CTGU Fundamental of Electronic Technology 6 模拟集成电路.

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1 CTGU Fundamental of Electronic Technology 6 模拟集成电路

2 内容 6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 6.2 差分式放大电路 6.3 差分式放大电路的传输特性 6.4 集成电路运算放大器
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 6.2 差分式放大电路 6.3 差分式放大电路的传输特性 6.4 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用电路的影响 6.6 变跨导式模拟乘法器

3 要求 掌握零点漂移及基本差动式放大器； 差动式放大器的传输特性； 集成运算放大器的电路构成； 集成运放的主要参数。

4 集成运放的特点 集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。 集成电路的优点： 集成电路的分类：  
集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。 集成电路的优点： 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。 集成电路的分类： 模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；  

5 集成电路内部结构的特点： 电路结构与元件参数具有对称性； 2. 用有源器件代替无源器件； 3. 在电路结构上，采用直接耦合方式；
4. 尽量用半导体三极管（或场效应管）代替电阻、电容和二极管等元件。

6 6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术  镜像电流源  微电流源  多路电流源  电流源作有源负载
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 在模拟集成电路中广泛使用各种电流源，为各种放大电路提供稳定的偏置电流，或作有源负载。  镜像电流源  微电流源  多路电流源  电流源作有源负载

7 1. 三极管电流源 三极管电流源电路如图所示，它是一个没有信号输入端的单口网络。其特点是直流电阻小，交流等效电阻很大。
由微变等效电路可算出其交流等效电阻为： 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 这是一个很大的值。

8 2. 镜像电流源 在图示镜像电流源电路中，T1和T2参数相同，且很大。 该电路具有恒流特性：
1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 无论Rc的值如何， IC2的电流值将保持不变。

9 2. 镜像电流源 交流电阻 由于T2的集电极电流基本不变。所以交流量 一般Ro在几百千欧以上

10 2. 镜像电流源 在镜像电流源电路中，当不是很大时， IC2与IREF就存在一定的差别。为弥补这一不足，在电路中接入三极管T3。 精度更高的镜像电流源： 由于增加了T3，减小了IB对IREF的分流作用，从而使IC2更加接近IREF。 为避免T3的电流过小，常在其射极加一电阻Re，使IE3增大。

11 3. 微电流源 在镜像电流源的T2管射极加一小电阻值的Re2就构成了微电流源。
由于T1、T2两管的VBE差值很小，因此只要一个较小阻值的Re2就可获得很小的电流IC2输出。

12 4. 多路电流源（比例电流源） 用一个基准电流来获得多个电流。 由图可得： 当较大时，有 各管的、VBE相同，则有： 故
当IREF确定后，改变各电流源射极电阻，就可获得不同比例的输出电流。

13 5. 电流源作有源负载 共射电路的电压增益为： 对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻， 因此增益为 比用电阻Rc作负载时提高了。
放大管 比用电阻Rc作负载时提高了。

14 6.2 差分式放大电路 6.2.0 概述 6.2.1 基本差分式放大电路 6.2.2 FET差分式放大电路
6.2 差分式放大电路 6.2.0 概述  直接耦合放大电路  零点漂移  差分式放大电路中的一般概念 6.2.1 基本差分式放大电路  电路组成及工作原理  抑制零点漂移原理  主要指标计算  几种方式指标比较 6.2.2 FET差分式放大电路 6.2.3 差分式放大电路的传输特性

15 6.2.0 概述 1. 直接耦合放大电路 2.直接耦合放大电路的零点漂移 电源电压波动也是原因之一 可以放大直流信号
概述 1. 直接耦合放大电路 可以放大直流信号 2.直接耦合放大电路的零点漂移 电源电压波动也是原因之一 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 输入短路时，输出仍有缓慢变化 的电压产生。 零漂： 主要原因： 温度变化引起，也称温漂。 温漂指标： 温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。

16 例如 假设 若第一级漂了100 uV， 则输出漂移 1 V。 若第二级也漂了100 uV， 则输出漂移 10 mV。 第一级是关键
10 mV+100 uV 漂移 1 V+ 10 mV 例如 假设 若第一级漂了100 uV， 则输出漂移 1 V。 漂了 100 uV 若第二级也漂了100 uV， 漂移 1 V+ 10 mV 则输出漂移 10 mV。 第一级是关键 3. 减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿 采用差分式放大电路

17 4. 差分式放大电路中的一般概念 差放 差放 差放 vid (a) (b) 差模信号 差模信号输出 + - vi1 vid vo + -
4. 差分式放大电路中的一般概念 差模等效输入方式 差放 + - vid (a) (b) 差模信号 差放 差模信号输出 + - vi1 + - vid + - vo + - vo1 共模信号 + - vi2 vo2 + - 共模信号输出 差模电压增益 差分式放大电路输入输出结构示意图 共模电压增益 共模等效输入方式 差放 + - vic 总输出电压 根据1、2两式又有 共模抑制比 反映抑制零漂能力的指标

18 基本差分式放大电路 1. 电路组成及工作原理 静态

19 1. 电路组成及工作原理 动态 大小相等，相位相反。 仅输入差模信号， 大小相等， 相位相反。 信号被放大。

20 2. 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。

21 3. 主要指标计算 （双入、双出交流通路） （1）差模电压增益 <A> 双入、双出 接入负载时 以双倍的元器件换取抑制零漂的能力

22 3. 主要指标计算 （1）差模电压增益 <B> 双入、单出 接入负载时

23 3. 主要指标计算 （1）差模电压增益 <C> 单端输入 等效于双端输入 指标计算与双端输入相同。

24 （2）共模电压增益 <A> 双端输出 共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。 所以 共模增益

25 （2）共模电压增益 <B> 单端输出 抑制零漂能力增强

26 （3）共模抑制比 （4）频率响应 双端输出，理想情况 单端输出 抑制零漂能力 越强 单端输出时的总输出电压
高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。

27 4. 几种方式指标比较 输出方式 双出 单出

28 （思考题） 4. 几种方式指标比较 输出方式 双出 单出

29 FET差分式放大电路 1. 电路组成 图6.2.10 2. 差模增益 与共源电路相同 3. 差模输入电阻

30 6.3 差分式放大电路的传输特性 传输特性：输出差模信号随输入差模信号变化的曲线。 利用be结的特性： 可求出： 图中纵坐标为

31 ？ 思 考 题 增加了Re 1. 若在基本差分式放大电路中增加两个电阻Re（如图所示）。则动态指标将有何变化？ 答： 双端输出差模增益
差模输入电阻 单端输出共模增益 共模输入电阻

32 ？ 思 考 题 2. 差分式放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系： vC1与vi1 反相 vC2与vi1 同相 vC1与vi2
vO与vi1 反相 vO与vi2 同相 3. 静态时，两个输入端是否有静态偏置电流？ end

33 6.4 集成电路运算放大器 6.4.1 简单的集成电路运算放大器 6.4.2 通用型集成电路运算放大器

34 概述简单的集成电路运算放大器 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角

35

36 集成运放的特点： 电压增益高 输入电阻大 输出电阻小

37 通用型集成电路运算放大器

38 简化电路

39 6.5 实际集成运放的主要参数和对应用电路的影响
实际运放的主要参数 1. 输入失调电压VIO 2. 输入偏置电流IIB 3. 输入失调电流IIO 4. 温度漂移 （1）输入失调电压温漂VIO / T （2）输入失调电流温漂IIO / T 5. 最大差模输入电压Vidmax

40 6.5.1 实际运放的主要参数 6. 最大共模输入电压Vicmax 7. 最大输出电流Iomax 8. 开环差模电压增益AVO
实际运放的主要参数 6. 最大共模输入电压Vicmax 7. 最大输出电流Iomax 8. 开环差模电压增益AVO 9. 开环带宽BW (fH) 10. 单位增益带宽 BWG (fT) 11. 转换速率SR

41 实际运放电路的误差分析 共模抑制比KCMR为有限值的情况 输入失调电压VIO、输入失调电流IIO 不为零时的情况

42 1. 共模抑制比KCMR为有限值的情况 同相比例运算电路 闭环电压增益 理想情况 越大，误差越小。 1. 从物理意义上解释低通电路
2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 闭环电压增益 理想情况 越大，误差越小。

43 2. VIO、IIO不为零时的情况 失调电压VIO：输入电压为零时，为使输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫失调电压VIO。
输入偏置电流IIB：当输出电压为零时，两个输入端静态电流的平均值，即： 若IBN>IBP，根据以上两式得出：

44 2. VIO、IIO不为零时的情况 输入为零时的等效电路

45 2. VIO、IIO不为零时的情况 解得误差电压: 当 时，可以 消除偏置电流 引起的 误差，此时 引起的误差仍存在。

46 2. VIO、IIO不为零时的情况 减小误差的方法 输入端加补偿电路 利用运放自带的调 零电路 end

47 6.6 变跨导式模拟乘法器 6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理
6.6 变跨导式模拟乘法器 变跨导式模拟乘法器的工作原理 变跨导式模拟乘法器是在带恒流源的差分式放大电路的基础上发展起来的，两者的差异在于乘法器的电流源iEE受输入电压vY的控制。 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角

48 由图可得： 而 由图可知 故 T3、T4是压控镜像电流源， 则 输出电压 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法
3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 T3、T4是压控镜像电流源， 则 输出电压

49 电路是由vY控制恒流源T3、T4的电流iEE，iEE的变化导致BJT T1和T2的跨导gm变化，因此该电路称为变跨导式模拟乘法器。
图中T1、T2的输出电压vO1接至由A组成的差分式电路的输入端，不仅将双端输入vO1转换为单端输出vO，同时又有抑制共模信号的作用。 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 同相或反相放大器的符号

50 该电路精度较差，特别是vY幅值较小时误差很大，而且vY必须为正值。虽然vX可正、可负，但电路只能作为二象限乘法器。
1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 同相或反相放大器的符号

51 6.6.2 模拟乘法器的应用 1、除法运算电路 v2 利用虚地有： 据乘法器的功能有： 由此可得：
模拟乘法器的应用 1、除法运算电路 v2 利用虚地有： 据乘法器的功能有： 由此可得： 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 只有当vX2为正极性时，才能保证运算放大器处于负反馈工作状态，而vX1可正可负，故属二象限除法器。若vX2为负值时，可在反馈电路中引入一反相电路。 分析：

52 输入电压vI必为负值。 若vI为正，将导致运放的反馈极性变正，使运放不 能正常工作，故必须将乘法器输出电压经反相后加到运放的输入端。
2、开平方电路 利用虚地有： 或 据乘法器功能有： 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 分析： 输入电压vI必为负值。 若vI为正，将导致运放的反馈极性变正，使运放不 能正常工作，故必须将乘法器输出电压经反相后加到运放的输入端。