模拟电路课件：chapter6.ppt

1、16 模拟集成电路模拟集成电路6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术模拟集成电路中的直流偏置技术6.2 差分式放大电路差分式放大电路6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.5 主要参数和对应用电路的影响主要参数和对应用电路的影响6.6 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器6.7 放大电路中的噪声与干扰放大电路中的噪声与干扰*26.1 模拟集成电路中的直流偏置技术模拟集成电路中的直流偏置技术6.1.1 BJT电流源电路电流源电路 镜像电流源镜像电流源 微电流源微电流源 高输出阻抗电流源高输出阻抗电流源* 组合电流源组合电流源*36.1

2、.1 BJT电流源电路电流源电路1. 镜像电流源镜像电流源恒流特性:BE1BE2=VVREFI E1E2= IIC1C2= II()CCBE=EEVVVR CCEEVVR#无论Rc的值如何，IC2的电流值将保持不变。46.1.1 BJT电流源电路电流源电路电流源的输出特性:2()C2CEif v动态输出电阻:2122()BCOCEIirv56.1.1 BJT电流源电路电流源电路另一种求解交流电阻:TTo=IVR 由于T2的集电极电流基本不变。所以交流量0T ITTo=IVR一般Ro在几百千欧以上66.1.1 BJT电流源电路电流源电路e2BE2BE1RVV C2E2OIIIe2BERV 由于很

3、小，BEV 所以IC2也很小动态输出电阻:2222(1)eOcebeeRrrrR2. 微电流源微电流源76.1.1 BJT电流源电路电流源电路3. 高输出阻抗电流源高输出阻抗电流源Wilson电流源23CCBEBEEEREFVVVVIR321OCREFAIIIA86.1.1 BJT电流源电路电流源电路4. 组合电流源组合电流源电流源电流源电流阱电流阱镜像电流源:T1和T2；T4和T5微电流源:T1和T3；T4和T696.1.2 FET电流源电流源1. MOSFET 镜像电流源镜像电流源(a)基本的镜像电流源 (b)常用的镜像电流源2()/ODREFDDSSGSIIIVVVR考虑沟道宽长比：22

4、11/OREFWLIIWL106.1.2 FET电流源电流源2. MOSFET 多路电流源多路电流源22211/DREFWLIIWL33311/DREFWLIIWL44411/DREFWLIIWL基准电流:20000()REFDnGSTIIKVV116.1.2 FET电流源电流源3. JFET 电流源电流源12电流源电路电流源电路 ioV=VVA共射电路的电压增益为：beLc)/(rRR 对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻，因此增益为beLV=rRA比用电阻Rc作负载时提高了。放大管放大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源136.2 差分式放大电路差分式放大电路6

5、.2.1 差分放大电路的一般结构差分放大电路的一般结构6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路146.2.1 差分放大电路的一般结构差分放大电路的一般结构共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标根据根据1、2两式又有两式又有差分式放大电路输入输出结构示意图差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号idoVD=vvA 差模电压增益差模电压增益icoVC=vvA 共

6、模电压增益共模电压增益2=idici1vvv 2=idici2vvv 总输出电压总输出电压icVCidVDooo=vAvAvvv 差模等效输入方式差模等效输入方式差放差放+-vid差放差放+-vid(a)(b)共模等效输入方式共模等效输入方式差放差放+-vic差模信号输出差模信号输出共模信号输出共模信号输出VCVDCMR=AAK156.2.1 差分放大电路的一般结构差分放大电路的一般结构图图6.2.1 采用三端器件组成得差分式放大电路采用三端器件组成得差分式放大电路166.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路静态静态分析：（电路对称）分析：（电路对称）0CC2C121=IIII

7、 CE2CE1=VV CCV)7 . 0(CCCC RIV CCRIEVCB2B1III120ooovvv176.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路动态分析：动态分析：仅输入差模信号，仅输入差模信号， i2i1vv 和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 c2c1vv和和大小相等，大小相等，0odc1c2 vvv，信号被放大。信号被放大。相位相反。相位相反。这种输入方式称为这种输入方式称为差模输入差模输入。186.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路动态分析：动态分析：仅输入共模信号，仅输入共模信号， i2i1vv 和大小相等，相位相同。大小相等，相位相同

8、。 c2c1vv和和大小相等，大小相等，0occ1c2 vvv，相位相同。相位相同。196.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路抑制零点漂移：抑制零点漂移： 温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。206.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路(1)差模电压增益差模电压增益 idoVD=vvAi2i1o2o1vvvv 接入负载时接入负载时 双入、单出：双入、单出：i1o122vv becrR beLcVD)21/(=rRRA 以双倍的元器件换取抑制零漂的能

9、力 双入、双出：双入、双出： ido1VD1=vvAi1o12vvVD21A bec2rR 接入负载时接入负载时beLcVD2)/(=rRRA 216.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路(1)差模电压增益差模电压增益 单端输入单端输入eorr 等效于双端输入等效于双端输入 指标计算与双指标计算与双端输入相同入端输入相同入226.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路 双端输出双端输出 共模信号的输入使两管集共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。电极电压有相同的变化。所以所以0oc2oc1oc vvv0icocVC vvA共模增益共模增益 单端输出单端输出i

10、coc1VC1vvA 抑制零漂能力增强抑制零漂能力增强icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or VC1A(2)共模电压增益共模电压增益236.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路(3)共模抑制比共模抑制比VCVDCMRAAK dB lg20)(VCVDCMRAAdBK双端输出，理想情况 CMRK 单端输出 CMRKVC1VD1AAbeorr 越越大大， CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力越强越强单端输出时的总输出电压)1(idCMRicidVD1o1vKvvAv (4) 频率响应频率响应高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。246.2.2 射极耦合差分式放大

11、电路射极耦合差分式放大电路 + vid vod1 + + ib1 ic Rc rce ib1 Rs + vod2 + ib2 ic Rc rce Rs + vod + vid1=vid/2 vid2=-vid/2 + ib2 vbe vbe rbe rbe D1id1od1idodidodD22VVAvvvvvvAD1bescDVVArRRAbecD1idodD212121rRRAvvAsVV双端输入，双端输出双端输入，双端输出:双端输入，单端输出双端输入，单端输出:256.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性 + vid vod1 + + ib1 ic Rc rce ib1

12、Rs + vod2 + ib2 ic Rc rce Rs + vod + vid1=vid/2 vid2=-vid/2 + ib2 vbe vbe rbe rbe r0 ve idid2idid1idebe2sebe1seidvvvvvvrRvrRvv21,21,210)(结论：单端与双端输入是一样结论：单端与双端输入是一样obe2sebe1seidobe2sid2be1sid1ob2b2b1b1eeid2eidid1rrRvrRvvrrRvrRvriiiivvvvvv)(1 ()(1 ()(因为因为(1+ )rO1becD1idodD212121rRRAvvAsVV单端输出：无任是双端还是单

13、端输入其增益均为：D1bescDVVArRRA双端输出：266.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路VDAVCACMRKbeLc)21/(rRR beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/(rRR 0oLc2/rRR 0oLc2/rRR beorr beorr 输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出276.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路idRicRoR输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR高频响应同共射极电路同共射共基电路286.2

14、.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路66E6CCEEBEREFeVVVIIRR电路组成电路组成 ：工作原理工作原理 ：65E5E6eOeRIIIR65E5E6eOeRIIIR比例电流源比例电流源/2/2C1C2C3C4C5OIIIIII420OCCiII静态输出电流：静态输出电流：当差模信号输入：当差模信号输入：/2i1i2idvvv 则输出电流：则输出电流：42111()2OCCCCCiIIiii 296.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路(a)交流通路 (b)差模输入半边电路T4、T2的小信号等效电路412idCCmviig

15、212idCCmviig 2242()022ididOOmmcecevvvvggrr2242OOmidcecevvg vrr22424(|)(|)vd2OmcecececeidbevAgrrrrvr单端输出电压增益单端输出电压增益 ：306.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路带有源负载的源极耦合CMOS差分式放大电路工作原理工作原理 ：电路对称，输入电压 ：0i1i2vv2OD1D2D3D4IIIII0OO1O2vvv当差模信号输入当差模信号输入：/2i1i2idvvv 则输出电压：0O1O2vv电压增益：电压增益：1213112312(|)(|)vdooomooiiidmd

16、sdsvvvAgrrvvvgrr 双端输入双端输入- -双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益：双端输入双端输入- -单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益：224(|)vd2omdsdsidvAgrrv 316.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路JFET差分式放大电路工作原理工作原理 ：2OD1D2III当差模信号输入当差模信号输入：/2i1i2idvvv 1212vdoomdiivvAg Rvv 双端输入双端输入- -双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益：双端输入双端输入- -单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益：112vd1omdidvAg Rv 212vd

17、2omdidvAg Rv 326.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性idbe1be2vvv1)BE1BE1C1E1ESES(eeTTvvVViiIIlnC1BE1ES1TivVIES2C2TBE2lnIiVvTVviiideC2C1TVvIiide1c1TVvIiide1C2传输特性是指传输特性是指i iC C与与v vBEBE的关系的关系: :传输特性为：传输特性为：336.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性)(idC1vfi )(idC2vfi 图中纵坐标为图中纵坐标为0C1/ Ii11O1CCCCvVi R22O2CCCCvViR346.4 集成运算放

18、大器集成运算放大器6.4.1 MC14573集成运算放大器集成运算放大器6.4.2 BJT LM741集成运算放大器集成运算放大器356.4 集成运算放大器集成运算放大器366.4.2 BJTLM741集成运算放大器集成运算放大器376.4.2 BJTLM741集成运算放大器集成运算放大器386.5 主要参数和对电路的影响主要参数和对电路的影响1) 输入失调电压输入失调电压VIO2) 输入偏置电流输入偏置电流IIB3) 输入失调电流输入失调电流IIO4) 温度漂移温度漂移（a）输入失调电压温漂）输入失调电压温漂 VIO / T（b）输入失调电流温漂）输入失调电流温漂 IIO / T5) 最大差

19、模输入电压最大差模输入电压Vidmax6) 最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax7) 最大输出电流最大输出电流Iomax396.5 主要参数和对电路的影响主要参数和对电路的影响8) 开环差模电压增益开环差模电压增益AVO9) 开环带宽开环带宽BW (fH)10) 单位增益带宽单位增益带宽 BWG (fT)11) 转换速率转换速率SR406.6 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器KOvXvYv乘法器符号乘法器符号实现的功能实现的功能: :OXYvKv v416.6 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器变跨导式二象限乘法器变跨导式二象限乘法器RT1T2T4T3+_+A_XvYvOv2R2R1R1RO1uCRC3iCCV E1iCRRi42作业作业6.1.2 6.1.4 6.2.2 6.2.4 6.2.6 6.3.1 6.3.26.4.2