/()Rr(RvvASbeLidvd K09. 9100/10RL 45. 0102151173. 509. 9150R2 )1(RrRAeSbeL2vc 第39頁(yè)/共107頁(yè)第40頁(yè)/共107頁(yè)第41頁(yè)/共107頁(yè)第42頁(yè)/共107頁(yè)110220Re2RAC1C Re第43頁(yè)/共107頁(yè)56656

23、6665555eeEEeBEBEeBEBERRIIRVVIRVVI 第44頁(yè)/共107頁(yè)第45頁(yè)/共107頁(yè)bebmimbembcrigvgvgii bemrg 第46頁(yè)/共107頁(yè)單端輸出電壓增益接近雙端輸出電壓增益第47頁(yè)/共107頁(yè)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(yè)/共107頁(yè)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(duì)管，T3、T4有源負(fù)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(dāng)vi1=vi2=0，VDS3=VDS4，ID1=ID2=I0/2，vo=V0d1V0d2=0(1)工作原理第49頁(yè)/共107頁(yè)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(dāng)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(yè)/共107頁(yè)B、雙端輸入，單端（T2）輸出：?jiǎn)味溯敵鲭妷涸鲆娼咏p端輸出

25、電壓增益第51頁(yè)/共107頁(yè)2. JFET差分式放大電路T1，T2差分對(duì)管，T3電流源提供T1，T2的偏置電流ID1=ID2=Io/2，動(dòng)態(tài)電阻r0=1/(IDSS)很大，抑制共模信號(hào)雙端輸出：Avd= (v01 v02 )/ vid =-gmRd222211112121dmidovddmidovdRgvvARgvvA 單端輸出當(dāng)vi1=vi2=vid/2，共模雙端輸出：Avc=-gmRd/（1+2gmr0）輸入電阻可達(dá)1012，偏置電流100PA數(shù)量級(jí) MOSFET可達(dá)1015，偏置電流10PA數(shù)量級(jí)第52頁(yè)/共107頁(yè) 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(hào)隨輸入差模信號(hào)變化的曲線放大電路輸出差模信號(hào)隨輸入差模信號(hào)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(fù)反饋，特性曲線斜率減小，gm，線性區(qū)擴(kuò)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(diǎn)斜率是BJT互導(dǎo)gm最大值。1

27、vi1vi2=vid=0， V01=V02=VCC-（Io/2）RC （Q點(diǎn)）第53頁(yè)/共107頁(yè)限幅特性第54頁(yè)/共107頁(yè)差分放大電路的小結(jié)差動(dòng)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(wèn)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(yè)/共107頁(yè))22)(1 ()(001rRRUVIPbBEEEB 11BCII bBEBCECCCCRIVVRIV CCbBBECCCERIRIVVV 靜態(tài)第56頁(yè)/共

28、107頁(yè)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(yè)/共107頁(yè)3. 雙端輸入單端輸出這種方式適用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出的信號(hào)。(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(yè)/共107頁(yè)（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(yè)/共107頁(yè)4. 單端

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

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(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：差動(dòng)放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)差動(dòng)放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)雙端輸出時(shí)：?jiǎn)味溯敵鰰r(shí)：(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(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：雙端輸出時(shí)：?jiǎn)味溯敵鰰r(shí)：0vcAoLcvr2RA 2R)1(rR)2R/R(APbebLcdv 2R)1(rR 2)R/R(APbebLcdv 第62頁(yè)/共107頁(yè)(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(shí)， 雙端輸出時(shí)，)r22R)(1(rR21Ric0Pbeb （6）共模輸出電阻：?jiǎn)味溯敵鰰r(shí)， 雙端輸出時(shí)，coRR co2RR 第63頁(yè)/共107頁(yè)6 64 4 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器1 結(jié)構(gòu)：4) 偏置電路：為各級(jí)提供合適的工作電流3） 輸出級(jí)：足夠的輸出電壓和功率，輸出阻抗低。2） 電壓放大級(jí)：電壓增益高1） 差分輸入：零漂小，輸入阻抗高第64頁(yè)/共107頁(yè)641 CMOSMC14573 集成電路運(yùn)放T5、T6、RREF輸入偏置Ce 內(nèi)部補(bǔ)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(fù)載T3、T4有源負(fù)載T1、T2差

32、分輸入級(jí)第65頁(yè)/共107頁(yè) VT =0.5V，RREF=225K時(shí)解得第66頁(yè)/共107頁(yè)第67頁(yè)/共107頁(yè)第68頁(yè)/共107頁(yè)第69頁(yè)/共107頁(yè)642 BJTLM741集成運(yùn)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(yùn)動(dòng)，同時(shí)形成寄結(jié)構(gòu)橫向排列，載流子橫向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)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(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)縱向排列，載流子縱向運(yùn)動(dòng)多集電極三極管多集電極三極管第70頁(yè)/共107頁(yè)2） 橫向橫向PNP特點(diǎn)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)耐壓

33、一樣，特點(diǎn)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)耐壓一樣，8090V 很小（很?。?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(zhǔn) 741電路組成：電路組成：24個(gè)個(gè)BJT，10個(gè)電阻，個(gè)電阻，1個(gè)電容。個(gè)電容。第71頁(yè)/共107頁(yè)R4+3同相2反相第72頁(yè)/共107頁(yè)第73頁(yè)/共107頁(yè)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(zhǔn) 第74頁(yè)/共107頁(yè)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(jí)有源負(fù)載中間級(jí)有源負(fù)載第75頁(yè)/共107頁(yè)2 輸入級(jí)輸入級(jí)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(shí)vi=0，IC3=IC5=IC4=IC6 iO1=0T3、T4 共基，T5、T6、T7帶緩沖級(jí)的鏡像電流源作有源負(fù)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(yè)/共107頁(yè)3 中間級(jí)：T16、T17復(fù)合管共射，T13B有源負(fù)載，交流電

36、阻大，電壓增益高，輸入電阻小。第77頁(yè)/共107頁(yè)4輸出級(jí)：T14、T20互補(bǔ)對(duì)稱，互補(bǔ)對(duì)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(fù)反饋，使（接成二極管）負(fù)反饋，使VCE18恒定恒定T24B構(gòu)成二極管，當(dāng)構(gòu)成二極管，當(dāng)T16、T17過(guò)載，導(dǎo)通，分流過(guò)載，導(dǎo)通，分流T16基極電流基極電流負(fù)向電流過(guò)大，負(fù)向電流過(guò)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(guò)大，正向電流過(guò)大，T15截止變導(dǎo)通，截止變導(dǎo)通，VCE15T14電流電流T24推動(dòng)，共集，利用輸

37、入阻抗高，減小對(duì)推動(dòng)，共集，利用輸入阻抗高，減小對(duì)中間級(jí)的影響中間級(jí)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(guò)流保護(hù)過(guò)流保護(hù)第78頁(yè)/共107頁(yè) 1 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIO：反映電路對(duì)稱程度及電位配合。：反映電路對(duì)稱程度及電位配合。 Vi=0時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓Vo折合到輸入端的電壓的負(fù)值折合到輸入端的電壓的負(fù)值 定義為：室溫定義為：室溫25oC，標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入為零時(shí)，為使輸出電壓為零在輸入，標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入為零時(shí)，為使輸出電壓為零在輸入端的補(bǔ)償電壓。端的補(bǔ)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(shí)，兩個(gè)基極偏定義：靜態(tài)時(shí)，兩個(gè)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(hào)源內(nèi)阻變偏置電流小，信號(hào)源內(nèi)阻變化化Vo變化。變化。一般一般10nA1A 65 實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)和對(duì)應(yīng)用電路的影響實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)第79頁(yè)/共107頁(yè) 9.開(kāi)環(huán)帶寬BW（fH）：開(kāi)環(huán)增益下降到3db時(shí)對(duì)應(yīng)的fH，約7Hz 3 輸入失調(diào)電流IIO：反映輸入級(jí)差分對(duì)管的不對(duì)稱定義：Vi=0，二個(gè)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(bǔ)償。一般（1020）V2）輸入失調(diào)電流溫漂：IIO/T 一般幾個(gè)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(yùn)放能承受的最大共模輸入電壓，如超過(guò)，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(kāi)環(huán)差模電壓增益Avo：工作在線性區(qū)，在規(guī)定負(fù)載下，無(wú)負(fù)反饋直流差模電壓增益。f，Avo第80頁(yè)/共107頁(yè)11轉(zhuǎn)換速率：閉環(huán)狀態(tài)下，輸入大信號(hào)時(shí)，輸出電壓對(duì) 時(shí)間的最大變化速率。一般 1V/S以下maxRdt) t (dVoS 大信號(hào)：

40、運(yùn)放將工作到非線性區(qū)，造成瞬時(shí)飽和或截止。大信號(hào)頻帶小信號(hào)頻帶，輸出不能及時(shí)跟隨輸入，造成如此是由于補(bǔ)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(hào)變化斜率的絕對(duì)值大于信號(hào)變化斜率的絕對(duì)值 在理想運(yùn)放中，在理想運(yùn)放中，Avo，rid，BW，SR，KCMR視為無(wú)窮大，視為無(wú)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(shí)的頻率，也即 0db 時(shí)fT 741的Avo=2105時(shí)，fT=AvofH=14MHz第81頁(yè)/共107頁(yè)第82頁(yè)/共107頁(yè) 一些專用運(yùn)放一些專用運(yùn)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(jí)，如：結(jié)合構(gòu)成差分輸入級(jí)，如：LF3562 高精度、低溫漂：用于微信號(hào)檢測(cè)如：高精度、低溫漂：用于微信號(hào)檢測(cè)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(yè)/共107頁(yè)集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題前面算法基礎(chǔ)：Avo，ri趨于無(wú)窮大，r00.而實(shí)際：VI0、II0、IIB、VI0/T、II0/T存在產(chǎn)生誤差，KC

42、MR為有限值時(shí)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(yè)/共107頁(yè)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(dāng)由此看出當(dāng)AV D和和KCMR， 1fVFRR1A而當(dāng)而當(dāng)AVD或或KCMR越小，誤差越大。越小，誤差越大。第85頁(yè)/共107頁(yè)2輸入失調(diào)電壓電流

43、VI0、II0，輸入偏置電流IIB不為零時(shí) Vi=0時(shí)時(shí) R2=R1 /Rf Ri(IIBIIO/2)R2第86頁(yè)/共107頁(yè)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(yè)/共107頁(yè) IfIIBfNV)RR)(/II (VRRRVVP= (IIBIIO/2)R2當(dāng)當(dāng)AVD，VPVN.上述兩式相等并合并，上述兩式相等并合并，V0的表達(dá)式為的表達(dá)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(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí). 上式中上式中IIB項(xiàng)項(xiàng)為為0fRRR RIVRR)R(IVRRVIIfIIf當(dāng)當(dāng) 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(yè)/共107頁(yè)特例，當(dāng)特例，當(dāng)Rf用用1/SC代替，也即作積分運(yùn)算時(shí)代替，也即作積分運(yùn)算時(shí).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(shí)間t，V0，且R1C