1、6 模拟集成电路模拟集成电路 在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的器件制作在一块硅片上，构成特功能的电子电路，器件制作在一块硅片上，构成特功能的电子电路，称为称为集成电路（集成电路（ICIC）。集成电路按其功能来分，有。集成电路按其功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路。数字集成电路和模拟集成电路。模拟集成电路模拟集成电路一般是由一块厚约一般是由一块厚约0.20.2到到0.25mm0.25mm的的P P型硅片制成型硅片制成,这种硅片是集成电路的基片。基片这种硅片是集成电路的基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的上可以做出包含有数十个或更多的BJTB
2、JT或或FETFET、电阻、电阻和连接导线的电路。外型一般用金属圆壳或双列直和连接导线的电路。外型一般用金属圆壳或双列直插式结构，插式结构，模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模-数和数数和数-数转换器、稳压电源和音像设备中常用的其数转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。他模拟集成电路等。与分立元件电路相比，与分立元件电路相比，模拟集成电路的模拟集成电路的特点特点有：有：（1 1）电路结构与元件参数具有对称性；）电路结构与元件参数具有对称性；
3、（2 2）用有源器件代替无源器件；）用有源器件代替无源器件；（3 3）采用复合结构的电路；）采用复合结构的电路；（4 4）级间采用直接耦合方式；）级间采用直接耦合方式；（5 5）电路中使用的二极管，多用作温度补偿元件或）电路中使用的二极管，多用作温度补偿元件或 电位移动电路。电位移动电路。本章主要内容：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6.3 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 实际集成运算放大器的主要参数和对应实际集成运算放大器的主要参数和对应 用电路的影响用电路的影响6.2 差分式放大电路差分式放
4、大电路1.镜像电流源镜像电流源 （1 1）电路组成：）电路组成：镜象电流源是由三级镜象电流源是由三级管电流源演变而来的。管电流源演变而来的。电路中采用两个参数电路中采用两个参数相同的三极管。相同的三极管。6.1 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VCCIC2T2T1IC1IREF2IBRRC镜像电流源镜像电流源6.1.1 BJT电流源电路电流源电路（2 2）电流估算）电流估算 当当R R和和V VCCCC确定后，基准电流确定后，基准电流I IREFREF也就确定了，也就确定了，I IC2C2也随也随之而定。由于之而定。由于IcIc2 2IIREFREF,我们把我们
5、把I IREFREF看作是看作是I IC2C2的镜象，所以的镜象，所以 这种电流源称为镜像电流源这种电流源称为镜像电流源。由于两管的由于两管的V VBEBE相同，所以它们的发射极电流和集电极相同，所以它们的发射极电流和集电极电流均相等。电流源的输出电流，即电流均相等。电流源的输出电流，即T T2 2的集电极电流为的集电极电流为（1）当）当b b1时，时，IB可以忽略可以忽略b bb bCBECCCREFBREFCCIRVVIIIIII22212RVIICCREFC2（2）当）当b b不够大时，不够大时，IC2与与IREF就存在一定的差别，为了弥就存在一定的差别，为了弥补这一不足，在电路中接入补
6、这一不足，在电路中接入BJT T3，利用，利用T3的电流放大作的电流放大作用，减小了用，减小了IB对对IREF分流作用，从而提高了分流作用，从而提高了IC2 与IREF互成镜互成镜像的精度，像的精度，为了避免为了避免T3的电流过小而使的电流过小而使b b3下降，常在下降，常在T3的射的射极加一电阻极加一电阻Re3，使，使IE3增大。增大。电路如下图所示。电路如下图所示。VCCIC2T2T1T3IC1IREFIBRRe3带缓冲级的镜像电流源带缓冲级的镜像电流源应用范围应用范围：使用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若需使用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若需减少减少IC2的值（例如微安级）
7、，必要求的值（例如微安级），必要求R的值很大，这在的值很大，这在集成电路中难以实现。因此需要研究改进型的电流源。集成电路中难以实现。因此需要研究改进型的电流源。2.微电流源微电流源 镜像电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的场镜像电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若需要减小合，若需要减小IC2的值（例如微安级），可采用的值（例如微安级），可采用微电流源微电流源电路。电路。（1）电路组成）电路组成 为了减小为了减小IC2的值，可的值，可在镜像电流源电路中的在镜像电流源电路中的T2发发射极串入一电阻射极串入一电阻Re2，如图所，如图所示，便构成微电流源。示，便构成微电流源。V
8、CCIC2T2T1IC1IREF2IBR +微电流源微电流源Re2VBE1+VBE2 可见可见,用阻值不大的用阻值不大的R Re2e2就可获得微小的工作电流。故就可获得微小的工作电流。故称为微电流源称为微电流源.（2 2）电流估算）电流估算 由电路可得由电路可得（3）优点：）优点：由于由于T1、T2是对管，两管基极又连在一起，当是对管，两管基极又连在一起，当VCC、R和和Re2为一为一定值时，基极电流定值时，基极电流IREF VCC/R，在，在VBE1、VBE2为一定值时，为一定值时，IC2也就确也就确定了。定了。在电路中，当电源电压在电路中，当电源电压VCC发生变化时，发生变化时，IREF以
9、及以及VBE也将发生也将发生变化，由于变化，由于Re2的值一般为数千欧，使的值一般为数千欧，使VBE1VBE2，以致，以致T2的的VBE2值值很小而工作在输入特性的弯曲部分，则很小而工作在输入特性的弯曲部分，则IC2的变化远小于的变化远小于IREF的变化，的变化，故电源波动对工作电流故电源波动对工作电流IC2影响不大。影响不大。由于由于T1对对T2有温度补偿作用，所以有温度补偿作用，所以IC2的温度稳定性也较好。的温度稳定性也较好。（4 4）多路电流源）多路电流源 在模拟集成电路中，经常用到多路电流源。目的是用一个在模拟集成电路中，经常用到多路电流源。目的是用一个电流源对多个负载进行偏置。典型
10、的多路电流源如图所示。电流源对多个负载进行偏置。典型的多路电流源如图所示。b b/BREFCIII当当b b较大时，得：较大时，得：REFCII由于各管的由于各管的b b、VBE相同，则相同，则332211eEeEeEeREFeERIRIRIRIRI所以：所以：111eeREFECRRIII222eeREFECRRIII333eeREFECRRIIIA1和和A3分别是分别是T1和和T3的相对结面积的相对结面积 动态输出电阻动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻为高远比微电流源的动态输出电阻为高3.高输出阻抗电流源高输出阻抗电流源RVVVVIEEBE23BECCREF REF13C2oIAA
11、II 4.组合电流源组合电流源T1、R1 和和T4支路产生基准电流支路产生基准电流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVI T1和和T2、T4和和T5构成镜像电流源构成镜像电流源T1和和T3，T4和和T6构成了微电流源构成了微电流源6.1.2 FET电流源电流源1.MOSFET镜像电流源镜像电流源当器件具有不同的宽长比时当器件具有不同的宽长比时RVVVIIIGSSSDDREFD2O REF1122O/ILWLWI （=0=0）ro=rds2 MOSFET基本镜像电路流基本镜像电路流 2T2GS22n2T2GS22n2D2)()()/(VVKVVKLWI 用用T3代替代替R，T1T3特性
12、特性相同，且工作在放大区，相同，且工作在放大区，当当=0时时，输出电流为，输出电流为 常用的镜像电流源常用的镜像电流源 2.MOSFET多路电流源多路电流源REF1122D2/ILWLWI REF1133D3/ILWLWI REF1144D4/ILWLWI 2T0GS0n0D0REF)(VVKII 3.JFET电流源电流源end(a)电路电路 (b)输出特性输出特性 6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构1.用三端器件组成的用三端器件组成的差分式放大电路差分式放大电路 6.2 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 i2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1i
13、cvvv 共模信号共模信号idod=vvv A差模电压增益差模电压增益icoc=vvv A共模电压增益共模电压增益icciddooo =vvvvvvvAA 总输出电压总输出电压其中其中ov 差模信号产生的输出差模信号产生的输出ov 共模信号产生的输出共模信号产生的输出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cdCMR=vvAAK2.差模信号和共模信号的概念差模信号和共模信号的概念 （1 1）概念特点）概念特点 差分式放大电路就其功差分式放大电路就其功能来说，是放大两个输入信能来说，是放大两个输入信号之差。是集成运放的主要号之差。是集成运放的主要组成单元。组成单元。线性放
14、线性放大电路大电路ui1ui2uo21iiVDovvAv在电路完全对称的理想情况下，输出信号电压为在电路完全对称的理想情况下，输出信号电压为 当差分放大电路的两个输入端子接入的输入信号分别当差分放大电路的两个输入端子接入的输入信号分别为为v vi1i1和和v vi2i2时，时，两信号的差值称为两信号的差值称为差模差模信号信号，而，而两信号的算两信号的算术平均值称为术平均值称为共模共模信号信号。即差模信号即差模信号 共模信号共模信号 根据以上两式可以得根据以上两式可以得到到 可以看出，两个输入端的信号均可分解为差模信号可以看出，两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模信号两部分。和共模信号两部分
15、。21iiidvvv2121iiicvvv21idicivvv22idicivvv（2 2）两种信号的特点）两种信号的特点 差模分量：差模分量：大小相等，相位相反大小相等，相位相反；共模分量：共模分量：大小相等，相位相同大小相等，相位相同；（3 3）增益）增益 差模电压增益差模电压增益 （4 4）共模抑制比）共模抑制比 共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指标。共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指标。idodVDvvA共模电压增益共模电压增益icocVCvvAVCVDCMRRAAK可利用叠加定理求出总的输出电压可利用叠加定理求出总的输出电压:icVCidVDovAvAv（
16、5）输出电压）输出电压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1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理由两个共射级电路组成由两个共射级电路组成,如图所示。如图所示。特点：特点：电路对称，电路对称，射级接射级接恒流源恒流源I I0 0，恒流源的交流电，恒流源的交流电阻阻r0很大很大,在理想情况下为在理想情况下为无穷大。无穷大。有两个输入端和两有两个输入端和两个输出端。个输出端。2.2.工作方式工作方式 双端输入，双端输出；双端输入，单端输出；双端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端输入，双端输出；单端输入，单端输出单端输入，双端输出；单端输入，单端输出3.3.工作原理工作原理
17、 (1)(1)静态分析静态分析 静态时，静态时，V Vi i=0=0即即V Vi i短路，短路，静态时若电路完全对静态时若电路完全对称，则称，则V Vc1c1=V=Vc2c2,所以所以Vo=VVo=Vc1c1-V-Vc2c2=0=0。即即输入输入为为0 0时，输出也为时，输出也为0 0。VCCiC2T2T1iC1RC1+基本差分式放大电路（基本差分式放大电路（1）RC2r0+vi1+vi2-VEEvc1vc2+vo -+eb1b2c1c2vEI0 各参数的计算：各参数的计算：由于电路完全对称，由于电路完全对称，2021IIiiCC C则可得方程：则可得方程：CCC2C2C1C1IRIRIR70
18、11112.IRVVIRVVVCCCCBECCCCCECE0V得得+VCCIE2T2T1IE1RC1 射极耦合差分放大电路直流通路射极耦合差分放大电路直流通路c2RC2-VEE+vo -I0c1b2b1e002010vvv（2 2）动态分析）动态分析 当电路的两个输入端各加入一个大小相等极性相反的当电路的两个输入端各加入一个大小相等极性相反的差模信号时，即差模信号时，即V Vi1i1=-V=-Vi2i2=V=Vidid/2/2时时,一管电流将增加，另一管一管电流将增加，另一管电流减小，输出电压为电流减小，输出电压为:Vo=V:Vo=Vc1c1-V-Vc2c200即即差模信号输入时，差模信号输入
19、时，两管之间有差模信号输出。两管之间有差模信号输出。2.2.抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理 （1 1）零点漂移）零点漂移 当放大电路的输入端短路时，输出端还有缓慢变化的电当放大电路的输入端短路时，输出端还有缓慢变化的电压产生，这种现象称为零点漂移，简称压产生，这种现象称为零点漂移，简称零漂零漂。零漂实际上就。零漂实际上就是是静态工作点的漂移静态工作点的漂移。（2 2）零漂产生的主要原因）零漂产生的主要原因 a)a)温度的变化温度的变化。温度的变化最终都将导致。温度的变化最终都将导致BJTBJT的集的集电极电流电极电流I IC C的变化，从而使静态工作点发生变化，使输的变化，从而使静态工作
20、点发生变化，使输出产生漂移。因此，零漂有时也称为出产生漂移。因此，零漂有时也称为温漂温漂。b)b)电源电压波动电源电压波动。电源电压的波动，也将引起静态。电源电压的波动，也将引起静态工作点的波动，而产生零点漂移。无论是温度变化还是工作点的波动，而产生零点漂移。无论是温度变化还是电源波动，都会对两管产生相同的作用，其效果相当于电源波动，都会对两管产生相同的作用，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。因此，当共模信号作用在两个输入端加入了共模信号。因此，当共模信号作用于电路时，必须分析电路的零漂情况。于电路时，必须分析电路的零漂情况。（3 3）差动放大电路对零漂的抑制）差动放大电路对零漂的抑制
21、a)a)双端输出时双端输出时-靠电路的对称性和恒流源偏置抑制靠电路的对称性和恒流源偏置抑制零漂。零漂。温度变化温度变化 两管集电极电流以及相应的集电极电压发两管集电极电流以及相应的集电极电压发生相同的变化生相同的变化 在电路完全对称的情况下，双端输出（两在电路完全对称的情况下，双端输出（两集电极间）的电压可以始终保持为零（或静态值）集电极间）的电压可以始终保持为零（或静态值）抑制抑制了零点漂移了零点漂移 这一过程类似于分压射极偏置这一过程类似于分压射极偏置电路的温度稳定过程。所以，即使电路的温度稳定过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。强
22、的抑制零漂能力。iC1 iC2 温度温度 iC1 iE1 iC2 iE2 vE （vB1、vB2不变）不变）vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用 iC1 iC2 温度温度 iC1 iE1 iC2 iE2 这一过程类似于分压式射极偏这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。所以，即置电路的温度稳定过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。较强的抑制零漂能力。vE （vB1、vB2不变）不变）vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 b)单端输出时单端输出
23、时-由于电路中由于电路中Re的存在的存在，将对电路产生如下影响：，将对电路产生如下影响：差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用 以上过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。以上过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。由于由于ReRe的存在，使的存在，使IcIc得到了稳定，所以在双端输出的情况得到了稳定，所以在双端输出的情况下，两管的输出会稳定在下，两管的输出会稳定在0 0（静态）值。抑制了零点漂移。（静态）值。抑制了零点漂移。ReRe越大，抑制零漂的作用越强越大，抑制零漂的作用越强。即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂即使电路处于单端输出
24、方式时，仍有较强的抑制零漂能力。能力。但由于但由于R Re e上流过两倍的集电极变化电流，其稳定能上流过两倍的集电极变化电流，其稳定能力比射极偏置电路更强。力比射极偏置电路更强。3 3主要技术指标的计算主要技术指标的计算（1 1）差模电压增益）差模电压增益 a a 双端输入双端输出双端输入双端输出 差模等效电路差模等效电路交流通路交流通路动态指标计算结果如下：动态指标计算结果如下：电压增益电压增益(由于电路对称由于电路对称):beCioiiooidoVDrRvvvvvvvvAb b11212122差模输入电阻差模输入电阻:bebiidididrivivR2211输出电阻输出电阻:CoRR2注意
25、：注意：(a)(a)差模输入时差模输入时，v vi1i1=-v=-vi2 i2=v=vidid/2,/2,当一管电流当一管电流i ic1c1增加时，增加时，另一管的电流另一管的电流i ic2c2必然减小。由于电路对称，必然减小。由于电路对称，i ic1c1 的增加量必的增加量必然等于然等于i ic2c2的减少量。所以流过恒流源（或的减少量。所以流过恒流源（或ReRe）的电流不变，）的电流不变，ve e=0.=0.故如图所示的故如图所示的交流通路中交流通路中ReRe为为0 0（短路）。（短路）。(b)(b)差模输入时，差模输入时，v vi1 i1=-v=-vi2i2=v=vidid/2,/2,每
26、一管上的电压仅为每一管上的电压仅为总的输入电压总的输入电压v vidid 的的1/21/2。故虽然电路由两管组成，但。故虽然电路由两管组成，但总的电总的电压放大倍数仅与单管的相同压放大倍数仅与单管的相同,即即 A AVDVD=-=-b bRc/rRc/rbebe (c)(c)如果在输出端接有负载电阻如果在输出端接有负载电阻R RL L,由于负载两端的电位由于负载两端的电位变化量相等，变化方向相反，故负载的中点处于交流地电变化量相等，变化方向相反，故负载的中点处于交流地电位。因此，如图所示的交流通路中每一管的负载为位。因此，如图所示的交流通路中每一管的负载为R RL L/2/2。此时，总的电压放
27、大倍数与单管的相同。即此时，总的电压放大倍数与单管的相同。即A AVDVD=-=-b bR RL L/r/rbebe.(d)(d)由于双端输入，故输入电阻为两管输入电阻的串联，由于双端输入，故输入电阻为两管输入电阻的串联，即即R Ridid=2r=2rbebe (e)(e)由于双端输出，故输出电阻为两管输出电阻的串联，由于双端输出，故输出电阻为两管输出电阻的串联，即即R Ro o=2Rc=2Rc 结论：结论：在电路完全对称、双端输入、双端输出的情况下在电路完全对称、双端输入、双端输出的情况下,基基本差分放大电路与单边放大电路的电压增益相等。本差分放大电路与单边放大电路的电压增益相等。可见可见该
28、电路是用该电路是用成倍的元器件以换取抑制零点漂移的能力成倍的元器件以换取抑制零点漂移的能力。b b 双端输入单端输出双端输入单端输出 （a a）由于单端输出时负载上输）由于单端输出时负载上输出的只是一个管子的变化量，而输出的只是一个管子的变化量，而输入情况与双端输出时完全一样。故入情况与双端输出时完全一样。故放大倍数是双端输出的一半。放大倍数是双端输出的一半。(b)(b)单端输出时，输出电阻是单端输出时，输出电阻是一个管子的输出电阻。故一个管子的输出电阻。故输出电阻输出电阻为双端输出的一半。为双端输出的一半。电路电路差模等效电路差模等效电路动态指标计算结果：动态指标计算结果：beLCbebLC
29、bbebLCcioiioidoVDrRRriRRiriRRivvvvvvvA22 221111111112111)/()/()/(b bb b电压增益电压增益(由于电路对称由于电路对称):bebiidididrivivR2211CoRR 差模输入电阻差模输入电阻:输出电阻输出电阻:结论：结论：这种接法常用于将双端输入信号转换为单端输出信这种接法常用于将双端输入信号转换为单端输出信号，集成运放的中间级有时采用这样的接法。号，集成运放的中间级有时采用这样的接法。c c 单端输入单端输入有时要求放大电路的输入端有一端接地，就要使用有时要求放大电路的输入端有一端接地，就要使用如下图所示的这种放大器单端
30、输入时的交流通路。如下图所示的这种放大器单端输入时的交流通路。（1 1）图中的）图中的r ro o很大很大（ReRe或者电流源的等或者电流源的等效电阻），满足效电阻），满足r ro orre e(发射结电阻发射结电阻)，故故r ro o可视为开路。可视为开路。（2 2）R Ro o开路后，可认开路后，可认为为V Vi i均分在两管的输入均分在两管的输入回路上。即回路上。即每管的输每管的输入电压为入电压为V Vi i/2/2.（3 3）于是，单）于是，单端输入端输入时电路的工作状态与时电路的工作状态与双端输入时近似一致。双端输入时近似一致。各指标也近似相同。各指标也近似相同。动态指标计算结果如下
31、：动态指标计算结果如下：电压增益电压增益(由于电路对称由于电路对称):beCioiiooidoVDrRvvvvvvvvAb b11212122差模输入电阻差模输入电阻:bebiidididrivivR2211输出电阻输出电阻:CoRR2（a）单端输入双端输出：）单端输入双端输出：beLCbebLCbbebLCcioiioidoVDrRRriRRiriRRivvvvvvvA22 221111111112111)/()/()/(b bb b电压增益电压增益(由于电路对称由于电路对称):（b）单端输入单端输出：）单端输入单端输出：差模输入电阻差模输入电阻:bebiidididrivivR2211输出
32、电阻输出电阻:CoRR（2）共模电压增益）共模电压增益a 双端输出双端输出共模电压增益共模电压增益：双端输出时的共模电压增益是指电路的双端输出电双端输出时的共模电压增益是指电路的双端输出电压与共模输入电压之比。在电路完全对称的情况下，压与共模输入电压之比。在电路完全对称的情况下，v vo1o1=v=vo2o2,v,vo o=v=vo1o1-v-vo2o2=0=00021icicooicoVDvvvvvvA共模增益为共模增益为输入电阻输入电阻：共模情况下，：共模情况下，两输入端是并联的，两输入端是并联的，因此因此 obeirrR2121)(b b结论结论：共模电压增益越小，说明放大电路的性能越好
33、共模电压增益越小，说明放大电路的性能越好。VCC基本差分式放大电路（基本差分式放大电路（1）iC2T2T1iC1RC+RC2r0+vi1+vi2vc1vc2+vo -+eb1b22r0b b 单端输出单端输出 单端输出时的共模等效电路单端输出时的共模等效电路如图所示。它等效于一个射级电如图所示。它等效于一个射级电阻为阻为2r2ro o的共射放大电路。的共射放大电路。共模增益为：共模增益为：一般情况下，一般情况下，2r2ro orrbebe,1,1,则有则有 ：（3 3）共模抑制比）共模抑制比 共摸抑制比定义为差模增益与共模增益之比，即共摸抑制比定义为差模增益与共模增益之比，即 或或 （dBdB
34、）电路的共摸抑制比电路的共摸抑制比K KCMRCMR显示显示电路对零漂的抑制能力的大电路对零漂的抑制能力的大小小。因此希望因此希望K KCMRCMR越大越好越大越好。VCVDCMRAAKVCVDCMRAAKlg20单端输出时单端输出时，beeVCVDCMRrRAAKb b11 双端输出时双端输出时，电路完全对称的理想情况下，由于共模增益电路完全对称的理想情况下，由于共模增益A=0，所以所以KCMR=)(idCMRicidVDicVCidVDovKvvAvAvAv11（4）频率响应）频率响应双端输入、双端输出的差分式放大电路，因两边电双端输入、双端输出的差分式放大电路，因两边电路对称，可用单边共
35、射极电路来分析。由于存在密勒效路对称，可用单边共射极电路来分析。由于存在密勒效应，其应，其高频响应与共射极电路相同高频响应与共射极电路相同。但因差分式放大电。但因差分式放大电路采用直接耦合方式，因此它具有路采用直接耦合方式，因此它具有极好的低频响应极好的低频响应。差分式放大电路几种接法的性能指标比较差分式放大电路几种接法的性能指标比较例例1 电路如下图所示，电路如下图所示，Re1=Re2=100,BJT的的b b=100，VBE=0.6V，求求(1)Q点（点（2）当）当vi1=0.01V,vi2=-0.01V 时，求输出电压时，求输出电压v0=v01-v02的值；（的值；（3）当）当c1、c2
36、间介入负间介入负载电阻载电阻RL=5.6K 时，求时，求v0的值；（的值；（4）求电路的差模输入）求电路的差模输入电阻电阻Rid、共模输入电阻、共模输入电阻Ric和输出电阻和输出电阻Ro。VCC（+10V）iC2T2T1iC15.6K+RC2r0+vi1+vi2-VEEvc1vc2+vo -+eb1b2c1c2vEI02mARC15.6K 100K Re1Re2(1)Q点点解：1mA2021IIIICC C则可得方程：则可得方程：得得由于电路完全对称，由于电路完全对称，A101001mAIIc1B1b/V.VIRVVBECCCCCE5606511011110V+VCCIE2T2T1IE1RC1
37、电路直流通路电路直流通路c2RC2-VEE+vo -I0c1b2b1eRe1Re2 （2）当）当vi1=0.01V,vi2=-0.01V 时，时，输出电压输出电压v0=v01-v02的值的值K.IV)(rTbe8210110261012001200331E1b7543101001001826510013e11.)(.R)（rRAbeCVD88V0V0100107543vAvidVD0.).(.（3）当）当C1、C2间接入电阻时，间接入电阻时，514R1rR21RAe1be1Le1VD.)()(bb29V002V0514vAvidVDo.（4）电路的差模输入电阻）电路的差模输入电阻Rid 共模输
38、入电阻共模输入电阻Ric 输出电阻输出电阻RoK.)(.)R(rR-ebeid6251010010018221231.)()(.)R()(rR-ebei1M10100210100100182212r121301C.K.RRCK21165220作业：作业：P269 习题习题6.1.1，6.2.1，6.2.2例例2 已知晶体管已知晶体管T1、T2的的b b=50，并设，并设VBE（ON）=0.7V，rbb=0，rce 。要求：要求：（1）画出差模半电路和共模半电路电路图；）画出差模半电路和共模半电路电路图；（2）求）求T1、T2的静态集电极电流的静态集电极电流ICQ、电压、电压VCQ和晶体管的输入
39、电阻和晶体管的输入电阻rb e；（3）求双端输出时的差模电压增益）求双端输出时的差模电压增益AVD、差模输入电阻差模输入电阻Rid、差模输出电阻、差模输出电阻Rod；（4）求反向端单端输出（即）求反向端单端输出（即RL接接T2集电极的一端入地）时的差模电压增益集电极的一端入地）时的差模电压增益AVD（单）；共模电压增益（单）；共模电压增益AVC和共模抑制比和共模抑制比KCMR；任一输入端看进去的共；任一输入端看进去的共模输入电阻模输入电阻Ric，任一输出端看进去的共模输出电阻，任一输出端看进去的共模输出电阻Roc。（5）*确定电路最大输入共模电压范围。确定电路最大输入共模电压范围。电路电路:+
40、6ViC2T2T1iC1RCRCRe+vi1+vi2-6V5.1K 5.1K 5.1K RL5.1K 2K 2K RbRb2iEiE解解：（：（1）差模半电路、共模半电路差模半电路、共模半电路RL对共模信号开路RbT1Rc+vic-2REE+voc-RbT1Rc1/2RL+1/2vid-+1/2vod（2）静态参数）静态参数差分式放大电路直流通路差分式放大电路直流通路VCCIE2T2T1IE1RCc2RCREE-VEE+vo -IEc1e0VRbRb2K 2K 5.1K5.1KIB1mARRVVIIIbEEBEEEECC52050215270621121./b bCQEECCIIIII2112
41、1/02111EEEEEBEbBVRIVRI因为电路对称，所以因为电路对称，所以因为：因为：可得：可得：b b11CBIIVVVVCQCC35315520621.KIVrCTeb5252026501.b b（3）双端输出时双端输出时差模电压增益差模电压增益AVD差模输入电阻差模输入电阻Rid差模输出电阻差模输出电阻RodebbLCidoVDrRRRvvA)/(2111b bKKrRivivRebbbiididid952222211).()(KKRRCo2101522.（4）单端输出时单端输出时差模电压增益差模电压增益AVD（单）（单）21452215155021211./.)/(ebbLCVD
42、rRRRAb b共模电压增益共模电压增益AVD24015251522151550 211./.)()/(EEebbLCVCRrRRRAb bb b共模输入电阻共模输入电阻Rid差模输出电阻差模输出电阻RodKKRrRivivREEebbbiicicic752415251522 2111.)(b bKRRCo15.共模抑制比共模抑制比KCMR259240214.(VCVDCMRAAK单）(5)电路最大输入共模电压范围电路最大输入共模电压范围设晶体管的VCB=0时进入饱和区,并略去Rb上的压降。为保证T1T2工作在放大区，正向最大共模输入电压Vic（max）应满足下式：15152670-6 2.(
43、max)(max)(max)icCEEEEonBEicccicVRRVVVVVVVic232.(max)可解得否则晶体管饱和。如果图中的如果图中的REE是用恒流源是用恒流源IEE，则只要，则只要CEECCicRIVV2(max)为保证为保证T1、T2工作在放大区，负向最大共模输入电压工作在放大区，负向最大共模输入电压Vic（min）应满足下式：应满足下式：VVVVonBEEEic35706.)(min)否则晶体管截止。否则晶体管截止。由上可得晶体管最大共模输入电压为：由上可得晶体管最大共模输入电压为：VVVic23235.6.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路 引言引言：由：由BJT组
44、成的差分式电路对共模输入信号有相组成的差分式电路对共模输入信号有相当强的抑制能力，但它的差模输入阻抗很低。因此，高输当强的抑制能力，但它的差模输入阻抗很低。因此，高输入阻抗模拟集成电路中，常采用输入电阻高、输入偏置电入阻抗模拟集成电路中，常采用输入电阻高、输入偏置电流很小的流很小的FET差分式放大电路。差分式放大电路。一一 带恒流源的带恒流源的JFET差分式放大电路差分式放大电路1.电路（单入单出）电路（单入单出）课本课本237页图页图6.2.6 2.各部分作用：各部分作用：JFET T1、T2是差分对管，是差分对管，BJT T3、T4及及R1、R2、R3组成恒流源电路，用于抑制共模信号。其差
45、模电压增益为：组成恒流源电路，用于抑制共模信号。其差模电压增益为：dmidoVDRgvvA2122二、二、NMOSFET差分式放大电路差分式放大电路1.电路（双入双出）电路（双入双出）P240页图页图6.2.72.各部分作用各部分作用 耗尽型耗尽型NMOSFET对管对管T1、T2组成双入组成双入-双出差分式放大电双出差分式放大电路。增强型路。增强型NMOSFET对管对管T3、T4构成差分放大电路的有源负构成差分放大电路的有源负载，载，TREF、T5、T6组成偏置电路，决定电路的基准电路组成偏置电路，决定电路的基准电路IREF，T6、T7构成镜像电流源，供给构成镜像电流源，供给T1、T2的源极恒
46、流源的源极恒流源I0。电路中。电路中NMOSFET的衬底均接至负电源的衬底均接至负电源-VSS或低电位处，保证衬底与或低电位处，保证衬底与N沟道形成的沟道形成的PN结处于反向偏置状态。结处于反向偏置状态。结论：结论：FET的差分式放大电路电路结构、工作原理和分析的差分式放大电路电路结构、工作原理和分析方法与方法与BJT差分式放大电路差分式放大电路基本相同，并具有相同的电路基本相同，并具有相同的电路特点，特点，只不过是用只不过是用FET的小信号模型来分析计算而已。由的小信号模型来分析计算而已。由JFET构成的差分式放大电路的输入电阻可达构成的差分式放大电路的输入电阻可达1012，输入，输入偏置电
47、流约为偏置电流约为100pA数量级；而数量级；而MOSFET 差分式放大电路差分式放大电路的输入电阻则可达的输入电阻则可达1015 ，而输入偏置电流在，而输入偏置电流在10pA以下。以下。6.2.3 6.2.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性 传输特性就是放大电路输出信号（电流或电压）随输入传输特性就是放大电路输出信号（电流或电压）随输入信号变化的函数关系。它可以用信号变化的函数关系。它可以用BJT的的be结值电压结值电压vBE与发射与发射极电流极电流IE的基本关系求出。由的基本关系求出。由PN结的伏安特性可知结的伏安特性可知又因为又因为 由以上各式可解得由以上各式可解得 由
48、上式做出由上式做出iC1、iC2与与vid的传输特性曲线如图所示。的传输特性曲线如图所示。从传输特性曲线可以看出：从传输特性曲线可以看出：1 1当当v vidid=v=vi1i1-v-vi2i2=0=0时，时，i ic1c1+i+ic2c2=I=Io o,i,ic1c1=i=ic2c2=I=Io o/2,/2,电路工作在曲电路工作在曲线的线的Q Q点，处于静态。点，处于静态。2.2.当当v vid id 在在0 0V VT T的范围内，的范围内，v vidid增加时，增加时，i ic1c1增加，增加，i ic2c2减小。且减小。且i ic1c1、i ic2c2与与v vidid呈线性关系。电路
49、工作在放大区。如图中用竖虚线呈线性关系。电路工作在放大区。如图中用竖虚线所示的区域。所示的区域。3 3 当当v vidid4V4VT T 即超过即超过100mV100mV时，曲趋于平坦。当时，曲趋于平坦。当v vidid增大时，增大时，T1T1管趋于饱和，管趋于饱和，T2T2管趋于截止。管趋于截止。i ic1c1-i-ic2c2几乎不变。这时电路工作几乎不变。这时电路工作在特性曲线的非线性区。差动放大电路呈现良好的限幅特性。在特性曲线的非线性区。差动放大电路呈现良好的限幅特性。4 4在两管的发射极上分别串接电阻在两管的发射极上分别串接电阻R1=R2=ReR1=R2=Re，可以扩大传输特，可以扩
50、大传输特性的线性范围。如图中虚线所示。性的线性范围。如图中虚线所示。6.3 6.3 简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放大器 6.3.1 6.3.1 集成电路运算放大器的组成集成电路运算放大器的组成 集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。（1 1）输入级一般是差分式放大电路，利用它的对称特性可）输入级一般是差分式放大电路，利用它的对
