1、1第四章第四章 集成运算放大集成运算放大器电路器电路 2集成电路集成电路：60年代发展起来的一种新型器件，把众多年代发展起来的一种新型器件，把众多晶体管、电阻、电容及连线制作在一块半导体芯片晶体管、电阻、电容及连线制作在一块半导体芯片（如：硅片）上，做成具有特定功能的独立电子线路。（如：硅片）上，做成具有特定功能的独立电子线路。外型一般用金属圆壳或双列直插结构。外型一般用金属圆壳或双列直插结构。集成电路具有性能好，可靠性高，体积小，集成电路具有性能好，可靠性高，体积小， 耗电少，耗电少，成本低等优点。成本低等优点。集成运放：集成运放：是一是一 种种模拟集成电路模拟集成电路，早期实现各种数，早期
2、实现各种数学运算，主要用于模拟计算机；现在广泛应用于各学运算，主要用于模拟计算机；现在广泛应用于各种电子系统中。种电子系统中。341 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点1.级间只能采用直接耦合方式级间只能采用直接耦合方式(集成工艺不能集成工艺不能制作大电容和电感制作大电容和电感)；2.尽可能尽可能采用有源器件代替无源器件采用有源器件代替无源器件(避免使避免使用大电容、大电阻用大电容、大电阻)；3.利用对称结构改善电路性能利用对称结构改善电路性能 (采用对称结构采用对称结构的差动放大器，抑制工作点漂移，解决零漂现象的差动放大器，抑制工作点漂移，解决零漂现象 )。4输入级中间级输出级电流源电
3、路UiUo 图图41 集成运算放大器组成框图集成运算放大器组成框图 差动放差动放大器大器负载为有源负载为有源负载的共射负载的共射放大器放大器射随器或互射随器或互补射随器补射随器提供各级偏流和有源负载提供各级偏流和有源负载542 电流源电路电流源电路1、为各级电路提供稳定的直流偏置电流、为各级电路提供稳定的直流偏置电流2、可用为有源负载代替集电极电阻、可用为有源负载代替集电极电阻RC。 电流源的作用：电流源的作用： 6 一、单管电流源电路一、单管电流源电路 IC0IBUCER1R2ICR3UEEICRo (a)晶体管的恒流特性晶体管的恒流特性(b)电流源电路电流源电路(c)等效电流源等效电流源表
4、示法表示法图图42单管电流源电路单管电流源电路 BbeceoRRrRrR331 7UCCRrIrIC1V1V2IC2图图43 镜像电流源镜像电流源 rCCrBECCrRURUUI 1111222 CrBrCCIIIIII rrCIII 2112 )1(1 二、镜像电流源二、镜像电流源IB1IB22IB18UCCRrIrV1IC4V4V2IC2V3IC3V5图图44 多路镜像电流源多路镜像电流源rCCCIIII4)1()1(5151432 IB5IE5IC19IrRrIC1IC2UCCIC3RrIrIC2IC3V3V2V1UCC图图45多集电极晶体管镜像电流源多集电极晶体管镜像电流源(a)三集电
5、极横向三集电极横向PNP管电路管电路(b)等价电路等价电路集成电路中多路镜像电流源的实现集成电路中多路镜像电流源的实现10 三、比例电流源三、比例电流源RrIrIC2V2V1R2UCCUBE1UBE2R1IE2IE1IB1IB2 图图46比例电流源比例电流源222111RIURIUEBEEBE 111lnSETBEIIUU 122121lnlnEETEETBEBEIIUIIUUU 21SSII 222lnSETBEIIUU 11室温下，当两管的射极电流相差室温下，当两管的射极电流相差10倍时：倍时： mVUIIUUUTEETBEBE6010lnln2121 rCIRRI212 若若1，则，则
6、IE1Ir, IE2IC2111RRURRUUIrCCrBECCr 仅为此时两管仅为此时两管UBE电压电压(0.7V)的的10%。因此，。因此，UBE1UBE2。2211RIRIEE 222111RIURIUEBEEBE 12四、微电流电流源四、微电流电流源RrIrIC2V2V1UCCR2图图47微电流电流源微电流电流源2122122ln)(1EETBEBEEIIRUUURI 当当11时，时，IE1Ir,IE2IC2222lnCrCTIIIUR 已知已知Ir=1mA,要求要求IC2=10A时时 k12101000ln1010102663222lnCrTCIIRUI 13 五、负反馈型电流源五、
7、负反馈型电流源RrIrIC2V2V1UCCIE3IC3IC1IB3V3图图48 威尔逊电流源威尔逊电流源 22112333332133131231,2 CCCEECCCCCBCrrBECCrBEBECCrIIIIIIIIIIIIIRUURUUUI 14 若三管特性相同，则若三管特性相同，则1=2=3=,rCII)2221(23 利用交流等效电路利用交流等效电路可求出威尔逊电流可求出威尔逊电流源的动态内阻源的动态内阻Ro为：为：ceorR2221123 CCCEIIII 221333)111(1CCII )(111(133 CrCIII 较大的动态内阻；较大的动态内阻； 输出电流受输出电流受的影
8、响也大大减小的影响也大大减小优优 点点15六、有源负载放大器六、有源负载放大器 UCCV3V2uoV1uiRr图图410有源负载放大器有源负载放大器(a)共射电路共射电路(b)具有倒相功能的共射电路具有倒相功能的共射电路UCCV3V2IC1V1iIC3IC2uoIu1643 差动放大电路差动放大电路 431 零点漂移现象零点漂移现象对直接耦合放大电路，在输入信号为零（静对直接耦合放大电路，在输入信号为零（静态）时，由于温度变化，电源波动等因素的影响，态）时，由于温度变化，电源波动等因素的影响，会使工作点电压会使工作点电压(即集电极电位即集电极电位)偏离设定值而缓偏离设定值而缓慢地上下飘动。慢地
9、上下飘动。17 图图411 放大器的零点漂移放大器的零点漂移 等效输入等效输入漂移电压漂移电压输出漂移电压输出漂移电压等效输入漂移电压限制等效输入漂移电压限制了放大器所能放大的最了放大器所能放大的最小信号。小信号。零点漂移衡量指标：零点漂移衡量指标：等效输入漂移电压等效输入漂移电压Uip uCAUUCCRCUCRBUip=+_18 432差动放大器的工作原理及性能分析差动放大器的工作原理及性能分析+UCCRCRBUBBREuouiRC+UCCuouiUBBREE19RC+UCCuouiUBBREERC1RC2RB1RB2UBBUBBui1ui2RE1RE2+UCC(C)20RB2RB1RC1R
10、C2-UEEui1ui2REuoV2V1+UCCRC1RC2RB1RB2UBBUBBui1ui2RE1RE2+UCCuoV2V121UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo 图图412 基本差动放大器基本差动放大器令令Ui1=Ui2=0时时VUUBEE7 . 0 则流过则流过RE的电流的电流I为为EEEEEEERURUUI7 . 0)( IIIIIQEQEQCQC212121 故有故有静态分析静态分析22UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoCQCCCQCQCRIUUU121 CQCCCQCEQCERIUUU1217 . 0 结论：结论：静态时
11、，差动静态时，差动放大器两输出端之间放大器两输出端之间的直流电压为零。的直流电压为零。23UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo 一、差模放大特性一、差模放大特性Uid1Uid2Uid=Uid1-Uid2RE上只有静态电压，而不产生差模信号电压。上只有静态电压，而不产生差模信号电压。双端输出时，负载双端输出时，负载RL的中点电位为的中点电位为0。 24图图413基本差动放大器的差模等效通路基本差动放大器的差模等效通路Uod1Uod2RL2RL2V2V1Uid1Uid2Uid=Uid1-Uid2RCRCUod25 1. 差模电压放大倍数差模电压放大倍数212121212
12、222idididididodododododUUUUUUUUUU 所以所以 beLidodidodidodudrRUUUUUUA 2211在双端输出时在双端输出时式中：式中： LCLRRR21 结论：结论：双端输出时的差模电压放大倍数等于单双端输出时的差模电压放大倍数等于单边共射放大器的电压放大倍数。边共射放大器的电压放大倍数。 idodudUUA 26UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo单端输出时单端输出时:信号只从一端输出。信号只从一端输出。27beLudidodidodudrRAUUUUA111(21212 单）单）或或beLudidodidodudrRAU
13、UUUA222(21212 单）单）RCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REV1V2UodUid=Uid1-Uid2式中：式中： LCLRRR 28RCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REV1V2UodUid=Uid1-Uid2结论：结论：单端输出时的差模电压放大倍数为单边共射单端输出时的差模电压放大倍数为单边共射电路电压放大倍数的一半，且两输出端信号的相位电路电压放大倍数的一半，且两输出端信号的相位相反。相反。 292. 差模输入电阻差模输入电阻Uod1Uod2RL2RL2V2V1RCRCUodUid1Uid2IidbeidididididrIUIUR22130Uod1Uod2RL2RL2V
14、2V1RCRCUodUid1Uid2Iid 3. 差模输出电阻差模输出电阻双端输出时为双端输出时为CodRR单）(单端输出时为单端输出时为CodRR231二、共模抑制特性二、共模抑制特性UCCRCUC2RLRCUC1Ui2REUEEV1V2UoUic1Uic2Ui1UiC32双端输出时，负载双端输出时，负载RL上的电流为零，相当上的电流为零，相当于于RL开路。开路。 对共模信号而言，每个管子的射极相当对共模信号而言，每个管子的射极相当于各接有于各接有2RE的电阻的电阻 共模等效通路共模等效通路33RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE图图414 基本差动放大器的共模等效通路基本差动
15、放大器的共模等效通路 R2E341.共模电压放大倍数共模电压放大倍数Auc021icococicocucUUUUUA 单端输出时的共模电压放大倍数单端输出时的共模电压放大倍数EbeCicocicocucicocucicocucRrRUUUUAUUAUUA2)1 (21(2(1(单）单）单）或通常满足通常满足(1+)2RErbe，所以上式可简化为，所以上式可简化为ECucRRA2(单）双端输出时的共模电压放大倍数双端输出时的共模电压放大倍数35结论：结论：由于射极电阻由于射极电阻2RE的存在，使单端输出时的的存在，使单端输出时的共模电压放大总倍数大为减小。即差动放大器对共共模电压放大总倍数大为减
16、小。即差动放大器对共模信号不是放大而是抑制，且模信号不是放大而是抑制，且RE抑制作用越强。抑制作用越强。差动电路能够克服零点漂移现象的根本原因：差动电路能够克服零点漂移现象的根本原因：共模信号一般指由于外界影响（共模信号一般指由于外界影响（，T，UCC），引起工作点的漂移，折算到输入端就是一），引起工作点的漂移，折算到输入端就是一种共模信号，双端输出时，只要对称性好，则种共模信号，双端输出时，只要对称性好，则UOC=0，可以完全抑制外界的干扰。单端输出时，可以完全抑制外界的干扰。单端输出时，由于由于RE的调节作用使输出大为减少。的调节作用使输出大为减少。 36 2. 共模输入电阻共模输入电阻E
17、beicicicicicR)(rIUIUR212121 3.共模输出电阻共模输出电阻 双端输出时为双端输出时为 0双ocR 单端输出时为单端输出时为 CocRR单）(RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RER2E37三、共模抑制比三、共模抑制比KCMRucudCMRAAK)(lg20dBAAKucudCMRCbeELucudCMRRrRRAAK)()()(单单单差模：需要放大的有用信号，尽可能的放大。差模：需要放大的有用信号，尽可能的放大。共模：无用的干扰信号，需要抑制。共模：无用的干扰信号，需要抑制。为了衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共为了衡量差动放大电路对差模信号的放大和对
18、共模信号的抑制能力，通用共模抑制比来衡量。模信号的抑制能力，通用共模抑制比来衡量。 38KCMR实质上是反映实际差动电路的对称性。实质上是反映实际差动电路的对称性。理想情况下：在双端输出理想对称的情况下，理想情况下：在双端输出理想对称的情况下，Auc=0， KCMR。为了定量分析，通常用单端输出的为了定量分析，通常用单端输出的KCMR。 39四、对任意输入信号的放大特性四、对任意输入信号的放大特性UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo40222121211212112222icidiiiiiicidiiiiiUUUUUUUUUUUUUU 2221212121iiidi
19、diciiicicUUUUUUUUU 差模信号：差模信号：共模信号：共模信号：2121iiidididUUUUU 差模输入电压：差模输入电压：41UCCRCUC2RLRCUC1REUEEV1V2Uo221iiUU 221iiUU 221iiUU 221iiUU 42)(21iiudidudoUUAUAU 双端输出时：双端输出时：icucidudoicucidudoUAUAUUAUAU)(2)(12121单单单单单端输出时：单端输出时： )(2121)(2121212211iiudidudoiiudidudoUUAUAUUUAUAU 时：时：当当单单)(ucudAA43在实际应用中，当在实际应用
20、中，当只有一路只有一路信号源接到差动信号源接到差动放大器的两个输入端时：放大器的两个输入端时：如两端都不接地，这种接法称为如两端都不接地，这种接法称为双端输入双端输入；如信号源一端接地，这种接法称为如信号源一端接地，这种接法称为单端输入单端输入。44 433 具有电流源的差动放大电路具有电流源的差动放大电路EETEEQTbeUURIUr2)1()1( TEECTLEECbeELCMRUURURURrRRK22( 单）单）基本差动放大器，存在两个缺点：基本差动放大器，存在两个缺点：一是共模抑制比做不高一是共模抑制比做不高若若UEE=15V，则室温下，则室温下，KCMR(单单)的上限约为的上限约为
21、300，而，而与与RE的取值无关。的取值无关。UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo45二是不允许输入端有较大的共模电压变化。二是不允许输入端有较大的共模电压变化。公共射极电位变化公共射极电位变化差放管的静态工作电流变化差放管的静态工作电流变化改变改变beLidodidodidodudrRUUUUUUA 2211r rbebe改变改变UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo46RCRCUi1V1V2UoUi2 UEEIUCCRCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC图图415具有电流源的差动放大器电路具有
22、电流源的差动放大器电路(a)用单管电流源代替用单管电流源代替RE的差动电路的差动电路(b)电路的简化表示电路的简化表示恒流源恒流源47CQCBECCQCEQCECQCQCBERECEERRIUUUUIIIRUUIIURRRU1213213332122122 静态工作点的估算：静态工作点的估算：RCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC48一、共模抑制比可做的非常高；一、共模抑制比可做的非常高；二、允许输入端有较大的共模电压变化。二、允许输入端有较大的共模电压变化。Auc0、 Auc（单）（单）0几乎不变几乎不变beLidodidodidodudrRUUU
23、UUUA 2211KCMR、 KCMR（单）（单）高高电流源的输出电阻非常大电流源的输出电阻非常大rbe几乎不变几乎不变49上述章节讨论的电压增益往往是小信号情上述章节讨论的电压增益往往是小信号情况下的分析，在大信号情况下，差动电路的工作况下的分析，在大信号情况下，差动电路的工作情况又如何？情况又如何？ 434 差动放大器的传输特性差动放大器的传输特性传输特性定义传输特性定义：差动放大器输出电流或输：差动放大器输出电流或输出电压与差模输入电压之间的函数关系。出电压与差模输入电压之间的函数关系。50图图416简化的差动放大器简化的差动放大器RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC1
24、idCCUfii 21或或 idoUfu 51TBETBETBETBEUuSUuSEUuSUuSEeIeIieIeIi/2/12211)1()1( 21EEiiI )1()1(121121TBEBEUuuCEEEeiiiiI 图图416简化的差动放大器简化的差动放大器RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC152IeeeeIiTidTidTidTidUuUuUuUuC22211 IeeeeeeTidTidTidTidTidTidUuUuUuUuUuUu)(2)()(222222 TidTidTidTidUuUuUuUueeeeII222222 )2(22TidUuthII 电流传输
25、特性电流传输特性53)2(222TidCUuthIIi CCCCCCCoRiiRiRiu)(2121 )2(21TidCCUuthIii )2()(21TidCCCCoUuthIRRiiu 电压传输特性电压传输特性54iC1,iC2IiC1iC2iC1iC26 UT/4 UT2 UT02UT4UT6UTuidQI2(a)电流传输特性曲线电流传输特性曲线)2(221TidCUuthIIi )2(222TidCUuthIIi RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC155(b)电压传输特性曲线电压传输特性曲线 uoIRC6UT/4UT2UT02UT4UT6UTuid IRCRCRCui
26、dV1V2uo UEEIUCCiC2iC1)2(TidCoUuthIRu 1、两管集电极电流之和恒等于、两管集电极电流之和恒等于I2、传输特性具有非线性特性、传输特性具有非线性特性56一、两管集电极电流之和恒等于一、两管集电极电流之和恒等于I二、传输特性具有非线性特性二、传输特性具有非线性特性当当uid=0时，差动电路处于静态，这时时，差动电路处于静态，这时iC1=iC2=ICQ=I/21.在静态工作点附近，当在静态工作点附近，当|uid|UT，即室温下，即室温下， uid在在26mV以内时，以内时，传输特性近似为一段直线传输特性近似为一段直线。2.当当| uid |4 UT,即即uid超过超
27、过100mV时，传输特性明时，传输特性明显弯曲，而后趋于水平。显弯曲，而后趋于水平。57(RB)(RB)V1V2RRUEEI(a)串接串接R(RB)的线性区扩展电路的线性区扩展电路 图图418扩展差动电路的线性区范围扩展差动电路的线性区范围58iC1,iC2II/2R ( RB )0uid 图图418扩展差动电路的线性区范围扩展差动电路的线性区范围(b)线性区扩展后的电流传输特性曲线线性区扩展后的电流传输特性曲线 59 TidCoUuIthRu2三、差动放大器可以实现模拟乘法器三、差动放大器可以实现模拟乘法器RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC1若差模输入电压若差模输入电压ui
28、d2UT50mV， TidCoUuIRu2 则：则：如果电流源如果电流源I由某一输入电压由某一输入电压uy控制控制 60 TidCoUuIthRu2三、差动放大器可以实现模拟乘法器三、差动放大器可以实现模拟乘法器若差模输入电压若差模输入电压uid2UT50mV， TidCoUuIRu2 则：则：uxuyRrI-ryrBEyRuRuuI yxrTCouuRURu2 61 435差动放大器的失调及温漂差动放大器的失调及温漂一、差动放大器的失调一、差动放大器的失调当输入信号为零时，由于两晶体管参数和当输入信号为零时，由于两晶体管参数和电阻值不可能做到完全对称，因而使得输出不为电阻值不可能做到完全对称
29、，因而使得输出不为零。这种现象，称为差动放大器的失调。零。这种现象，称为差动放大器的失调。 输入失调电压输入失调电压UIO 输入失调电流输入失调电流 IIO。补偿方法：人为的在输入端加补偿电压或补偿方法：人为的在输入端加补偿电压或电流，电流，62RCRCRCUiV1V2Uo UEEIUCCIB2IIO2IIO2UIOIB1图图419差动电路的失调电压和失调电流差动电路的失调电压和失调电流 补偿电压补偿电压补偿电流补偿电流RSRS21IOBBIII 22IOBBIII 63（1）失调电压）失调电压UIO主要由主要由RC和发射结的失配引和发射结的失配引起，并与温度成正比。起，并与温度成正比。 （2
30、）电阻的失配约为）电阻的失配约为1%，发射结反向饱和电，发射结反向饱和电流的失配约为流的失配约为5%，即，即 ，影响失调电压的因素影响失调电压的因素室温下，按典型值计算得的室温下，按典型值计算得的UIO约等于约等于1.5mVUIO的典型值的典型值01. 0 CCRR05. 0 SSII)(SSCCTIOIIRRUU 64影响失调电流的因素影响失调电流的因素 CCBIORRII 电阻的失配约为电阻的失配约为1%，失配约为失配约为10% 失调电流失调电流IIO主要由主要由的失配大小决定，约为的失配大小决定，约为0.1IB 65RCRCV1V2Uo UEEIUCCRWRSRSRCV1V2Uo UEE
31、IUCCRWRSRSRC图图420差动放大器的调零电路差动放大器的调零电路 (a)射极调零射极调零(b)集电极调零集电极调零 WbeCidodudRrRUUA211 WbeiRrR2112 66 二、失调的温度漂移二、失调的温度漂移调零电路可在某一特定温度下，使输出为调零电路可在某一特定温度下，使输出为0。但失调会随着温度的改变而发生变化，所以。但失调会随着温度的改变而发生变化，所以仍存在零点的仍存在零点的温度漂移现象温度漂移现象。调零电路可以克服失调，但不能克服温漂。调零电路可以克服失调，但不能克服温漂。67IOBIOIdTddTdIdTdI 11 TUIIRRdTdUIIRRdTdUTSS
32、CCTSSCCIO)()( TUIO IOCI UIO的温漂与该温度下的的温漂与该温度下的UIO的大小成正比。的大小成正比。 IIO的温漂主要取决于的温漂主要取决于的温度系数和的温度系数和IIO本身。本身。 6844 集成运算放大器的输出级电路集成运算放大器的输出级电路UCCUoV1V2RLUCCUi 图图421 互补对称型射极互补对称型射极 69交越失真iC10uBE0io,uoiC2ui0 t t图图422 交越失真产生的原因及波形交越失真产生的原因及波形硅管导通电压，约为硅管导通电压，约为0.5V,在在0.5-0.5V之间，两管的输出之间，两管的输出电流近似为零。电流近似为零。70RCV
33、D1VD2V1V2V3UCCUiRL UEERCV1V2V3UCCUiAI1I2R1R2BRL UEEV4图图423克服交越失真的互补电路克服交越失真的互补电路(a)二极管偏置方式二极管偏置方式(b)模拟电压源偏置方式模拟电压源偏置方式)1(214RRUUBEAB 71+UCCUEEuu+集成运放的电路符号集成运放的电路符号输入级输入级中间级中间级 输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端AuudUCCUEEuouoUCCUEE0Auud U U(a)(b)“+”“+”表示同相输入表示同相输入端端“-”“-”表示反相输入表示反相输入端端7245 集成运放电路举例集成运放
34、电路举例451集成运算放大器集成运算放大器F00773V8V92V1V23V3V4V7IC3IC4IC5V5V6IC61R11kR350kR21k5R43.2kV10V12V13V114.5kC30pR539kR7R67.5kV16V17V15VD1VD2V19V18R850R925V147(15 V)64(15 V)I0图图424 F007电路原理图电路原理图 7475 452专用型集成运算放大器简介专用型集成运算放大器简介一、高输入电阻型集成运放一、高输入电阻型集成运放二、高精度集成运放二、高精度集成运放三、高速宽带型集成运放三、高速宽带型集成运放四、高压型集成运放四、高压型集成运放五、低
35、功耗型集成运放五、低功耗型集成运放7646 MOS集成运算放大器集成运算放大器SDGSGDPNNPPPP 阱N 型 衬 底 图425CMOS结构示意图 77461MOS集成运放中的基本单元电路集成运放中的基本单元电路一、一、MOS有源负载放大器有源负载放大器 78V2UDDV1UoUiV2UDDV1UoUiEGUDDV1UoUiV2 图图426三种三种MOS有源负载放大器有源负载放大器(a)E/E型型NMOS电路电路 (b)E/D型型NMOS电路电路 (c)CMOS电路电路79gm1Uirds1rds21gm21gmB2UoUigm1Uirds1rds21gmB2UoUiUigm1rds1rd
36、s2UoUi图图427三种三种MOS放大器的交流等效电路放大器的交流等效电路(a)E/E型型(b)E/D型型(c)CMOS8021222122122211)/()/(11)1 (11LWLWAgggggAggrrgUUAummmBmmumBmdsdsmiouE/E型型NMOS电路电路8111212112)11(1)(LWCuIArrgUUAoxnDQudsdsmiou22121221111mmmBmmBdsdsmiougggggrrgUUAE/D型型NMOS电路电路CMOS电路电路82 二、二、MOS管镜像电流源管镜像电流源 1211221211/DSDSDDUULWLWIIUDDIrIV1V
37、2图图428 MOS管镜像电流源管镜像电流源 rDoILWLWII11222/83三、三、MOS管差动放大器管差动放大器 )1(442mdsdsmidoudgrrgUUAUDDV4UoV3V1V2UidUGG USSV0图图429 CMOS差动放大器差动放大器 84 四、四、MOS管输出级电路管输出级电路 1. 源极输出器源极输出器)1 (11111111112111111121111mdsdsmBmomBmmudsdsmBmmiougrrggrgggArrgggUUA85V1UDDV2UoUGGUiUgs1gm1rds1rds2UoUi1gmB1Ugs1G1S1D2D1G2S2 图图430N
38、MOS源极输出器源极输出器(a)电路电路(b)交流等效电路交流等效电路86V040/20V180/20V2158/20V330/20V430/20IV2Ui+IV0IrRV550/12V650/12V7198/12IV1 UDD( 7.5V )Uo USS( 7.5V )C图图432 5G14573运放电路原理图运放电路原理图 462CMOS集成运算放大器集成运算放大器5G14573 8747 集成运算放大器的主要性能指标集成运算放大器的主要性能指标一、输入失调电压一、输入失调电压UIO和输入失调电流和输入失调电流IIO 二、失调的温漂二、失调的温漂 三、输入偏置电流三、输入偏置电流IIB22
39、1BBIBIII四、开环差模电压放大倍数四、开环差模电压放大倍数Aud 五、共模抑制比五、共模抑制比KCMR 88六、差模输入电阻六、差模输入电阻Rid 七、共模输入电阻七、共模输入电阻Ric八、输出电阻八、输出电阻Ro九、输入电压范围九、输入电压范围十、带宽十、带宽 十一、转换速率十一、转换速率(压摆率压摆率)SR十二、静态功耗十二、静态功耗Pc 十三、电源电压抑制比十三、电源电压抑制比PSRR 89作作 业业4-1 (1)4-24-44-54-74-64-124-1490R1R2ICR3UEERBR3rbeIbrceUoIbIooceboBbebUrIIRrI )()( obeBbIRrR
40、RI33 )1()1()(33333RRrRrRRrRrRrRIURBbeceBbeceBbeooo 图图42单管电流源电路单管电流源电路91RrIrIC2V2V1UCCIE3IC3IC1IB3V3图图48 威尔逊电流源威尔逊电流源 92bebceoborIrIIu13)(13)2(bboIIIrbbbebbebRIIrIrI)(3131(1)(2)(3)RrR3rbeIb3rceUoIorbeI b2I b2rbeI b1I b1I b39331)3(brberbebIRrRrI式得：由orberbebIRrRrI)22()3()2()4(3式得：式代入将(4)(5)berberbecerb
41、erbeooorRrRrrRrRrIUR)22()3()22()3()22()32() 1 ()5()4(2式得：式代入、将(6)94cecerrcerberbeorrRRrRrRrR22)22()3()22()32()6(22式可简化为：95以平面工艺为基础的半导体集成电路的制造工艺以平面工艺为基础的半导体集成电路的制造工艺1.由外延、氧化、光刻、扩散和薄膜淀积（或由外延、氧化、光刻、扩散和薄膜淀积（或叫蒸铝）五种基本技术组成平面工艺。叫蒸铝）五种基本技术组成平面工艺。2.采用采用PN结隔离技术和介质隔离技术。结隔离技术和介质隔离技术。3.NPN型晶体三极管是最基本的器件；型晶体三极管是最基
42、本的器件；PNP型晶体三极管有纵向和横向两种结构，由于发射型晶体三极管有纵向和横向两种结构，由于发射区不是高掺杂的，因而，它们的区不是高掺杂的，因而，它们的值极低，约在值极低，约在220之间。横向之间。横向PNP型管的型管的值更低，典型值为值更低，典型值为35。964.电阻通常有扩散电阻和金属膜电阻两类。电阻通常有扩散电阻和金属膜电阻两类。扩散电阻就是杂质半导体的体电阻，由标准扩散电阻就是杂质半导体的体电阻，由标准N+扩散流程形成的扩散流程形成的N+区电阻的阻值一般为区电阻的阻值一般为20100，由标准，由标准P扩散流程形成的扩散流程形成的P区电阻的阻值区电阻的阻值一般为一般为10020K，阻
43、值的误差较大，约为，阻值的误差较大，约为20%。利用标准的薄膜沉积流程在二氧化硅表面层利用标准的薄膜沉积流程在二氧化硅表面层上淀积一层金属膜作为电阻。上淀积一层金属膜作为电阻。975.一般电容都是一般电容都是PN结（特别是发射结）在反结（特别是发射结）在反向偏置时的结电容，也可用向偏置时的结电容，也可用MOS电容，这是以电容，这是以SiO2为介质的电容器。一般电容量不宜超过为介质的电容器。一般电容量不宜超过100pF。98对单级放大器，当在晶体三极管的发射结上对单级放大器，当在晶体三极管的发射结上加上恒压源及正弦信号电压时，由于伏安特性的加上恒压源及正弦信号电压时，由于伏安特性的非线性，将使集电极电流非线性，将使集电极电流ic中除了直流和基波分中除了直流和基波分量之外，还包含各次谐波分量，若要求二次谐波量之外，还包含各次谐波分量，若要求二次谐波振幅为基波振幅的振幅为基波振幅的2.5%，则允许信号电压的振，则允许信号电压的振幅为：幅为： Usm2.6mV)026. 0(61)026. 0(21026. 01 32sssCQkTquCQCuuuIeIisT=300K时，时，kT/q=0.026V99221121CCBBIOIIIIICCCIII)(CCII2CCIICCII2CCCCIRRI2)(CCBRRICCCCCRRRII21CCCCCCRRRIIICCCCRRII
