模拟电子技术(本科)全册配套精品完整课件(二).ppt

1、模拟电子技术模拟电子技术(本科本科)全册配套全册配套精品完整课件精品完整课件(二二)2第五章第五章 集成运算放大集成运算放大电路电路 3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。

2、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。45.1 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.尽可能采用尽可能采用有源器件有源器件代替无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

3、漂现象的差动放大器，抑制工作点漂移，解决零漂现象 )。5输入级中间级输出级电流源电路UiUo 图图5.1.1 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65.2 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： 电流源电路：电流恒定的电源。电流源电路：电流恒定的电源。 7UCCRrIrIC1V1V2IC

4、2图图5.2.1 镜像电流源镜像电流源 rCCrBECCrRURUUI 1111222 CrBrCCIIIIII rrCIII 2112 )1(1 一、镜像电流源一、镜像电流源IB1IB22IB1ICRo电流源电路符号电流源电路符号：去掉该连线，电路会怎样？：去掉该连线，电路会怎样？2cer 8UCCRrIrV1IC4V4V2IC2V3IC3V5图图5.2.2 多路镜像电流源多路镜像电流源rCCCIIII4)1()1(5151432 IB5IE5IC19IrRrIC1IC2UCCIC3RrIrIC2IC3V3V2V1UCC图图5.2.3 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

5、集电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 二、比例电流源二、比例电流源RrIrIC2V2V1R2UCCUBE1UBE2R1IE2IE1IB1IB2 图图5.2.4 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

6、1，则，则 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 12三、微电流电流源三、微电流电流源RrIrIC2V2V1UCCR2图图5.2.5 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 四

7、、威尔逊电流源四、威尔逊电流源RrIrIC2V2V1UCCIE3IC3IC1IB3V3图图5.2.6 威尔逊电流源威尔逊电流源 rBECCrBEBECCrRUURUUUI223 CCCCCECIIIIIII2111221123314 四、威尔逊电流源四、威尔逊电流源RrIrIC2V2V1UCCIE3IC3IC1IB3V3图图5.2.6 威尔逊电流源威尔逊电流源 CCCCCECIIIIIII21112211233 331CCBCrIIIII rrCIII 222123 输出电流受输出电流受的影响也大大减小的影响也大大减小155.3 以电流源为有源负载的放大电路以电流源为有源负载的放大电路 UCC

8、V3V2uoV1uiRr图图5.3.1 有源负载共有源负载共射放大器射放大器(a)共射电路共射电路(b)等效电路等效电路 1311/beLceceurRrrA UCCuoV1uiIorce3165.4 差动放大电路差动放大电路5.4.1 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。慢地上下飘动。175.4.2 差动放大器的工作原理及性能分析差动放大器的工作

9、原理及性能分析+UCCRCRBUBBREuouiRC+UCCuouiUBBREU一、电路形成原理一、电路形成原理18RC+UCCuouiUBBREURC1RC2RB1RB2UBBUBBui1ui2RE1RE2+UCC(C)19RB2RB1RC1RC2-UEEui1ui2REuoV2V1+UCCRC1RC2RB1RB2UBBUBBui1ui2RE1RE2+UCCuoV2V120 图图5.4.3 长尾式差动放大电路长尾式差动放大电路令令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

10、有故有二、静态分析二、静态分析UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoI21UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoCQCCCQCQCRIUUU121 CQCCCQCEQCERIUUU1217 . 0 结论：结论：静态时，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。22UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoLCRQCRIII 1 LQCCQCQCCCRUIRUU111 IIIIIQEQEQCQC212121 单端输出时单端输出时: :UCEQ2UCC+0.7-ICQ1RC UCE1

11、Q- UC1Q+0.7 23UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoI三、动态分析三、动态分析共模信号：共模信号：Ui1和和Ui2所加信号大小相等极性相同所加信号大小相等极性相同 。差模信号：差模信号：Ui1和和Ui2所加信号大小相等极性相反。所加信号大小相等极性相反。24加共模信号：加共模信号：Ui1=Ui2=UicUCCRCUC2RLRCUC1Ui2REUEEV1V2UoUic1Uic2Ui1UC1UC2说明差动电路对共模信号有很强的抑制作用。说明差动电路对共模信号有很强的抑制作用。=025UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo加差模信号：

12、加差模信号： Ui1= -Ui2=UidUid1Uid2UC1UC2说明差动电路对差模信号有放大作用。说明差动电路对差模信号有放大作用。Uid=Uid1-Uid226由于电路参数的理想对称，温度、电源等变由于电路参数的理想对称，温度、电源等变化对两管完全相同，故化对两管完全相同，故零点漂移信号折算到输入零点漂移信号折算到输入端可以等效成共模信号端可以等效成共模信号，差动放大电路对共模信，差动放大电路对共模信号有很强的抑制作用。号有很强的抑制作用。由于差动电路对差模信号有较强的放大作用，由于差动电路对差模信号有较强的放大作用，因此，需要放大的因此，需要放大的有用信号可以通过差模信号的有用信号可以

13、通过差模信号的形式输入形式输入。 271、共模抑制特性、共模抑制特性UCCRCUC2RLRCUC1Ui2REUEEV1V2UoIe1Uic2Ui1UC1UC2=0 对共模信号而言，每个管子的射极相当于各接有对共模信号而言，每个管子的射极相当于各接有2RE的电的电阻阻 。双端输出时，负载。双端输出时，负载RL上的电流为零，相当于上的电流为零，相当于RL开路。开路。 Uic1Ie22Ie28RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE图图5.4.4 基本差动放大器的共模等效通路基本差动放大器的共模等效通路 R2E 对共模信号而言，每个管子的射极相当于各接有对共模信号而言，每个管子的射极相当于

14、各接有2RE的电的电阻阻 。双端输出时，负载。双端输出时，负载RL上的电流为零，相当于上的电流为零，相当于RL开路。开路。 29RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE图图5.4.4 基本差动放大器的共模等效通路基本差动放大器的共模等效通路 R2E（1）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数Auc021 icococicocucUUUUUA30RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE图图5.4.4 基本差动放大器的共模等效通路基本差动放大器的共模等效通路 R2E 2. 共模输入电阻共模输入电阻icicicIUR IicIic1Iic212icicIU EbeR)(r2121 3

15、1RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE图图5.4.4 基本差动放大器的共模等效通路基本差动放大器的共模等效通路 R2E 3.共模输出电阻共模输出电阻coRR232RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE图图5.4.5 单端输出差动放大器的共模等效通路单端输出差动放大器的共模等效通路 R2ERL EbeLCicocicocucRrRRUUUUA2)1(21( 单）单）结论：结论：由于射极电由于射极电阻阻2RE的存在，使的存在，使单端输出时的共模单端输出时的共模电压放大倍数大为电压放大倍数大为减小。且减小。且RE对对共模信号的抑制作共模信号的抑制作用越强。用越强。ELucR

16、RA2( 单）单）33RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE图图5.4.5 单端输出差动放大器的共模等效通路单端输出差动放大器的共模等效通路 R2ERL EbeicicicicicRrIUIUR2)1(2121 单单34RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE图图5.4.5 但端输出差动放大器的共模等效通路但端输出差动放大器的共模等效通路 R2ERLCocRR 单）单）(35UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoUid1Uid2UC1UC2Uid=Uid1-Uid22、差模特性分析、差模特性分析对差模信号而言，对差模信号而言，RE相当于短路，相当

17、于短路，RL的中点为差模地端。的中点为差模地端。RE上只有静态电压，上只有静态电压，无交流信号电压无交流信号电压36图图5.4.6 长尾差动放大器的差模等效通路长尾差动放大器的差模等效通路Uod1Uod2RL2RL2V2V1Uid1Uid2Uid=Uid1-Uid2RCRC37 1. 差模电压放大倍数差模电压放大倍数212121212222idididididodododododUUUUUUUUUU 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

18、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 38beLudidodidodudrRAUUUUA111(21212 单）单）或或beLudidodidodudrRAUUUUA222(21212 单）单）RCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REV1V2UodUid=Uid1-Uid2式中：式中： LCLRRR 39RCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REV1V2UodUid=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

19、出端信号的相位相反。相反。 402. 差模输入电阻差模输入电阻Uod1Uod2RL2RL2V2V1RCRCUodUid1Uid2IidbeidididididrIUIUR221 Uid=Uid1-Uid241Uod1Uod2RL2RL2V2V1RCRCUodUid1Uid2Iid 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）(单端输出时为单端输出时为CodRR2 42三、共模抑制比三、共模抑制比KCMRucudCMRAAK )(lg20dBAAKucudCMR beEECbeLucudCMRrRRRrRAAK 22)()()(单单单单单单差模：需要放大的有用信号，

20、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。 43例例 5.4.1电路如图电路如图5.4.3，已知，已知UCC=UEE=15V，V1、V2管的管的 。（1）估算）估算V1、V2管的静态工作点管的静态工作点ICQ、UCEQ。（2）试求差模电压增益）试求差模电压增益 。（3）从）从V1管单端输出的差模电压放大倍数管单端输出的差模电压放大倍数Aud（单）、（单）、共

21、模电压放大倍数共模电压放大倍数Auc（单）和共模抑制比（单）和共模抑制比KCMR。,100 .200 bbr,2 . 7 KRE KRRLC6odidudRRA、及及44四、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UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo222121211212112222icidiiiiiicidiiiiiUUUUUUUUUUUUUU 2221212121iiididiciiicicUUUUUUUUU 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：45UCCRCUC2RLRCUC1R

22、EUEEV1V2Uo221iiUU 221iiUU 221iiUU 221iiUU 222121211212112222icidiiiiiicidiiiiiUUUUUUUUUUUUUU 46)(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)(ucudAA47在实际应用中，当在实际应用中，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

23、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；如一端接地，这种接法称为如一端接地，这种接法称为单端输入单端输入。UCCRCUC2RLRCUC1Ui1REUV1V2Uo485.4.3 具有电流源的差动放大电路具有电流源的差动放大电路基本差动放大器，希望增大基本差动放大器，希望增大RE，提高共模抑制，提高共模抑制能力，能力，但但RE的增大，又会带来其它问题：的增大，又会带来其它问题：UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoRE ,UEE不变不变I IEQ rE rbe Aud RE ,I不变不变UEE 49RCRCUi1V1V2

24、UoUi2 UEEIUCCRCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC图图5.4.9 具有电流源的差动放大器电路具有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50CQCBECCQCEQCECQCQCBERECEERRIUUUUIIIRUUIIURRRU1213213332122122 静态工作点的估算：静态工作点的估算：RCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC电流源既提供了较大的输出电阻，也保证了电流源既提供了较大的输出电阻，也

25、保证了合适的静态电流合适的静态电流I。51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？ 5.4.4 差动放大器的大信号分析差动放大器的大信号分析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。52图图5.4.11 具有电流源的差动放大器具有电流源的差动放大器RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC1 idCCUfii 21或或 idoUfu 53TBET

26、BETBETBEUuSUuSEUuSUuSEeIeIieIeIi/2/12211)1()1( 21EEiiI )1()1(121121TBEBEUuuCEEEeiiiiI RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC1图图5.4.11 具有电流源的差动放大器具有电流源的差动放大器54IeeeeIiTidTidTidTidUuUuUuUuC22211 IeeeeeeTidTidTidTidTidTidUuUuUuUuUuUu)(2)()(222222 TidTidTidTidUuUuUuUueeeeII222222 )2(22TidUuthII 电流传输特性电流传输特性55)2(222T

27、idCUuthIIi CCCCCCCoRiiRiRiu)(2121 )2(21TidCCUuthIii )2()(21TidCCCCoUuthIRRiiu 电压传输特性电压传输特性56iC1,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 UEEIUCCiC2iC157(b)电压传输特性曲线电压传输特性曲线 uoIRC6UT/4UT2UT02UT4UT6UTuid IRCRCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC

28、2iC1)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58一、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超过超过100mV时，传输特性明时，传输

29、特性明显弯曲，而后趋于水平。显弯曲，而后趋于水平。59(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60iC1,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 61二、差动放大电路正常工作的前提条件二、差动放大电路正常工作的前提条件 1.差放电路输入电压幅值限制差放电路输入电压幅值限制 RCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC(BR

30、)EBOidUu C1icB3UuU 2.电流源电流电流源电流I限制限制 )CS(临界临界II 62 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uid2UT50mV， 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 63 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uid UIO时，失调电流时，失调电流 IIO IB1 IB2一、静态参数一、静态

31、参数 4.最大差模输入电压最大差模输入电压 最大共模输入电压最大共模输入电压 idmaxUicmaxU732.差模输入电阻差模输入电阻Rid 4.带宽带宽5.转换速率转换速率(压摆率压摆率)SR1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aud 3.共模抑制比共模抑制比KCMR 二、动态参数二、动态参数 3dB-BWGBW745.8.3 理想集成运算放大电路理想集成运算放大电路1、理想化条件、理想化条件由于运放具有开环放大倍数很大，输入电阻高，由于运放具有开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小等特性，在分析时常将其理想化，称为输出电阻小等特性，在分析时常将其理想化，称为理想运放理想运放。差模

32、电压增益差模电压增益Aud=差模输出电阻差模输出电阻Rod=0差模输入电阻差模输入电阻Rid= 输入偏置电流输入偏置电流IIB=0共模抑制比共模抑制比KCMR= 失调电流失调电流IIO=0频带宽度频带宽度BW-3dB= 失调电压失调电压UIO=0转换速率转换速率 SR= 失调电流温漂失调电流温漂dIIO/dT=0噪声电压噪声电压 UN= 0失调电压温漂失调电压温漂dUIO/dT=075二、理想运放特性二、理想运放特性(1)“虚短虚短”特性特性(virtual short circuit)理想运放工作在理想运放工作在线性线性(linear)状态状态时的特性时的特性0所以所以 uu(2)“虚断虚断

33、”特性特性(virtual open circuit)ididRuii 由于由于所以所以0 ii由于由于doiduAuuuu 07644 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 77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。78RCVD1VD2V1V2V3UCCUiRL UEERCV1V2V3UCCUiAI1I2

34、R1R2BRL 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 79V8V92V1V23V3V4V7IC3IC4IC5V5V6IC61R11kR350kR21k5R43.2kV10V12V13V114.5kC30pR539kR7R67.5kV16V17V15VD1VD2V19V18R850R925V147(15 V)64(15 V)I0图图5.7.1 F007电路原理图电路原理图 80作作 业业5.25.95.45.65.881+UCCUEEuu+集成运放的电路符号集成运放

35、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8245 集成运放电路举例集成运放电路举例451集成运算放大器集成运算放大器F00783V8V92V1V23V3V4V7IC3IC4IC5V5V6IC61R11kR350kR21k5R43.2kV10V12V13V114.5kC30pR539kR7R67.5kV16V17V15VD1VD2V19V18R850R925V147(15 V)64(15 V)

36、I0图图424 F007电路原理图电路原理图 8485 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、低功耗型集成运放五、低功耗型集成运放8646 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 87461MOS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 88V2UDDV1UoUiV2UDDV1UoUiEGUDDV

37、1UoUiV2 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89gm1Uirds1rds21gm21gmB2UoUigm1Uirds1rds21gmB2UoUiUigm1rds1rds2UoUi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)CMOS9021222122122211)/()/(11)1 (11LWLWAgggggAggrrgUUAummmBmmumBmdsdsmiouE/E型型NMOS电路电路9111212112)11(1)(L

38、WCuIArrgUUAoxnDQudsdsmiou22121221111mmmBmmBdsdsmiougggggrrgUUAE/D型型NMOS电路电路CMOS电路电路92 二、二、MOS管镜像电流源管镜像电流源 1211221211/DSDSDDUULWLWIIUDDIrIV1V2图图428 MOS管镜像电流源管镜像电流源 rDoILWLWII11222/93三、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 94 四、四、MOS管输出级电路管输出级电路 1. 源极输

39、出器源极输出器)1 (11111111112111111121111mdsdsmBmomBmmudsdsmBmmiougrrggrgggArrgggUUA95V1UDDV2UoUGGUiUgs1gm1rds1rds2UoUi1gmB1Ugs1G1S1D2D1G2S2 图图430NMOS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96V040/20V180/20V2158/20V330/20V430/20IV2Ui+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

40、路原理图 462CMOS集成运算放大器集成运算放大器5G14573 9747 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IIB221BBIBIII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 98六、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

41、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 99作作 业业4-1 (1)4-24-44-54-74-64-124-14100R1R2ICR3UEERBR3rbeIbrceUoIbIooceboBbebUrIIRrI )()( obeBbIRrRRI33 )1()1()(33333RRrRrRRrRrRrRIURBbeceBbeceBbeooo 图图42单管电流源电路单管电流源电路101RrIrIC2V2V1UCCIE3IC3IC1IB3V3图图48 威尔逊电流源威尔逊电流源 102bebceoborIrIIu13)(13)2(bboIIIrbbbebbeb

42、RIIrIrI)(3131(1)(2)(3)RrR3rbeIb3rceUoIorbeI b2I b2rbeI b1I b1I b310331)3(brberbebIRrRrI式得：由orberbebIRrRrI)22()3()2()4(3式得：式代入将(4)(5)berberbecerberbeooorRrRrrRrRrIUR)22()3()22()3()22()32() 1 ()5()4(2式得：式代入、将(6)104cecerrcerberbeorrRRrRrRrR22)22()3()22()32()6(22式可简化为：105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

43、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。1064.电阻通常有扩散电阻和金属膜电阻两类。

44、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。1075.一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

45、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。108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(2

46、1026. 01 32sssCQkTquCQCuuuIeIisT=300K时，时，kT/q=0.026V109221121CCBBIOIIIIICCCIII)(CCII2CCIICCII2CCCCIRRI2)(CCBRRICCCCCRRRII21CCCCCCRRRIIICCCCRRII第五章习题课第五章习题课1、差动特性只与输出电路接法有关，与输入电路接、差动特性只与输出电路接法有关，与输入电路接法无关。无论输入端如何连接，电路只对两信号之法无关。无论输入端如何连接，电路只对两信号之差（差（Ui1-Ui2）进行放大，放大倍数为）进行放大，放大倍数为Aud。对共模信。对共模信号（号（ ）抑制，即

47、放大倍数）抑制，即放大倍数Auc很小。所以：很小。所以： 2121212iiudiiuciiudouuAuuAuuAU 221iiUU 2、差模放大特性：、差模放大特性：差模电压增益差模电压增益Aud：Aud（双）是单边共射放大电路（根据具体电路得到（双）是单边共射放大电路（根据具体电路得到的单边电路）的增益。的单边电路）的增益。Aud（单）是（单）是1/2的单边共射放大电路的增益。根据具的单边共射放大电路的增益。根据具体的电路决定是同相放大还是反相放大。体的电路决定是同相放大还是反相放大。 差模输入电阻：差模输入电阻：Rid（双或单）都是（双或单）都是2倍的单边输入电阻。倍的单边输入电阻。差

48、模输出电阻：差模输出电阻：Rod（双）为（双）为2倍的单边输出电阻。倍的单边输出电阻。 Rod（单）为单边输出电阻。（单）为单边输出电阻。 3、共模放大特性：、共模放大特性：共模电压增益共模电压增益Auc：Auc（双）（双）=0; Auc（单）是单管共射放大电路（含有（单）是单管共射放大电路（含有射级电阻射级电阻2RE）的电压放大倍数。无论从哪个管输）的电压放大倍数。无论从哪个管输出都是反相放大。出都是反相放大。 共模输入电阻共模输入电阻Ric：Ric（双或单）都是（双或单）都是1/2的单管输入电阻（含有射级电的单管输入电阻（含有射级电阻阻2RE）。）。共模输出电阻：共模输出电阻： Roc（双

49、）为（双）为2 2倍的单边输出电阻倍的单边输出电阻。 Rod（单）为单管输出电阻。（单）为单管输出电阻。 4、传输特性传输特性（1）两管电流之和始终等于恒流源电流）两管电流之和始终等于恒流源电流I，差模输入，差模输入电压电压uid（ui1-ui2）仅控制）仅控制I在在ic1和和ic2之间的分配即之间的分配即ic1+ic2=I。uid=0，ic1=ic2=Iuid0，ic1增大，增大，ic2减小，减小，ic1max=I，ic2min=0。uidur，uo=+ UOHui ur，uo= UOL uiuoOur电压传输特性电压传输特性uiuoOururuouiR2R1+UCC-UEEuiuourR2

50、R1+UCC-UEE电压传输特性电压传输特性305 (1)输出高、低电平。输出高、低电平。它取决于集成运放正负电源电压它取决于集成运放正负电源电压或输出端的限幅电路；或输出端的限幅电路； 电压比较器传输特性曲线的电压比较器传输特性曲线的三个要素：三个要素：电压传输特性电压传输特性uiuoOur uiuoOur电压传输特性电压传输特性 (2)阈值电压阈值电压UT。它是使集成运放同相输入端和反相输它是使集成运放同相输入端和反相输入端电位相等时所对应的输入电压；入端电位相等时所对应的输入电压； (3) 跃变方向。跃变方向。它决定于输入电压是作用于集成运放反它决定于输入电压是作用于集成运放反相输入端，