理学集成电路运算放大器复习PPT学习教案

1、会计学1 理学集成电路运算放大器复习理学集成电路运算放大器复习 输 入 级 中 间 级 输 出 级 电流源电路 Ui Uo 第1页/共59页 第2页/共59页 馈)，便得到图62(b)所示的单 管电流源电路。图62(c)为该 电路等效的电流源表示法，图 中Ro为等效电流源的动态内阻。 利用图62(b)电路的交流等效 电路可以证明，Ro近似为 第3页/共59页 IC 0 IB UCE R1 R2 IC R3 U EE IC Ro (a)(b)(c) 图62单管电流源电路 (a)晶体管的恒流特性；(b)恒流源电路； (c)等效电流源表示法 第4页/共59页 )1 ( 3 3 Bbe ceo RRr

2、 R rR (61) 第5页/共59页 r CC r BECC r R U R UU I (62) 由于两管的e结连在一起，所以IB相同，IC也相同 。 由图可知 1 2 112 22 C rBrCC I IIIII (63) 第6页/共59页 UCC RrIr IC1 V1V2 IC2 图63 镜像电流源 第7页/共59页 因此可得 2 1 1 2 r C I I (63) 第8页/共59页 222111 RIURIU EBEEBE (64) 因为 1 2 2 1 21 21 2 2 2 1 1 1 lnln ln ln E E T E E TBEBE SS S E TBE S E TBE

3、I I U I I UUU II I I UU I I UU 所以 (65) 第9页/共59页 RrIr IC2 V2V1 R2 UCC UBE1UBE2 R1 IE2 IE1 IB1IB2 图64比例电流源 第10页/共59页 当两管的射极电流相差10倍以内时： mVU I I UUU T E E TBEBE 6010lnln 2 1 21 rC EE I R R I RIRI 2 1 2 2211 若11 ，则IE1Ir, IE2IC2,由此得出 (66) (65) 第11页/共59页 11 1 RR U RR UU I r CC r BECC r (67) 第12页/共59页 2 1 2

4、 21 2 2 ln)( 1 E ET BEBEE I I R U UU R I 当11时，IE1Ir，IE2IC2，由此可得 22 2 ln C r C T I I I U R (68) 第13页/共59页 RrIr IC2 V2V1 UCC R2 图65微电流电流源 第14页/共59页 kR12 10 1000 ln 1010 1026 6 3 2 如果UCC=15V，要使Ir=1mA,则Rr15k。 由此可见，要得到10A的电流，在UCC=15V时， 采用微电流电流源电路，所需的总电阻不超过27k。 如果采用镜像电流源，则电阻Rr要大到1.5M。 第15页/共59页 RrIr IC2 V

5、2 V1 UCC IE3 IC3 IC1 IB3 V3 图66 威尔逊电流源 第16页/共59页 2 2 1 1 33 3 3 3 321 3 131 23 1 , 2 CC CE ECCC C CBCr r BECC r BEBECC r II II IIII I IIII R UU R UUU I 又 (69) 若三管特性相同，则1=2=3=,求解以上各 式可得 rC II) 22 2 1 ( 2 3 (610) 第17页/共59页 利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动态内 阻 Ro为 ceo rR 2 (611) 第18页/共59页 管的集电极负载。由于该电流 源的动态内阻为rce3，

6、所以此时 V1管的电压增益只需将共射增 益表达式中的RC用rce3取代即可。 当实际负载RL通过射随器隔离 后接入，则该级放大器可获得 极高的电压增益。 第19页/共59页 (a)(b) UCC V3V2 uo V1 ui Rr UCC V3V2 IC1 V1 ui IC3IC2 uo I 图68有源负载放大器 (a)共射电路；(b)具有倒相功能的共射电路 第20页/共59页 第21页/共59页 第22页/共59页 UCC RC UC RB Uip 图69 放大器的零点漂移 第23页/共59页 第24页/共59页 UCC RC UC2 RL RC UC1 Ui1 Ui2 RE UEE V1V2

7、 Uo 图610 基本差动放大器 第25页/共59页 VUU BEE 7 . 0 则流过RE的电流I为 E EE E EEE R U R UU I 7 . 0)( (612) 第26页/共59页 7 . 0 2 1 121 121 2121 CQCCCECQEQE CQCCCQCQC QEQEQCQC RIUUUUU RIUUU IIIII 故有 第27页/共59页 模地端，即RE相当对地短路。 第28页/共59页 第29页/共59页 图611基本差动放大器的差模等效通路 Uod1 Uod2 RL 2 RL 2 V2V1 Uid1 Uid2 Uid RCRC Uod 第30页/共59页 212

8、1 2121 22 22 ididididid ododododod UUUUU UUUUU 输入差模电压为 所以 be L id od id od id od ud r R U U U U U U A 2 2 1 1 式中，RL=RC RL。可见，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。 2 1 第31页/共59页 单端输出时，则 be L ud id od id od ud be L ud id od id od ud r R A U U U U A r R A U U U U A 22 1 2 22 1 2 1 12 ( 1 11 ( 单） 单） 或 第32页/共

9、59页 be id id id id id r I U I U R2 2 1 3. 差模输出电阻差模输出电阻 双端输出时为 Cod Cod RR RR 单）( 2 单端输出时为 第33页/共59页 第34页/共59页 ic icoc ic oc uc U UU U U A 21 当电路完全对称时，Uoc1=Uoc2,所以双端输出 的共模电压放大倍数为零，即Auc=0。 第35页/共59页 RC Uoc2 RC Uoc1 Uic V1V2 Uoc 2RE2RE 图612 基本差动放大器的共模等效通路 第36页/共59页 单端输出时的共模电压放大倍数定义为 Ebe C ic oc ic oc uc

10、 ic oc uc ic oc uc Rr R U U U U A U U A U U A 2)1 ( 21 ( 2 ( 1 ( 单） 单）单） 或 由图414可得 通常满足(1+)2RErbe，所以上式可简化为 E C uc R R A 2 ( 单） 第37页/共59页 第38页/共59页 2)1 ( 2 1 2 1 Ebe ic ic ic ic ic Rr I U I U R 3.共模输出电阻共模输出电阻 单端输出时为 双端输出时为 Coc RR )(单 Coc RR2 )( 双 第39页/共59页 uc ud CMR A A K )(lg20dB A A K uc ud CMR KCM

11、R也常用dB数表示，并定义为 第40页/共59页 uc ud CMR A A K 第41页/共59页 22 2121 2 11 2121 1 22 22 icid iiii i icid iiii i UU UUUU U UU UUUU U 第42页/共59页 不难看出，差动电路相当输入了一对共模信号 2121 21 21 21 21 2 2 iiididid ii idid ic ii icic UUUUU UU UU U UU UU 和一对差模信号 根据定义，这时的差模输入电压为 第43页/共59页 EE TE EQ T be U UR I U r 2 )1 ()1 ( 与RE成正比。对于

12、单端输出，将上式代入 KCMR得： T EE CT LEE CMR U U RU RU K 22 ( 单） 第44页/共59页 化，这是我们不希望的。 第45页/共59页 第46页/共59页 RC UC2 RC UC1 Ui1 V1V2 Uoc UEE V3 UB3 R1 R2R3 Ui2 (a)(b) UCC RCRC Ui1 V1V2 Uo Ui2 UEE I UCC 图613具有恒流源的差动放大器电路 (a)用单管电流源代替RE的差动电路；(b)电路的简化表示 第47页/共59页 图613(a)电路的静态工作点，可按以下方法估算： CQCBECCQCEQCE CQCQC BER EC E

13、ER RIUUUU III R UU II U RR R U 121 321 3 33 21 2 2 1 2 2 第48页/共59页 RCRC iC1 uid V 1 V 2 uo UEE I iC2 UCC 图614 简化的差动放大器 第49页/共59页 【 例 3 】 电 路 如 图 6 1 5 所 示 , 设 UCC=UEE=12V,1=2=50, Rc1=Rc2=100k, RW=200, R3=33k, R2=6.8k, R1=2.2k, Rs1=Rs2=10k。 (1) 求静态工作点。 (2) 求差模电压放大倍数。 (3) 求RL=100k时, 差模电压放大倍数。 (4) 从V1管

14、集电极输出, 求差模电压放大倍数和共模抑 制比KCMR(设rce3=50 k)。 第50页/共59页 R2 Uo R1R3 V1V2 c1 c2 UCC UEE RW Rc 1 Rc 2 Rs 1 Rs 2 Ui 1 Ui 2 V3 图6 15 例3电路图 第51页/共59页 解解 (1) 静态工作点静态工作点: VUU RR R U EECCR 87. 524 8 . 62 . 2 2 . 2 )( 21 1 1 设UBE3=0.6V, 则 VUR27. 56 . 087. 5 3 所以 VRIUUU IIIIAIII AmA R U I ccCCcc cEcEEEE R E 410008.

15、 012 ,80 2 1 16016. 0 33 27. 5 1121 2211321 3 3 3 第52页/共59页 VmVRIUU A I II sBBB c BB 016. 01610106 . 1 6 . 1 50 80 46 1 1121 1 21 所以一般估算时, 认为UB0。 1211 1211 ()(0.60.016 )0.616 40.6164.6 EEBEB CECEcE UUUUVVV UUUUV 第53页/共59页 (2) 差模电压放大倍数: 2 )1 ( 1 1 11 W bes L ud R rR R A 其中 156 1 . 0519 .1610 10050 9

16、.16 08. 0 26 51300 26 )1 ( 1 1 1 ud E bb be cL A k I rr RR 第54页/共59页 (3) 当RL=100 k时： 52 1 . 0519 .1610 3 .3350 3 .3350/100 2 / 1 ud L cL A k R RR 第55页/共59页 (4) 当单端输出时(从V1管c1极输出): 2 )1 ( 2 1 1 W bes L ud R rR R A 单 kRRR LcL 50/ 其中 39 1 . 0519 .1610 5050 2 1 单ud A 单端输出时, 共模电压放大倍数为 )2 2 )(1 ( 311 o W bes L uc r R rR R A 单 第56页/共59页 式中 ce be o LcL r RRRr