模電第六章集成運(yùn)放

模電課件第六章集成運(yùn)放第1頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集成運(yùn)算放大器——高增益的直接耦合的集成的多級(jí)放大器。一.什么是集成運(yùn)算放大器？第六章集成電路運(yùn)算放大器

引言二、集成電路的分類(lèi)數(shù)字集成電路：如74LS00······

模擬集成電路：如運(yùn)算放大器、功率放大器、集成穩(wěn)壓電路···數(shù)、?；旌霞呻娐罚喝鏏/D、D/A轉(zhuǎn)換器···專用集成電路：如某些專用特殊功能的集成電路三、模擬集成電路的特點(diǎn)（P.227）1、元件對(duì)稱性：常用于運(yùn)算放大器的輸入端；2、常用有源器件代替無(wú)源元件因?yàn)殡娮桦娙菡加霉杵娣e大且精度不高第2頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、極間耦合采用直接耦合方式4、采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)的電路作為運(yùn)算放大器的輸出端5、常用BJT的發(fā)射結(jié)代替電路中的二極管第3頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.1集成電路運(yùn)算放大器中的電流源在集成電路中常用電流源代替電路中的各類(lèi)電阻。如集電極負(fù)載電阻RC用電流源代替，稱為有源負(fù)載；偏置電阻Rb用電流源代替，稱為有源偏置；射極電阻Re用電流源代替，稱為有源負(fù)載射極電流源等。因此電流源在集成電路中應(yīng)用廣泛。

一、鏡像電流源電路∵IC2≈IREF，兩邊的電流象鏡子一樣對(duì)稱，∴稱為“鏡像電流源”。從上式可知，β值越大，鏡像效果越好，為提高鏡像效果，要求IB盡可能小，使IREF盡可能等于IC1（＝IC2）。改進(jìn)電路如P.229圖6.1.2所示。第4頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

改進(jìn)型鏡像電流源電路圖：二、微電流源因兩管特性基本一致，△VBE＝VBE1－VBE2很小，故IE2很小，只有μA級(jí)。其作用是：電源VCC波動(dòng)或溫度變化引起電路參數(shù)變化，但△VBE相對(duì)變化量小，IE2變化也小，達(dá)到穩(wěn)定電路的作用。P.230圖6.1.4多路微電流源第5頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1多路比例電流源電路如圖所示，已知各三極管的參數(shù)

、VBE數(shù)值相同，求各電流源IC1、IC2及IC3與基準(zhǔn)電流源IREF的關(guān)系式。解：由于圖中各三極管的基極連在一起，故:可見(jiàn)，改變RE1、RE2和RE3的大小，即可獲得不同數(shù)值的輸出電流。多路電流源在集成電路中應(yīng)用很廣，它能同時(shí)給多個(gè)放大電路提供偏置電流。第6頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三、電流源用作有源負(fù)載舉例：P.2316.1.3定性分析圖中所示電路，說(shuō)明T1、T2在電路中的作用。T1：共集電極放大電路（射極輸出器）；T2：為T(mén)1射極恒流源。第7頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2差分式放大電路功能:放大兩個(gè)輸入信號(hào)之差.在電路完全對(duì)稱的情況下，有:vo=AVd（vi1-vi2）式中：AVd—差分式放大電路的差模電壓放大倍數(shù)，它表示對(duì)兩個(gè)信號(hào)之差的放大能力。差模信號(hào)：兩輸入端對(duì)地的輸入信號(hào)大小相等，極性相反時(shí)，稱差模輸入，即vid1＝-vid2，差模輸入信號(hào)為：vi

d=vid1-vid2=2vid1=-2vi

d2。共模信號(hào)：加在差放兩輸入端的大小相等，極性相同的信號(hào)，即

vic=vic1=vic2。一般加在兩輸入端的信號(hào)是任意的，但都可以分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)，即：vi1＝vid1+vic1

，vi2＝vid2+vic2,如下圖所示的零漂：當(dāng)ui=0,u0≠0時(shí)，相當(dāng)于拆算到輸入端的等效漂移電壓。即為共模輸入信號(hào)。第8頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)ui1=10mvui2=6mv分解：

ui1=8+2ui2=8-2共模分量：Uic1=uic2=8mv差模分量：Uid1=2mvuid2=-2mv所以，任意兩個(gè)輸入信號(hào)都可分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)，其中，差模信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)之差，即：vi

d=vid1-vid2=vi1-vi2，共模信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)的算術(shù)平均值：vic=(vi1+vi2)/2。當(dāng)用共模信號(hào)和差模信號(hào)共同表示輸入信號(hào)時(shí)，有：差放的輸出電壓：vo=AVdvid+AVcvic

式中：AVd—為差模電壓放大倍數(shù)，表示對(duì)差模信號(hào)的放大力；

AVc—為共模電壓放大倍數(shù)，表示對(duì)共模信號(hào)的放大能力。第9頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

差動(dòng)放大電路一般有兩個(gè)輸入端：雙端輸入——從兩輸入端同時(shí)加信號(hào)。單端輸入——僅從一個(gè)輸入端對(duì)地加信號(hào)。

差動(dòng)放大電路可以有兩個(gè)輸出端。雙端輸出——從C1

和C2輸出。單端輸出——從C1或C2

對(duì)地輸出。8/22/2023第10頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.2.1差動(dòng)放大電路一.結(jié)構(gòu):對(duì)稱性結(jié)構(gòu)即：

1=

2=

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=rbe

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb第11頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)，vi1=vi2=0，電路對(duì)稱，VBE1＝VBE2＝VBE，RC1＝RC2＝RC，所以，vE＝－VBE，VCE1＝VCE2＝VC1－VE＝VCC－IC1RC+VBE

輸出電壓：Vo＝VC1－VC2＝0。2.抑制零點(diǎn)漂移的原理:零漂現(xiàn)象：輸入ui=0時(shí)，，輸出有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。產(chǎn)生零漂的原因：由溫度變化引起的。當(dāng)溫度變化使第一級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生微小變化時(shí)，這種變化量會(huì)被后面的電路逐級(jí)放大，最終在輸出端產(chǎn)生較大的電壓漂移。因而零點(diǎn)漂移也叫溫漂。第12頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：１變法緩慢２）漂移信號(hào)在直接耦合放大電路中能逐級(jí)放大差放對(duì)零漂抑制作用原理：因電路對(duì)稱，

IC1=

IC2

，

VC1=

VC2

所以：VC=（ＶＣ１＋

VC1）－（ＶＣ２＋

VC2）=ＶＣ１－ＶＣ２

３．差模特性差放輸入為差模信號(hào)，即vi1=vi

d1,vi2=vi

d2=－vid1

雙端輸入、雙端輸出；Ａ）差模信號(hào)的交流通路:第13頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于vi1=-vi2

，

IB1=-

IB2,

IC1=-

IC2

VE=（

IE1＋

IE2）r0

=0所以r0對(duì)差模信號(hào)相當(dāng)于交流短路.RL：因?yàn)镽L兩端的電壓：vC1=-vC2,所以RL中點(diǎn)電位為零，相當(dāng)于接地，各三極管所帶負(fù)載為RL的一半，即RL/2。Ｂ）差模電壓放大倍數(shù)：?jiǎn)芜叺刃щ娐啡鐖D若負(fù)載開(kāi)路，即RL=

則：所以，雙端輸出時(shí)，電路的電壓放大倍數(shù)等于單邊等效電路的電壓放大倍數(shù)。第14頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ｃ)差模輸入電阻為兩個(gè)單邊等效電路的輸入電阻之和，即：Rid＝Rid1+Rid2=2Rid1＝2rbe

Ｄ）差模輸出電阻雙端輸出時(shí)：即：Rod＝2Rod1＝2RC

２）雙端輸入、單端輸出：即：從T1管取輸出….反相輸出單端輸出時(shí)，電壓放大倍數(shù)等于單邊等效電路電壓放大倍數(shù)的一半。第15頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從T2管取輸出….同相輸出輸入電阻Ri：與輸出方式無(wú)關(guān)，Ri＝2rbe

輸出電阻Ro：Rod＝Rod1＝RC

３）單端輸入：vi1=vid，vi2=0，可分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)：

單端輸入時(shí)與雙端輸入完全相同的特性。第16頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歸納：①差放電路的各項(xiàng)性能指標(biāo)（AVd、Rid、Rod）只與輸出方式有關(guān)，與輸入方式無(wú)關(guān)。②雙端輸出時(shí)，AVd＝AVd1，Rod=2Rod1；單端輸出時(shí)，AVd＝AVd1/2，Rod=Rod1。③輸入電阻Rid與輸入、輸出方式都無(wú)關(guān)Rid=2Rid1。４、共模特性1）共模信號(hào)的交流通路：r0

：i0=iE1+iE2=2iE1，

vE=i0r0=2iE1

r0

=iE1

（2r0

）RL

:電路對(duì)稱vC1=vC2流過(guò)RL的共模信號(hào)電流為零.RL對(duì)共模信號(hào)相當(dāng)于開(kāi)路。得交流通路:作業(yè)：P.269-T6.1.2，T6.2.2第17頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2)共模電壓放大倍數(shù)

雙端輸出:因電路的對(duì)稱:voc=voc1-voc2

0單端輸出:一般:（1+

）·2r0>>rbe，

>>1，3)共模輸入電阻:4)共模輸出電阻:雙端輸出時(shí)：ROC=2Roc1=2RC

單端輸出時(shí)：ROC=Roc1=RC

第18頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5)共模抑制比KCMR:也用分貝（dB）數(shù)來(lái)表示:

定義：P.236，KCMR＝|AVd/AVC|，它是衡量放大器對(duì)抑制共模信號(hào)的能力的大小。要求KCMR越大越好。集成運(yùn)放的KCMR至少＞70dB（103）。

雙端輸出時(shí)KCMR可認(rèn)為等于無(wú)窮大，單端輸出時(shí)共模抑制比：第19頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6)、如何提高共模抑制比KCMR1、簡(jiǎn)單差放存在的問(wèn)題①差分電路兩邊的元器件參數(shù)、性能不可能完全一致；②雙端輸出時(shí)，AVC→0，才能使KCMR→∞；如是單端輸出，AVC1＝RL,/（2RE），而工程上又往往要求輸出信號(hào)有一端接地，即采用是單端輸出，簡(jiǎn)單的差放不能使KCMR→∞；2、解決的辦法：只有加大RE。RE稱為射極等效電阻。①在兩個(gè)差分管的射極處加接“長(zhǎng)尾電阻”

Re。當(dāng)然，Re越大越好。（如P.271—T6.2.5、6.2.6）②Re太大，不便集成，采用恒流源代替Re。（如P.271—T6.2.3、6.2.7）第20頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1:電路如右圖所示，已知，

1=

2=50，VCC=VEE=15V，RC=RL=10K

，RE=20K

,RB=5.1K

，求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)AVd、差模輸入電阻Rid及輸出電阻Rod；（3）當(dāng)RL接在T1的集電極與地之間時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)AVd、共模電壓放大倍數(shù)AVc及共模抑制比KCMR。（4）vi1=5mV，vi2=1mV時(shí)，求T1管輸出時(shí)的輸出電壓vo1

解：1.靜態(tài)分析確定靜態(tài)工作點(diǎn)：靜態(tài)時(shí)vi1=vi2=0，由基極回路可列出：因：VEE>>VBE，（1+

）RE>>RB，所以：第21頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②畫(huà)出單邊差模信號(hào)微變等效電路如圖:雙端輸出時(shí)：③單端輸出時(shí)：第22頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月畫(huà)出單邊共模信號(hào)微變等效電路如圖所示：④當(dāng)vi1=5mV，vi2=1mV時(shí)，第23頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2：P.271

6.2.3電路如圖題6.2.3所示，Re1＝Re2＝100Ω，BJT的β＝100，VBE＝0.6V，求：（1）Q點(diǎn)（IB1、IC1、VCE1）；（2）當(dāng)ui1＝0.01V、ui2＝－0.01V時(shí)，求輸出電壓uO＝uO1－uO2的值；（3）當(dāng)C1、C2間接入負(fù)載電阻RL＝5.6kΩ時(shí)，求uO的值；（4）求電路的差模輸入電阻Rid、共模輸入電阻Ric和輸出電阻Ro。

解：（1）求Q點(diǎn)：IC1＝IC2≈IO/2＝2÷2＝1mAIB1＝IB2＝IC/β＝1mA/100＝10μA靜態(tài)時(shí)：Vi1＝Vi2＝0；VB1＝0；VBE1＝－0.6V，VCE1＝VCC－IC1·RC1－VBE1＝5V（2）求輸出電壓VOrbe＝200＋（1＋β）×26／IEQ≈2.8kΩuO＝AVD·uid＝AVD（ui1－ui2）≈－0.87V

（3）求uO

uO＝AVD·uid＝Aid（ui1－ui2）＝－0.29V

第24頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）求Rid、RiC、RO

Rid＝2［rbe＋（1＋β）Re1］＝2［2.8＋（1＋100）×0.1］＝25.8kΩRiC＝［rbe＋（1＋β）Re1＋2(1＋β)ro］/2≈2ro（1＋β）/2＝ro（1＋β）＝100×（1＋100）≈10MΩRO＝2RC＝2×5.6＝11.2kΩ第25頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.3集成電路運(yùn)算放大器

一.

集成運(yùn)放的總體結(jié)構(gòu)第26頁(yè)，課件共30頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二.

簡(jiǎn)單的集成運(yùn)放

原理電路：第27頁(yè)，課件共30