集成电路与运算放大器课件.ppt

1、第第3 3章章 集成电路与运算放大器集成电路与运算放大器 集成电路集成电路:采用一定的制造工艺将晶体管、场效应管、二极管、采用一定的制造工艺将晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等许多元器件组成的具有特定功能的电路在同电阻和电容等许多元器件组成的具有特定功能的电路在同 一块半导体基片上，然后加以封装所构成的半导体器件。一块半导体基片上，然后加以封装所构成的半导体器件。集成电路的优点集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点（1）同一芯片上的元件是同一工艺制造出来的，故具有同相偏差。元件参数偏差方向一致，温度均一性好。（2）尽量采用三极管

2、代替电阻、电容和二极管等元件。大电阻，大电容常采用外接。按集成度划分：按集成度划分：小规模集成电路（0100个元件）中规模集成电路（1001000个元件）大规模集成电路（1000个元件以上）超大规模集成电路（十万个元件以上）模拟集成电路据应用划分：模拟集成电路据应用划分：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、模数和数模转换器、稳压电源等 集成电路的分类集成电路的分类：据功能来划分据功能来划分:模拟集成电路模拟集成电路 数字集成电路数字集成电路3.1 集成电路与运算放大器基础集成电路与运算放大器基础 3.1.1 3.1.1 集成工艺与集成元器件集成工艺与集成元器件 3.1

3、.2 集成运算放大器的组成、框图以及符号集成运算放大器的组成、框图以及符号 1.集成电路运算放大器的基本构成集成电路运算放大器的基本构成 运算放大器有三类封装形式：金属圆帽封装、双金属圆帽封装、双列直插封装和贴片列直插封装和贴片SOPSOP封装封装 2、封装形式和表示符号、封装形式和表示符号SO8(Plastic Micropackage)同相输入端：vo与vi的位相相同。反相输入端：vo与vi的位相相反。Aod：开环差模电压放大倍数。vi反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端vo=Aodvi v v+voAo国际符号国际符号国内符号国内符号Avdvv+3.2 集成运放的输入级集成运放的输入

4、级 集成运算放大器的输入级一般由差分放大器组成。集成运算放大器的输入级一般由差分放大器组成。差分放大器就其功能来说，是对差模输入信号具有放差分放大器就其功能来说，是对差模输入信号具有放大作用，而对共模输入信号具有抑制作用的放大器，大作用，而对共模输入信号具有抑制作用的放大器，由于其电路的性能优越，它是集成电路运算放大器的由于其电路的性能优越，它是集成电路运算放大器的主要组成单元。主要组成单元。对称对称3.2.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理 1、差分放大器的基本信号、差分放大器的基本信号 实际加到放大器两输入端的信号：电压往往为任意信实际加到放大器两输入端的信号：电压往往为任意

5、信号，号，22221211idiciiiiivvvvvvv22221212idiciiiiivvvvvvv 实际加到放大器两输入端的信号电压可分解为一对大小相等、实际加到放大器两输入端的信号电压可分解为一对大小相等、极性相同的共模信号和一对数值相等、极性相反的差模信号之和。极性相同的共模信号和一对数值相等、极性相反的差模信号之和。3.2 集成运算放大器的输入级集成运算放大器的输入级 3.2.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理 1、差分放大器的基本信号、差分放大器的基本信号 差模输入信号差模输入信号:放大器两个输入端的输入信号为一对大小相等，放大器两个输入端的输入信号为一对大小相等

6、，极性相反的输入信号电压，即：极性相反的输入信号电压，即：21idididvvv)(212121iiicicicvvvvv221idiivvv共模输入信号：放大器的两输入端分别输入一个大小相等，共模输入信号：放大器的两输入端分别输入一个大小相等，性相同的信号，即：性相同的信号，即：3.2.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理 1、差分放大器的基本信号、差分放大器的基本信号差模输出信号：放大器的两个输出端，输出大小相等，极性相差模输出信号：放大器的两个输出端，输出大小相等，极性相 反的输出信号，即：反的输出信号，即：221odododvvv21ooodvvv22121ooocococ

7、vvvvv共模输出信号：输出端输出大小相等，极性相同的输出信；即，共模输出信号：输出端输出大小相等，极性相同的输出信；即，Vi+Vo+放大电路放大电路 差差分分 放放大大+-vi1+-vi2iV=vA-+-vo 差模与共模信号：差模与共模信号：+-vidi2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号icVCidVDooo=vAvAvvv 总输出电压总输出电压2=idici1vvv 2vvvidici2=idoVD=vvA 差模电压增益差模电压增益icoVC=vvA 共模电压增益共模电压增益共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力反映抑制零漂能力VCVDCMR=

8、AAK 分析思路：叠加定理分析思路：叠加定理2=idi1vv 2=idi2vv ici1=vvici2=vv输出信号同样可以进行类似的分解输出信号同样可以进行类似的分解零点漂移的讨论零点漂移的讨论 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 零点漂移问题零点漂移问题可以放大直流信号可以放大直流信号#集成运算放大器要采用直接耦合集成运算放大器要采用直接耦合？零漂：零漂：输入短路时，输出仍有缓输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。慢变化的电压产生。主要原因：主要原因：温度变化引起，也称温度变化引起，也称温漂温漂。温漂指标：温漂指标：温度每升高温度每升高1 1度时，输出漂移电压按电压增益度时，输出漂移电压按

9、电压增益折算到输入端折算到输入端的等效输入漂移电压值。的等效输入漂移电压值。电源电压波动也是原因之一电源电压波动也是原因之一没有电容、变压器没有电容、变压器例如例如 100,=V1A若第一级漂移若第一级漂移100 uV，则输出漂移则输出漂移 10m V若第二级漂移若第二级漂移100 uV，则输出漂移则输出漂移 10 mV假设假设 第一级是关键！第一级是关键！。1=100,=V3V2AA 减小零漂的措施减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿 采用采用差分式放大电路差分式放大电路漂移漂移 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+10 mV漂移漂移

10、1 V+10 mVCH 10 Differential Amplifiers13Audio Amplifier ExampleAn audio amplifier is constructed above that takes on a rectified AC voltage as its supply and amplifies an audio signal from a microphone.14“Humming”Noise in Audio Amplifier Example However,VCC contains a ripple from rectification that

11、leaks to the output and is perceived as a“humming”noise by the user.15Supply Ripple RejectionSince both node X and Y contain the ripple,their difference will be free of ripple.invYXrYrinvXvAvvvvvvAv16Ripple-Free Differential OutputSince the signal is taken as a difference between two nodes,an amplif

12、ier that senses differential signals is needed.17Common Inputs to Differential AmplifierSignals cannot be applied in phase to the inputs of a differential amplifier,since the outputs will also be in phase,producing zero differential output.0YXrinvYrinvXvvvvAvvvAv18Differential Inputs to Differential

13、 AmplifierWhen the inputs are applied differentially,the outputs are 180 out of phase;enhancing each other when sensed differentially.invYXrinvYrinvXvAvvvvAvvvAv2CH 10 Differential Amplifiers19Differential SignalsA pair of differential signals can be generated,among other ways,by a transformer.Diffe

14、rential signals have the property that they share the same average value to ground and are equal in magnitude but opposite in phase.3.2.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理 1、差分放大器的基本信号、差分放大器的基本信号例1：已知已知 =2.02V，=1.98V，试求共模和差模输入电压。试求共模和差模输入电压。解：解：Vvvviiid04.098.102.221Vvvviiic2)98.102.2(21)(21211 iv2iv3.2.1 差分放大

15、电路的工作原理差分放大电路的工作原理 2、差分放大电路的工作原理、差分放大电路的工作原理 这个电路有两个输入端和两个输出端这个电路有两个输入端和两个输出端,有四种电路形式：有四种电路形式：双端输入双端输入-双端输出双端输出 双端输入双端输入-单端输出单端输出3.2.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理2、差分放大电路的工作原理、差分放大电路的工作原理单端输入双端输出单端输入双端输出单端输入单端输出单端输入单端输出理想情况下，单端输入只输入差模信号理想情况下，单端输入只输入差模信号3.2.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理 下面分析其工作原理下面分析其工作原理 1 1）

16、静态分析）静态分析 当当i1i20时时 12sEEBEEEoRRVVIiC1=iC2=IC=IO/23.2.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理2）动态分析：）动态分析：差分放大器对差模输入信号具有放大作用差分放大器对差模输入信号具有放大作用对共模信号具有抑制作用对共模信号具有抑制作用3.2.2 差分放大电路的基本性能分析差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的等效电、差分放大器的等效电路与半电路分析法路与半电路分析法 双端输入双端输出双端输入双端输出差模输入信号电压作用下：差模输入信号电压作用下：REE可视为短路可视为短路负载电阻负载电阻RL两端的增量电压等值两端的增量电压等

17、值反相，故负载中间的点对应的电反相，故负载中间的点对应的电位保持不变，即交流电位为位保持不变，即交流电位为0。3.2.2 差分放大电路的基本性能分析1、差分放大器的等效电路与半电路分析法、差分放大器的等效电路与半电路分析法 3.2.2 差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的等效电路与半电路分析法、差分放大器的等效电路与半电路分析法(2).差分放大器的差模性能分析分放大器的差模性能分析差模输入电阻差模输入电阻 ：2(Rs+rbe)差模输出电阻：差模输出电阻：双端输出：双端输出：2RC 单端输出：单端输出：RC3.2.2 差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的等效电路与半电路分析法、差

18、分放大器的等效电路与半电路分析法(2).差分放大器的差模性能分析差分放大器的差模性能分析差模电压增益：差分放大器的差差模电压增益：差分放大器的差模输出电压对差模输入电压的比模输出电压对差模输入电压的比值值 besLdrRRA1122oddodididvAv双端输出时的差模电压增益与单双端输出时的差模电压增益与单个共发射极放大电路的增益相同个共发射极放大电路的增益相同3.2.2 差分放大电路的基本性能分析差分放大电路的基本性能分析 2.差分放大器的差模性能分析差分放大器的差模性能分析(2).差分放大器的差模性能分析差分放大器的差模性能分析差模电压增益：差模电压增益：单端输出时单端输出时 若不接若

19、不接RL则单端输出时的则单端输出时的电压增益为电压增益为 122()odLdidbesvRAvrR 122()tdctdbesARArR单端输出时的差模电压增益单端输出时的差模电压增益为单个共发射极放大电路的为单个共发射极放大电路的增益的一半增益的一半3.2.2 差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的等效电路与半电路分析法、差分放大器的等效电路与半电路分析法（3）差分放大器的共模性能分析）差分放大器的共模性能分析 流经流经REE的电流等于原静态电流的电流等于原静态电流Io与与2倍的增量电流倍的增量电流iC之和之和;半边电路三极管发射极相半边电路三极管发射极相当于接入当于接入2REE；双端

20、输出的条件下，集电双端输出的条件下，集电极两端输出的交流电压大极两端输出的交流电压大小相等，方向相同，通过小相等，方向相同，通过RL的电流为零，的电流为零，RL等效为开路。等效为开路。3.2.2 差分放大电路的基本性能分析差分放大电路的基本性能分析 2.差分放大器的差模性能分析差分放大器的差模性能分析（3）差分放大器的共模性能分析）差分放大器的共模性能分析 共模电压增益共模电压增益Ac单端单端EEbescicoccRrRRA1211EEccRRA21120ocococcicicA因因2（1）REERsrbe，故故双端双端3.2.2 差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的等效电路与半电路分

21、析法、差分放大器的等效电路与半电路分析法（3）差分放大器的共模性能分析）差分放大器的共模性能分析 共模输入电阻共模输入电阻Ric：Ric定义为共模输入电压定义为共模输入电压ic与一个输入端的共模输入电流与一个输入端的共模输入电流ibc之比。之比。EEbesicRrRR12EER)1(2共模输出电阻：共模输出电阻：是指从共模输出端口看进出的电阻是指从共模输出端口看进出的电阻 2occRR3.2.2 差分放大电路的基本性能分析差分放大电路的基本性能分析 2、共模抑制比、共模抑制比 定义为差分放大器的差模电压增益与共模电压增益之比定义为差分放大器的差模电压增益与共模电压增益之比的绝对值的绝对值 sb

22、eEEEEcbescCMRRrRRRrRRK2)(2icidCMRAAK双端输出时，共模增益为双端输出时，共模增益为0 0，其共模抑制比为无穷大；，其共模抑制比为无穷大；()20logidCMRicAKdBA单端输出时，单端输出时，(RL开路)3.2.2 差分放大电路的基本性能分析2、共模抑制比、共模抑制比 提高共模抑制比的主要方提高共模抑制比的主要方法是增大法是增大REE EECMRbesRKrR用恒流源来代替用恒流源来代替REE恒流源：直流电阻较小而恒流源：直流电阻较小而 动态电阻极大动态电阻极大12sEEBEEEoRRVVI3.2.2 差分放大电路的基本性能分析差分放大电路的基本性能分析

23、小结：小结：差模特性：差模特性：双端输出双端输出差模增益：差模增益：单端输出单端输出 12()LdsbeRARr()LdsbeRARr 2LCLRRR/LCLRRR/差模输入电阻与输入端差模输入电阻与输入端 的连接方式无关。的连接方式无关。2(Rs+rbe)差模输出电阻差模输出电阻 双端输出双端输出:为两共发放大器输出为两共发放大器输出 电阻之和电阻之和 2RC 单端输出单端输出:为共发放大器的为共发放大器的 输出电阻输出电阻 RC3.2.2 差分放大电路的基本性能分析差分放大电路的基本性能分析小结：小结：双端双端共模性能：共模性能：共模电压增益共模电压增益 单端单端2(1)icEERR2oc

24、cRR0cA121ccsbeEERARrRCMRK EECMRbesRKrR共模输入电阻共模输入电阻n共模输出电阻共模输出电阻举例举例P153例321测试测试选择填空选择填空 1.差分放大电路中，当差分放大电路中，当Vs1=300mV，Vs2=200mV时，分时，分解为共模输入信号解为共模输入信号Vsc=，差模输入信号，差模输入信号Vsd=。a.500mV b.100mV c.250mV d.50mV 3.在单端输出差分放大电路中，差模电压增益在单端输出差分放大电路中，差模电压增益AVd=50，共模，共模电压增益电压增益AVc=0.5，若输入电压，若输入电压Vs1=80mV，Vs2=60mV，

25、输出，输出电压电压Vo2=。a.1.035V b.0.965V c.0.965V d.1.035VVo2=AvdVsd+AvcVsc =5020mv 0.570mv=1000mv-35mv 2.差分放大电路中，当差分放大电路中，当Vs1=200mV，Vs2=0mV时，分解为共时，分解为共模输入信号模输入信号Vsc=，差模输入信号，差模输入信号Vsd=。3.2.3 差分放大电路的传输特性差分放大电路的传输特性 差模传输特性是指输出差差模传输特性是指输出差模电流模电流(双端输出电流或单端双端输出电流或单端输出电流输出电流)随差模输入电压变随差模输入电压变化的特性。化的特性。1.差模传输特性函数的引

26、入差模传输特性函数的引入TBEVSCeIi11TBEVSCeIi223.2.3 差分放大电路的传输特性差分放大电路的传输特性 通过发射极的电流通过发射极的电流I0)1()1()1(11121210!2TidTBEBEVvCVvvCCCCCCeieiiiiiiI)2(2121001TidCVvthIIi)2(2121002TidCVvthIIi)2(021TidCCVvthIii双端输出双端输出3.2.3 差分放大电路的传输特性差分放大电路的传输特性 传输特性曲线传输特性曲线当当id=0时，为时，为Q点点（I02）mVVvTid26当当|id|4VT=104mV时，一管时，一管将趋于截止，将趋于

27、截止，I0几乎全部流入另几乎全部流入另一管，曲线进入限幅区。一管，曲线进入限幅区。在在Q点附近点附近，曲线近似看曲线近似看成为一段直线，成为一段直线，线性的线性的范围范围3.2.4 差分放大电路的失调差分放大电路的失调 与温度漂移特性与温度漂移特性 失调：失调：电路两边存在着不对称，使得零输入时电路两边存在着不对称，使得零输入时(即静态时即静态时)双端双端 输出不等于零。输出不等于零。1、输入失调电压、输入失调电压输入时输入时(即静态时即静态时)双端输出电压等于双端输出电压等于/IOodVVA21BQBQIOIIIoV2、输入失调电流、输入失调电流为使为使ICQ1=ICQ2，就必须在输入端引入

28、电流，使相应的就必须在输入端引入电流，使相应的IBQ1IBQ2。这两个电流的差值就是输入的失调电流。这两个电流的差值就是输入的失调电流。3.2.4 差分放大电路的失调差分放大电路的失调 与温度漂移特性与温度漂移特性 3、失调模型和调零电路、失调模型和调零电路 /IOodVVA21/IOBBQIII22/IOBBQIII21BQBQIOIII 若取若取 221/)(BQBQBIII3.2.4 差分放大电路的失调差分放大电路的失调 与温度漂移特性与温度漂移特性3、失调模型和调零电路、失调模型和调零电路3.2.4 差分放大电路的失调差分放大电路的失调 与温度漂移特性与温度漂移特性4、VIO和和IIO

29、的温漂的温漂:当环境温度、当环境温度、电源电压等外界因素变化时电源电压等外界因素变化时,引起引起VIO和和IIO的漂移的漂移 VIO和和IIO随温度的变化率均分别随温度的变化率均分别与与VIO和和IIO成正比。成正比。调零电路的调零不可能跟踪温调零电路的调零不可能跟踪温度的变化，因此，调零电路可度的变化，因此，调零电路可以克服失调，但不能消除温漂。以克服失调，但不能消除温漂。3.3 3.3 集成运算放大器的偏置与负载集成运算放大器的偏置与负载 3.3.1 基本电流源基本电流源 RVVIIBECCR0112112CCBBCBECCRIIIIIRVVIRCII21I0如同如同IR的镜像，所以此电路

30、叫做镜像电流源。的镜像，所以此电路叫做镜像电流源。CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors47Concept of Current MirrorThe motivation behind a current mirror is to sense the current from a“golden current source”and duplicate this“golden current”to other locations.CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors48Bipolar Current Mirror

31、CircuitryThe diode-connected QREF produces an output voltage V1 that forces Icopy1=IREF,if Q1=QREF.REFREFSScopyIIII,1CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors49Bad Current Mirror Example IWithout shorting the collector and base of QREF together,there will not be a path for the base currents to flow,th

32、erefore,Icopy is zero.CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors50Bad Current Mirror Example IIAlthough a path for base currents exists,this technique of biasing is no better than resistive divider.CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors51Multiple Copies of IREFMultiple copies of IREF can be generated

33、at different locations by simply applying the idea of current mirror to more transistors.REFREFSjSjcopyIIII,CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors52Current ScalingBy scaling the emitter area of Qj n times with respect to QREF,Icopy,j is also n times larger than IREF.This is equivalent to placing n

34、unit-size transistors in parallel.REFjcopynII,CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors53Example:Scaled Current 54Fractional ScalingA fraction of IREF can be created on Q1 by scaling up the emitter area of QREF.REFcopyII31CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors55Example:Different Mirroring Ratio Using

35、 the idea of current scaling and fractional scaling,Icopy2 is 0.5mA and Icopy1 is 0.05mA respectively.All coming from a source of 0.2mA.CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors56Mirroring Error Due to Base Currents111nnIIREFcopyCH 9 Cascode Stages and Current Mirrors57Improved Mirroring AccuracyBecau

36、se of QF,the base currents of QREF and Q1 are mostly supplied by QF rather than IREF.Mirroring error is reduced times.1112nnIIREFcopyCH 9 Cascode Stages and Current Mirrors58Example:Different Mirroring Ratio Accuracy 222115410154REFcopyREFcopyIIIICH 9 Cascode Stages and Current Mirrors59PNP Current

37、MirrorPNP current mirror is used as a current source load to an NPN amplifier stage.CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors60Generation of IREF for PNP Current MirrorCH 9 Cascode Stages and Current Mirrors61Example:Current Mirror with Discrete DevicesLet QREF and Q1 be discrete NPN devices.IREF and

38、Icopy1 can vary in large magnitude due to IS mismatch.3.3.2带缓冲级的镜像电流源带缓冲级的镜像电流源 R IC2 RL+VCC T2 IC1 T1 IREF RVIIIICCREFREFC1C221=R IC2 RL+VCC T2 IC1 T1 IREF T3 IB3 2IB1 R IC2 RL+VCC T2 IC1 T1 IREF T3 IB3 2IB1 Re3 问题问题若若 较小，则分流造成较小，则分流造成的误差不能忽略！的误差不能忽略！为了避免为了避免T3的电流较大使得的电流较大使得T1 T2基极基极电电流太大常常加入电阻流太大常

39、常加入电阻Re3，进行分流进行分流 B1REFB3REFC1I2IIII 对对T1的的C点列点列KCL方程：方程：REFREFC1C221=IIII2 RVRV2VICCBE1CCREF 3.3 3.3 集成运算放大器的偏置与负载集成运算放大器的偏置与负载 3.3.3 比例电流源比例电流源 在镜像电流源的两管发射极上串接在镜像电流源的两管发射极上串接同阻值的电阻，如图同阻值的电阻，如图 222111RIVRIVEBEEBEoCTCOIIRVRRII12211lnOCTCIIVRI111ln21211RRIRRIIRCO212121ccTcTcTBEBEiiVIsiVIsiVvvlnlnlnTB

40、EVSCeIi 3.3.4微电流源微电流源 R IC2 RL+VCC T2 IC1 T1 IREF RVIIIICCREFREFC1C221=R IC2 RL+VCC T2 IC1 T1 IREF Re2 思路：产生思路：产生 A级电流级电流例如：例如：VCC=10V，IC2=1 A，则则 R=10M。需需占用硅片面积大占用硅片面积大e2BE2BE1RVV E2C2II)10k10mV(e2BE RV解决方法：。解决方法：。TVvIIBEeSE SEBElnIIVvT E2E1e2e2BE2BE1E2C2lnIIRVRVVIIT (1)ln C2REFe2C2IIRVIT(2)CCREFRVI

41、 例：已知例：已知VCC=15V，IR=1mA，IC2=20 A，VBE1=0.7V，则由则由(2)得得R=15k；由由(1)得得Re2=5k。计算方法：计算方法：3.3 3.3 集成运算放大器的偏置与负载集成运算放大器的偏置与负载 3.3.5 3.3.5 具有有源负载的共发射极放大器具有有源负载的共发射极放大器 在共射极（共源）放大电路中，在共射极（共源）放大电路中，为了提高放大器的放大倍数，用为了提高放大器的放大倍数，用电流源作有源负载，如图电流源作有源负载，如图 T1的集电极电阻由的集电极电阻由T2来取代，来取代，流过流过T1集电极的电流由通过集电极的电流由通过T3管管的参考电流的参考电

42、流IR来设定，来设定，T1为放大为放大管，管，T2和和T3为镜像电流源，为镜像电流源，T2是是T1有源负载有源负载，基准电流基准电流 RVVIBECCR33.3 3.3 集成运算放大器的偏置与负载集成运算放大器的偏置与负载 3.3.5 3.3.5 具有有源负载的共发射极放大器具有有源负载的共发射极放大器 共射极放大器的交流等效电共射极放大器的交流等效电路如图所示，故其电压放大路如图所示，故其电压放大倍数为倍数为 1211)/(beSLcecerRRrrA说明说明T1管的动态电流管的动态电流1ib几乎全部流向负载，有源几乎全部流向负载，有源负载使共发射极的电压放负载使共发射极的电压放大倍数得到提

43、高。大倍数得到提高。CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors67Derivation of Voltage GainBy representing a linear circuit with its Norton equivalent,the relationship between Vout and Vin can be expressed by the product of Gm and Rout.outminoutoutinmoutoutoutRGvvRvGRivCH 9 Cascode Stages and Current Mirrors68Exa

44、mple:Voltage Gain 11 OmvrgA69Comparison between Bipolar Cascode and CE StageSince the output impedance of bipolar cascode is higher than that of the CE stage,we would expect its voltage gain to be higher as well.CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors70Voltage Gain of Bipolar Cascode AmplifierSince

45、rO is much larger than 1/gm,most of IC,Q1 flows into the diode-connected Q2.Using Rout as before,AV is easily calculated.)|(211111rrgrgAgGOmOmvmm3.4 集成运算放大器的中间放大级电路集成运算放大器的中间放大级电路 在集成运放放大器中，通常把输入级与输出级之间的在集成运放放大器中，通常把输入级与输出级之间的电路通称为中间级放大器，承担三项基本的功能：电路通称为中间级放大器，承担三项基本的功能：一、能够提供足够高的电压增益；一、能够提供足够高的电压增益；

46、二、进行直流电平的移动，保证在输入为零电平时输出也为二、进行直流电平的移动，保证在输入为零电平时输出也为 零电平；零电平；三、完成双端输出变单端输出的功能。三、完成双端输出变单端输出的功能。CH 10 Differential Amplifiers72Differential Pair with Active LoadThe input differential pair decreases the current drawn from RL by I and the active load pushes an extra I into RL by current mirror action;

47、these effects enhance each other.CH 10 Differential Amplifiers73Active Load vs.Static LoadThe load on the left responds to the input signal and enhances the single-ended output,whereas the load on the right does not.iC1=iC3v0I0viT4T3T2T1+VCCIC4IC2IC3IC1i0-VEE3.4.1双端变单端电路双端变单端电路这样差模电压引起的这样差模电压引起的T1，T

48、2集集电极电流的增量全部输出给负电极电流的增量全部输出给负载，与双端输出相同。载，与双端输出相同。输入差模信号输入差模信号i0=iC4-iC2=iC1-iC2=2 iC输入共模信号输入共模信号iC1ICQi，iC2ICQi iC1ICQi，iC2ICQi iC4=iC3=iC1i0=iC4-iC2=iC1-iC2=0采用有源负载，使单端输出具有双端输出的增益采用有源负载，使单端输出具有双端输出的增益3.4 集成运算放大器的中间放大级电路集成运算放大器的中间放大级电路3.4.1 双端变单端电路双端变单端电路 进一步分析该电路的差模性能：进一步分析该电路的差模性能：由于两边电路不对称，因而由于两边

49、电路不对称，因而不能直接采用前面介绍的半不能直接采用前面介绍的半电路分析法。电路分析法。3.4 集成运算放大器的中间放大级电路集成运算放大器的中间放大级电路3.4.1 双端变单端电路双端变单端电路当当RL无穷大时，由图求得差分放大器的输出电压无穷大时，由图求得差分放大器的输出电压 bececeidoddrrrvvA)/(23上式表明该为同相放大器，其数值与有源负载共发放大器相同。上式表明该为同相放大器，其数值与有源负载共发放大器相同。3.4 集成运算放大器的中间放大级电路集成运算放大器的中间放大级电路3.4.2 电平移动电路电平移动电路 集成运算放大器的级与级之间是采用直接耦合方式的集成运算放

50、大器的级与级之间是采用直接耦合方式的 输入为零电平时输出不能保持零电平，为了使输出保输入为零电平时输出不能保持零电平，为了使输出保持为零电平，需要进行电平移动，电平移动的作用就是持为零电平，需要进行电平移动，电平移动的作用就是要把升高的电平降低或者把降低的电平升高，达到输出要把升高的电平降低或者把降低的电平升高，达到输出为零电平的目的为零电平的目的 3.4 集成运算放大器的中间放大级电路集成运算放大器的中间放大级电路3.4.2 电平移动电路电平移动电路1、电阻分压式电平移、电阻分压式电平移动电路动电路 直流直流交流交流12122VRRRV12122vRRRv3.4 集成运算放大器的中间放大级电