集成電路運算放大器

Welcometous!第六章集成電路運算放大器6.1集成電路運算放大器中的電流源6.2差分式放大電路6.3集成電路運算放大器6.4集成電路運算放大器的主要參數(shù)：把整個電路中的元器件制作在一快硅基片上，構(gòu)成特定的功能的電子電路。1就集成度分：小規(guī)模﹑中規(guī)模﹑大規(guī)模﹑超大規(guī)模（每塊芯片上可有上億個元件）2就導(dǎo)電類型分：雙極型﹑單極型﹑兩種兼容型3就功能分：數(shù)字集成電路﹑模擬集成電路﹑運算放大電路﹑功率放大電路等集成電路分類：由于制造工藝上的原因，模擬集成電路與分立元件電路相比有以下特點：（1）電阻和電容的值不宜做得太大，電路結(jié)構(gòu)上采用直接藕合方式

由于集成電路中，電阻是利用NPN管的基區(qū)體電阻構(gòu)成，電阻值的范圍一般為幾十歐~10千歐左右，阻值范圍不大，且阻值精度不易控制，誤差可達10%~20%。所以，若需要高阻值電阻，可用BJT或FET等組成的恒流源代替，或采用外接電阻的方法。

電容則采用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成，約在100PF以下，誤差也較大，因此電路結(jié)構(gòu)只能采用直接耦合方式。電感的制造則更加困難。集成電路的特點（2）為克服直接耦合電路的溫度漂移，常采用差分式放大電路（3）盡量采用BJT（或FET）代替電阻﹑電容和二極管等元件在集成電路制造工藝中，制造三極管（特別是NPN管）比制造其他元件容易，且占用面積小，性能好。因此常用BJT（或FET）構(gòu)成恒流源作偏置電阻；將BJT的基極和集電極短接構(gòu)成二極管﹑穩(wěn)壓管等；用復(fù)合管﹑共射—共基﹑共集—共基等組合電阻來改善單管電路的性能。讓我們開始學(xué)習(xí)吧！1.鏡像電流源2.微電流源3.電流源用作有源負載6.1集成電路運算放大器中的電流源IC2相當(dāng)于IREF的鏡像1.鏡像電流源IC2≈IREF＝（Vcc—VBE）/R≈Vcc/R∴IC1＝IREF–2IB≈IREF設(shè)T1﹑

T2參數(shù)完全相同。β1=β2，ICEO1=ICEO2，VBE1=VBE2，IE1=IE2，IC1=IC2存在問題：當(dāng)β不夠大時，IC2與IREF差異較大改進∵β較大，IB=IC/β＜＜IC

，IC1≈IC2RRcT1T2Vcc2IBIREFIC1IE1IC2IREFIC1IC2IBT1T2RVccT3IB2IB1IC2≈IREFIC2與IREF互為鏡像鏡像電流源改進電路：鏡像電流源電路適合用于較大工作電流（mA級）的場合，若需要IC2

↓→R↑，在集成電路中不易實現(xiàn)。故推出微電流源（μA級）2.微電流源IREFIC1IE2IC2RRe22IBT1T2Vcc∴IE2Re2=VBE1－VBE2∵IE2Re2+VBE2=VBE1（KVL方程）IE2=（VBE1－VBE2）/Re2

IC2≈IE2∵⊿VBE的數(shù)值很小∴IC2亦很小，故稱為微電流源IREF＝（Vcc—VBE）/R≈Vcc/R

當(dāng)電流變化時→IREF變化→⊿VBE變化很小→IC2變化很小（遠小于IREF的變化）∴IC2較穩(wěn)定3.電流源用作有源負載RT2VccT1T3VOVIIREF特點：直流電阻小，交流電阻很大提高交流放大倍數(shù)而不影響靜態(tài)工作點亦常用作射級負載電流源用作集電極負載6.2差分式放大電路線性放大vi1vi2vovo=AVD（vi1－vi2）差模電壓增益基本差分式放大電路1.差模信號：vid=vi1－vi22.共模信號：vic=（vi1+vi2）/2可以看出：①差模信號是在兩輸入端各加入了一個大小相等，方向相反的信號。②共模信號是在兩輸入端各加入了一個大小相等，方向相同的信號。在差模共模信號同時存在的情況下（用疊加原理）vO=AVDvid+AVC

vicAVD=vod

/vidAVC=voc/vic其中：稱為差模電壓增益稱為共模電壓增益vi1=vic+vid/2vi2=vic－

vid/2iC1=

iC2=IC=IO/2輸入：vi1=

vi2=0基本差分式放大電路1.靜態(tài)分析（

差、共摸相同）輸出：

vo

=VC1－VC2=0輸入信號電壓vid

=vi1－vi2=0輸出亦為0VBE1=VBE2=

0。7V

VCE1=VCE2=VCC－ICRC+0。7V

（VE=0。7V

）IoiC2iC1C1C2eb1b2Rc1Rc2vo1T1T2+Vccvo2vE－VEEvi1vi2++－－rORc1Rc2T1T2iC2iC1C1C2b1b2vi1=vid

/2++－－vi2=－

vid

/2++－+vo1vo2－－vo2.動態(tài)分析①當(dāng)vi1=-vi2=vid

/2時稱為差模輸入一管電流將增加，一管電流將減小雙端輸出時的差模輸出電壓為：vo=vC1－vC2

≠0雙端輸入的差動信號為：vid

=vi1－vi2

iC2iC1C1C2b1b2vi1++－－vi2++－+voc1voc2－－voc2.動態(tài)分析②當(dāng)vi1=vi2=vic時稱為共模輸入兩管電流將同時變化雙端輸出時的共模輸出電壓為：vo=vC1－vC2

=0輸出為0

Rc1Rc2T1T22ro2ro3.主要技術(shù)指標的計算⑴差模電壓增益

*雙端輸入、雙端輸出的差模電壓增益AVD=vo

/vid

=（vo1-

vo2）

/（vi1–

vid2）=2vo1/2vid1

=-βRc

/rbe當(dāng)集電極c1、

c2兩點接入負載電阻RL時A′VD=-βRL′

/rbeRL′=Rc‖（RL/2）其中*雙端輸入、單端輸出（只取其中一管的集電極）的差模電壓增益AVD=AVD1/2=-βRc

/2rbe*單端輸入的差模電壓增益單端輸入時電路的工作狀態(tài)與雙端輸入時近似一致。

在電路完全對稱的情況下，其與單邊電路的電壓增益相等?？梢娫撾娐肥怯贸杀兜脑骷該Q取抑制零點漂移的能力。3.主要技術(shù)指標的計算⑵共模電壓增益

*雙端輸出的共模電壓增益AVC

=voc/vic

=（voc1-

voc2）

/vic≈0*單端輸出的共模電壓增益∴AVC

1

≈-Rc

/2ro一般情況下，（

1+β）2

ro﹥﹥rbe

，β﹥﹥

1

共模電壓增益越小，說明放大電路的性能越好ro越大，即恒流源Io越接近理想情況，AVC

1越小，說明它抑制共模信號的能力越強AVC

1=voc1/vic

=voc2/vic

=–[rbe

+（1+β）2

ro

]βRc⑶共模抑制比KCMR為了說明差分式放大電路抑制共模信號的能力，常用共模抑制比作為一項技術(shù)指標來衡量其性能。KCMR=|AVD/AVC|越大越好！3.主要技術(shù)指標的計算或用分貝表示KCMR=20lg|AVD/AVC|dB理想情況下AVC=0∴KCMR→∞雙端輸出單端輸出KCMR=|AVD1/AVC1|≈βro

/2rbe4.由于差分式放大電路有兩種輸入方式和兩種輸出方式，組合后便有四種典型電路。則其電壓增益及KCMR均不同。輸入方式雙端輸入原理電路圖

如圖所示輸出方式雙端單端差模電壓增益AVDAVD=vo

/vid

=-βRc

/rbeAVD1=vo1/vid

=-

vo2/vid

=-βRc

/2rbe共模電壓增益AVCAVC→0AVC1≈-Rc

/2ro共模抑制比KCMRKCMR→∞KCMR≈β

ro

/2rbe差模輸入電阻RidRid=2rbe共模輸入電阻Ric

Ric

=[rbe

+（1+β）2

ro

]

/2輸出電阻RoRo=2RcRo=Rc高頻響應(yīng)與共射電路相同

用途用于輸入、輸出不需要一端接地時常用于多級直接耦合放大電路的輸入級、輸出級將雙端輸入轉(zhuǎn)化為單端輸入，常用于多級直接耦合放大電路的輸入級、中間級輸入方式單端輸入原理電路圖

如圖所示輸出方式雙端單端差模電壓增益AVDAVD=vo

/vid

=-βRc

/rbeAVD1=vo1/vid

=-

vo2/vid

=-βRc

/2rbe共模電壓增益AVCAVC→0AVC1≈-Rc

/2ro共模抑制比KCMRKCMR→∞KCMR≈-β

ro

/2rbe差模輸入電阻RidRid=2rbe共模輸入電阻Ric

Ric

=[rbe

+（1+β）2

ro

]

/2輸出電阻RoRo=2RcRo=Rc高頻響應(yīng)從vo2輸出，T1管是共射電路，T2管是共基電路，故T1T2組成共射—共基電路，有效地提高了上限頻率

用途將單端輸入轉(zhuǎn)化為雙端輸出常用于多級直接耦合放大電路的輸入級用在放大電路輸入電路和輸出電路均需有一端接地的電路中6.3集成電路運算放大器二.簡單的集成電路運算放大器一.集成電路運放內(nèi)部組成原理框圖AV+—NPVO輸入級中間級輸出級偏置電路Vi1Vi2Vo一.集成電路運放內(nèi)部組成原理框圖級間有耦合功放電壓（流）放大恒流源差分式輸入二.簡單的運算放大器電路R1R2T1T2T7T8R8T4T3R4R3R7T9T6T5R6R5—VEE+VCCvi1+－vi2－+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREF電路分析電路計算R1R2T1T2差分式放大電路T7T8R8鏡像電流源電路T4T3R4R3中間級R7T9電流源T6T5R6R5輸出級—VEE+VCCvi1+－vi2－+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREFRi2Ro1Ri3Ro21.電路分析2.電路計算⑴放大電路的直流計算⑵放大電路總電壓增益AV的計算結(jié)論:多級放大電路的增益等于各級放大電路的增益之積=AVD·

AV2·

AV3vi2-vi1vo1·vo2vo1·vovo2AV=其中：①輸入級的電壓增益AVD②電壓放大級的電壓增益AV2③輸出級的電壓增益AV3近似為16.4集成電路運算放大器的主要參數(shù)1.輸入失調(diào)電壓VIOVIO=–（VO

|VI=0）/AVO，一般約為±（1~10）mV2.輸入偏置電流IIBIIB=（IBN+

IBP）/2，一般為10nA~1μA3.輸入失調(diào)電流IIOIIO=|IBP

–IBN|，一般約為1nA~0.1μA5.最大差模輸入電壓Vidmax：集成運放的反相和同相輸入端所能承受的最大電壓值。6.最大共模輸入電壓Vicmax：運放所能承受的最大共模輸入電壓。超過此值，它的共模抑制比將顯著下降。7.最大輸出電流Iomax：運放所能輸出的正向或負向的峰值電流。4.溫度漂移：由輸入電壓和輸入失調(diào)電流隨溫度的漂移所引起的。⑴輸入失調(diào)電壓溫漂

⊿

VIO/

⊿

T：規(guī)定溫度范圍內(nèi)VIO的溫度系數(shù)。⑵輸入失調(diào)