模擬集成電路(第周)

6.模擬集成電路6.1模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)6.2差分式放大電路6.3差分式放大電路的傳輸特性6.4集成電路運算放大器6.5實際集成運放的主要參數(shù)和對應(yīng)用電路的影響6.7放大電路中的噪聲與干擾一、BJT電流源電路1.鏡像電流源2.微電流源二、FET電流源1.MOSFET鏡像電流源2.MOSFET多路電流源3.JFET電流源6.1模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)電流源為何而生？體積小，經(jīng)濟性好1.鏡像電流源T1、T2的參數(shù)全同即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2

當(dāng)BJT的β較大時，基極電流IB可以忽略

Io＝IC2≈IREF＝

代表符號一、BJT電流源電路1.鏡像電流源1、動態(tài)電阻較大一般ro在幾百千歐以上2、T1對T2有溫度補償作用優(yōu)點：缺點：2.微電流源由于很小，所以IC2也很小。ro≈rce2（1＋）

（參考射極偏置共射放大電路）具有很高的恒定性1.MOSFET鏡像電流源當(dāng)器件具有不同的寬長比時（=0）ro=rds2

MOSFET基本鏡像電路流二、FET電流源1.MOSFET鏡像電流源用T3代替R，T1~T3特性相同，且工作在放大區(qū)，當(dāng)=0時，輸出電流為常用的鏡像電流源2.MOSFET多路電流源3.JFET電流源(a)電路(b)輸出特性重慶工學(xué)院6.2差分式放大電路一、

差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)二、

射極耦合差分式放大電路三、

源極耦合差分式放大電路1.基本結(jié)構(gòu)一、

差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)2.相關(guān)基本概念差模信號共模信號有共模信號相當(dāng)于兩個輸入端信號中相同的部分（噪聲，溫度影響）差模信號相當(dāng)于兩個輸入端信號中不同的部分兩輸入端中的共模信號大小相等，相位相同；差模信號大小相等，相位相反。差模電壓增益共模電壓增益總輸出電壓其中——差模信號產(chǎn)生的輸出——共模信號產(chǎn)生的輸出共模抑制比反映抑制共模信號的能力1.電路組成及工作原理二、

射極耦合差分式放大電路靜態(tài)——對稱1.電路組成及工作原理結(jié)論：時，動態(tài)僅輸入差模信號時，大小相等，相位相反。結(jié)論：差模信號被放大大小相等，相位相反。1.電路組成及工作原理溫度變化和電源電壓波動，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢是相同的，其效果相當(dāng)于在兩個輸入端加入了共模信號。結(jié)論：差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用當(dāng)輸入共模信號時，大小相等，相位相同。大小相等，相位相同。動態(tài)1.電路組成及工作原理2.主要指標(biāo)計算（3）共模抑制比（1）差模電壓增益<A>雙入、雙出<B>雙入、單出<C>單端輸入（2）共模電壓增益<A>雙入，雙出<B>雙入，單出（4）頻率響應(yīng)接入負(fù)載時以雙倍的元器件換取抑制共模信號的能力（1）差模電壓增益<A>雙入、雙出<B>雙入、單出接入負(fù)載時（1）差模電壓增益<C>單端輸入等效于雙端輸入指標(biāo)計算與雙端輸入相同。（1）差模電壓增益共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益（2）共模電壓增益<A>雙入，雙出抑制零漂能力增強（2）共模電壓增益<B>雙入，單出（3）共模抑制比雙端輸出，理想情況單端輸出共模抑制能力越強單端輸出時的總輸出電壓（4）頻率響應(yīng)高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號。例解：求（1）靜態(tài)工作點；（2）雙入、雙出的差模電壓增益，輸入電阻，輸出電阻（2）雙入、雙出的差模電壓增益，輸入電阻，輸出電阻3.帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路靜態(tài)IE6IREFIO

＝IE51.CMOS差分式放大電路三、

源極耦合差分式放大電路6.3差分式放大電路的傳輸特性根據(jù)又

vO1＝VCC－iC1Rc1vO2＝VCC－iC2Rc2可得傳輸特性曲線

vO1，vO2＝f（vid）輸出信號隨輸入信號變化的曲線稱為傳輸特性曲線

ic1，ic2＝f（vid）vO1，vO2＝f（vid）的傳輸特性曲線6.4集成電路運算放大器一、CMOSMC14573集成電路運算放大器二、BJTLM741集成運算放大器一、CMOSMC14573集成電路運算放大器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理2.電路技術(shù)指標(biāo)的分析計算(1)直流分析已知VT

和KP5

，可求出IREF

二、BJTLM741集成運算放大器原理電路6.5實際集成運算放大器的主要參數(shù)和對應(yīng)用電路的影響一、實際集成運放的主要參數(shù)二、集成運放應(yīng)用中的實際問題一、

實際集成運放的主要參數(shù)1、輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）2、差模特性3、共模特性三類：1、輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）（1）

輸入失調(diào)電壓VIO在室溫（25℃）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為零時，為了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓叫做失調(diào)電壓VIO。一般約為±（1～10）mV。超低失調(diào)運放為（1～20）V。高精度運放OP-117VIO=4V。MOSFET達20mV。1、輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）（2）

輸入偏置電流IIB輸入偏置電流是指集成運放兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值IIB＝（IBN＋IBP）/2BJT為10nA～1A；MOSFET運放IIB在pA數(shù)量級。對電路的影響？(越小越好，引起輸出電壓的變化越?。?）

輸入失調(diào)電流IIO輸入失調(diào)電流IIO是指當(dāng)輸入電壓為零時流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即IIO＝|IBP－IBN|

一般約為1nA～0.1A。（4）

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/

T1、輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）2、差模特性(1)開環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬BW開環(huán)差模電壓增益Avo——無反饋時的電壓增益開環(huán)帶寬BW

(fH)——-3dB帶寬，開環(huán)差模電壓增益下降3dB時對應(yīng)的頻率單位增益帶寬

BWG(fT)——Avo=1或0dB時對應(yīng)的頻率fT（2）

差模輸入電阻rid和輸出電阻ro

BJT輸入級的運放rid一般在幾百千歐到數(shù)兆歐MOSFET為輸入級的運放rid＞1012Ω超高輸入電阻運放rid＞1013Ω、IIB≤0.040pA一般運放的ro＜200Ω，而超高速AD9610的ro＝0.05Ω。（3）

最大差模輸入電壓Vidmax2、差模特性運放反相和同相輸入端之間可承受的最大電壓值。3、共模特性（1）

共模抑制比KCMR和共模輸入電阻ric

一般通用型運放KCMR為（80～120）dB，高精度運放可達140dB，ric≥100MΩ。（2）

最大共模輸入電壓Vicmax

一般指運放在作電壓跟隨器時，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)量的運放可達±

13V。4、大信號動態(tài)特性（1）

轉(zhuǎn)換速率SR放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號（例如階躍信號）時，輸出電壓對時間的最大變化速率，即 （2）

全功率帶寬BWP

指運放輸出最大峰值電壓時允許的最高頻率，即

SR和BWP是大信號和高頻信號工作時的重要指標(biāo)。一般通用型運放SR在nV/s以下，741的SR=0.5V/s而高速運放要求SR＞30V/s以上。目前超高速的運放如AD9610的SR＞3500V/s。5、電源特性（1）

電源電壓抑制比KSVR

衡量電源電壓波動對輸出電壓的影響（2）

靜態(tài)功耗PV

輸入信號為0時，運放消耗的總功率1.集成運放的選用通用型運放——各項參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一；專用型運放——某項技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼顧；例如低噪聲運放的帶寬往往設(shè)計得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾，如此等等。二、集成運放應(yīng)用中的實際問題3.調(diào)零補償（a）調(diào)零電路（b）反相端加入補償電路2.失調(diào)電壓VIO、失調(diào)電流IIO和偏置電流IIB帶來的誤差二、集成運放應(yīng)用中的實際問題6.7放大電路中的噪聲與干擾一、放大電路中的噪聲二、放大電路中的干擾一、放大電路中的噪聲1.噪聲的種類及性質(zhì)（1）電阻的熱噪聲（2）三極管的噪聲①熱噪聲②散粒噪聲③閃礫噪聲內(nèi)部載流子的不規(guī)則運動造成（1）電阻的熱噪聲由電子無規(guī)則熱運動而產(chǎn)生隨時間而變化的電壓稱為熱噪聲電壓。一個阻值為R（Ω）的電阻未接入電路時，在頻帶寬度B內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值為

K——玻耳茲曼常數(shù)，T——熱力學(xué)溫度（K），B——頻帶寬度（Hz）。白噪聲——具有均勻的功率頻譜的噪聲

特征：1、一個非周期變化的時間函數(shù)；2、頻率范圍是很寬廣的；（噪聲電壓Vn將隨放大電路帶寬的增加而增加）熱噪聲的功率頻譜密度熱噪聲電壓密度（1）電阻的熱噪聲描述形式：功率和電壓的形式分別為：①熱噪聲由于載流子不規(guī)則的熱運動通過BJT內(nèi)三個區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線電阻時而產(chǎn)生。其中rbb所產(chǎn)生的噪聲是主要的。FET主要是溝道電阻的熱噪聲。（2）三極管的噪聲（2）三極管的噪聲②散粒噪聲由于通過發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個瞬時都不相同，因而引起發(fā)射極電流或集電極電流有一個無規(guī)則的波動，產(chǎn)生散粒噪聲。

散粒噪聲具有白噪聲的性質(zhì)

q——每個載流子所帶電荷量的絕對值，I——通過PN結(jié)電流的平均值，B——頻帶寬度。散粒噪聲電流為③閃礫噪聲這種噪聲與頻率成反比，故又稱為1/f噪聲或低頻噪聲。不同器件噪聲對比1、JFET的噪聲主要來源于溝道電阻熱噪聲；2、MOSFET的1/f噪聲較嚴(yán)重，低頻時MOSFET比JFET的噪聲大；3、一般，F(xiàn)ET的噪聲比BJT??；4、碳膜電阻的1/f噪聲最大，繞線電阻的1/f噪聲最?。怀蛇\放的噪聲，是由組成運放內(nèi)部電路的元器件產(chǎn)生的噪聲源以及內(nèi)部電路連接的噪聲源累計的結(jié)果。一般是通過實驗方法進行測量。一、放大電路中的噪聲2.放大電路的噪聲指標(biāo)（1）等效輸入噪聲電壓/電流密度（2）輸出端信噪比（3）噪聲系數(shù)2.放大電路的噪聲指標(biāo)定義 其中AP為功率增益放大電路不僅把輸入端的噪聲進行放大，而且放大電路本身也存在噪聲。所以，其輸出端的信噪比必然小于輸入端信噪比。（3）噪聲系數(shù)一個無噪聲放大電路的噪聲系數(shù)是0dB，一個低噪聲放大電路的噪聲系數(shù)應(yīng)小于3dB。因為當(dāng)滿足Ri=Ro時，NF可表示為另一種形式：當(dāng)NF用分貝（dB）表示時 3.減小噪聲的措施硬件選低噪聲集成運放，如OP-27，AD745等；采用濾波處理或引入負(fù)