模电模拟集成电路PPT课件

1、 复合管电路 组合放大电路集成电路的特点集成电路的特点 集成电路中常用的电路组态集成电路中常用的电路组态 参数具有对称性 有源器件代替无源元件 复合结构电路二极管作温度补偿元件和电平移动电路第1页/共83页 集成电路的特点集成电路的特点N+P+PP P+P+P+N+PPNNNN+N+Alceb二极管电阻 三极管第2页/共83页 集成电路的特点集成电路的特点P+ISOP+ISOP+ISOP+ISOP+P+N+P+P+N+P+N+N+P SubstrateP+ Isolation=20mAl/Si(1%)=11kAN+ Emitter=2.5mN+ Buried Layer=4.5mN+ Buri

2、ed Layer=4.5mN EPI=17mP Base=3mVertical PNPLateral PNPNPNbeeeeecccbbcc第3页/共83页 集成电路的特点集成电路的特点N+P WellP-Channel P+N+P+P+N+N+P+Tgox=900A2m10mImetal=2mN-Channel Si3N4SO2=0.8mN SubstrateTrkldox=1.15m mgdssgd第4页/共83页 集成电路(IC)中单个元器件精度不很高，参数随温度漂移较大，但在同一芯片上用相同工艺制造出的元器件性能一致性好，芯片上同一类元器件温度特性也基本一致。如果做成对称电路对称电路或

3、补偿回路，则电路的热稳定性相当好。 集成电路的特点集成电路的特点1. 电路结构与元器件参数具有对称性第5页/共83页 IC中由于用 P 或 N 型半导体材料作电阻，阻值有一定限制，一般几十W W到几十kW W之间，太高太低都会因占芯片面积过大而不易制造。常用占用面积小且性能好的MOS、BJT管等有源器件构成电流源替代大电阻。大电容也不易制造，常用PN结电容或SiO2绝缘层构成小电容，一般VBE , 故 IREF 取决于VCC和R，电流源电流源1. 镜像电流源ccV1TRBIC1IREFI2TcRC2I2BIIC1的 T 不敏感性原理：CCBECCREF=VVVIRRTh h 1 1h h IC

4、1h hIREFh hVBE1i iIC1i iIB1i iIC1维持稳定！与PN结特性（T 敏感）基本无关！ IREF为恒定！第16页/共83页恒流特性：BE2BE1E2E1CCC2C1REF=VVIIVIIIRIC2取决于VCC和R，与PN结的特性（T 敏感）基本无关！电流源电流源1. 镜像电流源ccV1TRBIC1IREFI2TcRC2I2BIT镜像对称！镜像对称！思考：T2 的 Q 点必须处于什么区域ccVR2TcRC2IBI思考：如图所示电路IC2稳定性如何通过自动调节通过自动调节VBE获得稳定获得稳定第17页/共83页oTT=rVI由于T2的集电极电流基本不变。所以交流量：0T I

5、实际上，一般ro在几百千欧以上电流源电流源1. 镜像电流源交流电阻：ccV1TRBIC1IREFI2T2BITITVorTToTT=VVrII 镜像电流源的恒流特性要求：交流电阻尽量大(Why) 、 T稳定性高！第18页/共83页由于增加T3，使IC3更接近kIREF电流源电流源1. 镜像电流源精度更高更稳的镜像电流源ccV1TRB2IC1IREFI2TcRC2IBI3TC3I镜像电流源大交流电阻，对T3起射极偏置电阻作用（强反馈稳Q），当然输出交流电阻更高，恒流特性更好，温度稳定性更高！第19页/共83页BE1BE2BEC2E2e2e2VVVIIRR由于 VBE很小，故 IC2也很小电流源电

6、流源2. 微电流源ccV1TRBIC1IREFI2Te2RC2I2BE1VBE2V第20页/共83页电流源电流源3. 多路电流源ccV1TRREFI3Te3R2TC3IC2I4T6T5Te3RC6IC5I试指出该电路的镜像电流源和微电流源。第21页/共83页共射电路电压增益为：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就作负载时提高了。电流源电流源4. 电流源作有源负载ocLVibe()=VRRAVr LVbe=RArccV3TRREFI2T1TLRiVoVBBV放大管 镜像电流源第22页/共83页电流源电流源1. MOSFET镜像电流源SSV1T2TPMOSREFIRd

7、Rd2IDDVSSV1T2TNMOSREFIRdRd2IDDVsgdGSv第23页/共83页电流源电流源1. MOSFET镜像电流源SSV1T2TNMOSREFIRdRd2IDDVsgdGSvSSV1T2TNMOSREFIdRd2IDDVsgdGSv0T第24页/共83页电流源电流源2. MOSFET多路电流源GSvSSV1TNMOSREFIDDV0T2Td2Isgd3Td2I4Td2I第25页/共83页电流源电流源3. JFET电流源SSV1TDIRDDVGSDSvvsgdSSV1TDIRDDVgdsGS0viD/mAPV OGS0VViD/mAUDS/V0.2V0.4V0.6V816电阻区

8、电阻区饱和区饱和区第26页/共83页 电路结构 静态分析差分放大电路的概念差分放大电路的概念 基本差分式放大电路基本差分式放大电路 直接耦合放大电路 共模和差模 共模抑制比 动态分析 基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算 基本差分式放大电路的传输特性基本差分式放大电路的传输特性 基本差分放大电路的改进基本差分放大电路的改进 二等分定理 参数计算 抑制零点漂移第27页/共83页可以放大直流信号零点漂移问题零点漂移问题一般集成运算放大器都要采一般集成运算放大器都要采用直接耦合方式，用直接耦合方式，Why？主要原因：温度变化引起，也称温漂零漂：输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产

9、生温漂指标：温度每升高1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1. 直接耦合放大电路差分放大电路的概念差分放大电路的概念ccVe2Re3Rc2Rc1Rb1Roviv3T2T1T电源电压波动也是原因之一第28页/共83页例：假设V2V3=100, =1 AA。 若第一级漂了100mV，则输出漂移1 V。 若第二级也漂了100mV，则输出漂移 10 mV。1. 直接耦合放大电路差分放大电路的概念差分放大电路的概念V1=100, A第一级是关键ccVe2Re3Rc2Rc1Rb1Roviv3T2T1T漂移1V+10mV 漂移1V+10mV 漂了100m mV 漂移10mV+100m

10、 mV 需采用低噪声低温漂差放第29页/共83页A1vivo103A2vivo105增加了Re电压增益输出漂移电压均为 200 mV输出漂移电压均为 200 mV输入端漂移电压为 0.2 mV输入端漂移电压输入端漂移电压输入端漂移电压为 0.002 mV第30页/共83页差分放大电路的概念差分放大电路的概念2. 什么是差放？差动放大器ovo2vo1vi1vidvi2vCCVoI2bi2vEEVi1vo1vo2v1be1R2RT1T2 取取 vo= vo1 vo2，则：，则：（1）vi1 、 vi2大小相等方向大小相等方向相同时，相同时， vo= 0；（2）vi1 、 vi2大小相等方向大小相等

11、方向相反时，相反时， vo 0；只能够放大差信号！第31页/共83页差分放大电路的概念差分放大电路的概念vid：差模信号差模信号1idi1i22= ()vvv信号分解类型与定义：3. 共模和差模差动放大器ovo2vo1vi1vidvi2vidi1i2vvv信号差/自有信号差模信号输入对称电路后一分为二：差放idvidvidvNN差放idvNNidvidv大小相等方向相反第32页/共83页差分放大电路的概念差分放大电路的概念vid：差模信号差模信号1idi1i22= ()vvv信号分解类型与定义：3. 共模和差模差动放大器ovo2vo1vi1vidvi2vidi1i2vvvvic：共模信号1ic

12、i1i22= ()vvv平均信号/共有信号icvicv差动放大器idvidvidv第33页/共83页差分放大电路的概念差分放大电路的概念vid：差模信号差模信号1idi1i22= ()vvv信号分解类型与定义：3. 共模和差模差动放大器ovo2vo1vi1vidvi2vidi1i2vvvvic：共模信号1ici1i22= ()vvvicvicv差动放大器idvidvidv差模电压增益odi1i2VDVD id=()vvvAA v1oci1i2VCVC ic2= ()vvvAA v共模电压增益总输出电压：oVD idVC ic=vA vA v第34页/共83页差分放大电路的概念差分放大电路的概念

13、共模抑制比反映抑制零漂能力的指标VDCMRVC=AKAVDCMRVC=20lg(dB)AKA有时用对数表达：4. 共模抑制比第35页/共83页基本差分式放大电路基本差分式放大电路1. 电路（vi1= vi2 = 0）2. 静态分析C1C2C01=2IIIICE1CE2CCCCECCCC=( 0.7)VVVI RVVI R CB1B2IIICCVEvoI2b2Ti2v1TEEVi1vovc1vc2v1borc1ic2iec1Rc2R第36页/共83页 仅输入差模信号，vi1 和 vi2大小相等但反相。则 vc1 和 vc2 大小相等且反相，故 vo= vc1-vc20，差分信号被放大！基本差分式

14、放大电路基本差分式放大电路3. 动态分析CCVEvoI2b2Ti2v1TEEVi1vovc1vc2v1borc1ic2iec1Rc2R 仅输入共模信号，vi1 和 vi2大小相等但同相。则 vc1 和 vc2 大小相等且同相，vo= vc1-vc2= 0，共模信号被抑制！ 若输入信号含共、差模分量，需分别提取分析计算第37页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算1. 二等分定理（A. 差模输入）1vv1vN/2N/22vnvi2vv 1vN/2N/22vnvi1vvN/2N/2i2vv i拆分电路，方便分析第38页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大

15、电路的参数计算1. 二等分定理（B. 共模输入）1vv1iN/2N/22inii2vv1iN/2N/22inii1vvN/2N/2i2vvi拆分电路，方便分析第39页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(1) 双端输入、双端输出CCVEvoI2b2Ti2v1TEEVi1vovo1vo2v1borc1ic2iec1Rc2RLR2b2Ti2v1Ti1vovo1vo2v1bc1ic2iec1Rc2Ro2ro2r1L2R1L2R第40页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(1) 双端输入、双

16、端输出o2ro2r2b2Ti2v1Ti1vovo1vo2v1bc1ic2iec1Rc2R1L2R1L2Rc1Ro1vi1id2vv1T1L2Rb1Io1V1bbe1r1cec1Ib1Ic1Ri1V1L2R第41页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(1) 双端输入、双端输出oo1o2vdidi1i2o1o1Li1i1be=22vvvAvvvvvRvvr b1Io1V1bbe1r1cec1Ib1Ic1Ri1V1L2R2b2Ti2v1Ti1vovo1vo2v1bc1ic2iec1Rc2R1L2R1L2R差模！差模！Avd与半边放大电路同第42

17、页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(1) 双端输入、双端输出idrb1b2i1i1idb1b1i1b1be1()=22vvvvriivir 2b2Ti2v1Ti1vovo1vo2v1bc1ic2iec1Rc2R1L2R1L2Rb1ib1Io1V1bbe1r1cec1Ib1Ic1Ri1V1L2RDouble！第43页/共83页1L2R基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(1) 双端输入、双端输出oo1c=22rrR2b2Ti2v1Ti1vovo1vo2v1bc1ic2iec1Rc2R1L2R

18、1L2Rb1ib1Io1V1bbe1r1cec1Ib1Ic1Ri1Vo1rDouble！第44页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(2) 双端输入、单端输出CCVoI2b2Ti2v1TEEVi1vovo1vo2v1borc1ic2iec1Rc2R2b2Ti2v1Ti1vov1bc1iec1Rc2Ro2ro2r第45页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(2) 双端输入、单端输出b1Io1V1bbe1r1cec1Ib1Ic1Ri1VLRo2ro2r2b2Ti2v1Ti1vov1bc1

19、iec1Rc2Rc1vdbe12RAr idbe12rroo1crrRHalf！Unchanged！Half！思考: 从T2输出, Avd怎样变化? 接负载后怎样计算?第46页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(3) 单端输入、双端输出CCVEvoI2b2T1TEEVi1vovo1vo2v1borc1ic2iec1Rc2RLR2b2T1Ti1vovo1vo2v1bc1ic2iec1Rc2RorLR第47页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(3) 单端输入、双端输出2b2T1idi

20、c2vv1T1idic2vvovo1vo2v1bc1ic2iec1Rc2Ror1L2R1L2R2b2T1Ti1vovo1vo2v1bc1ic2iec1Rc2RorLR差分信号分析与双入双出完全相同, Avd、rid、ro均不变, 但含共模信号, 输出电压有差异 !第48页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态差模）(4) 单端输入、单端输出CCVoI2b2T1TEEVi1vovo1vo2v1borc1ic2iec1Rc2R2b2T1Ti1vovo2v1bc1ic2iec1Rc2Ror第49页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路

21、的参数计算2. 参数计算（动态差模）(4) 单端输入、单端输出2b2T1idic2vv1T1idic2vvovo2v1bc1ic2iec1Rc2Ror差分信号分析与双入单出完全相同 (Avd、rid、ro)，但含共模信号, 输出电压有差异 !2b2T1Ti1vovo2v1bc1ic2iec1Rc2Ror第50页/共83页i2icvv1Ti1icvvo1v2b2T1To2v1bc1ic2iec1Rc2Ro2ro2rovLR基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态共模）(1) 双端输出CCVoI2b2TEEVo2v1borc1ic2iec1Rc2RovLREvi

22、2icvv1Ti1icvvo1vEv第51页/共83页i2icvv1Ti1icvvo1v2b2T1To2v1bc1ic2iec1Rc2Ro2ro2rovLR基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态共模）(1) 双端输出ocvcic0vAvococ1oc20vvv双端输出差分式放大电路对共模信号有超强抑制作用！第52页/共83页ocvLRi2icvv1Ti1icvv2b2T1T1bc1ic2ic1Rc2Ro2ro2r基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算2. 参数计算（动态共模）(1) 单端输出b1IocV1bbe1r1cec1Ib1Ic1R

23、i1icVVLRo2rvcocicLLbe1oo(1)22AvvRRrrr 共模抑制很强!很小！第53页/共83页 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，因此，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！基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算3. 抑制零点漂移VERY GOOD！CCVEvoI2b2Ti2v1TEEVi1vovc1vc2v1borc1ic2iec1Rc2R第54页/共83页 另外，温度，两 c 极电流，使流过Re的电流，e 极电位上升，从而限制了 c 极电流。其过程类似分压式射极偏置电路的

24、温度稳定过程。所以，即使差放为单端输出，仍有很强的抑制零漂能力。 基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算3. 抑制零点漂移CCVEvoI2b2Ti2v1TEEVi1vovc1vc2v1borc1ic2iec1Rc2R第55页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算4. 几种方式指标比较双端输入orCCVoI2b2Ti2v1TEEVi1vov1bec1Rc2Ridvo1vo2v单端输入orCCVoI2b2T1TEEVi1vov1bec1Rc2Ridvo1vo2v第56页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算4. 几种方式指标

25、比较输入方式输入方式双入双入单入单入输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出AVDAVC00KCMR1cL2be()RRrcLbe()2RRr1cL2be()RRrcLbe()2RRrcLo2RRr cLo2RRr oberroberrAVD :双出2单出AVC :双出 = 0，单出 = 负载/2倍恒流源阻值第57页/共83页基本差分式放大电路的参数计算基本差分式放大电路的参数计算4. 几种方式指标比较输入方式输入方式双入双入单入单入输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出rid2rbe2rbericrbe+(1)2rorbe+(1)2roro2RcRc2RcRc高频响应高频响

26、应参阅参阅p270参阅参阅p270用途用途浮地场合浮地场合输入输入/中间级中间级双端转单端双端转单端输入输入/中间级中间级单端转双端单端转双端输入级输入级输入输入/出信号出信号需共地场合需共地场合rid、ric : 与输入形式无关ro : 双出2单出第58页/共83页1. 若在基本差分式放大电路中增加两个电阻Re（如图）。则动态指标将有何变化？CCVEvoI2b2Ti2v1TEEVi1vc1vc2v1borc1ic2iec1Rc2ReReR增加了Re第59页/共83页答：双端输出差模增益差模输入电阻1cL2VDbee()(1)RRArR idbee2(1)rrR单端输出共模增益cLVC1oe2

27、RRArR icbeoe1(1)(2)2rrrR共模输入电阻CCVEvoI2b2Ti2v1TEEVi1vc1vc2v1borc1ic2iec1Rc2ReReR第60页/共83页反相vc1与vi1同相vc2与vi1同相vc1与vi2反相vc2与vi2反相vo与vi1同相vo与vi2 2. 差分式放大电路如图。分析下列输入输出相位关系： 3. 静态时，两个输入端是否有静态偏置电流？偏置电流由哪个电源提供？没有这个电源 (单电源) 行吗？CCVEvoI2b2Ti2v1TEEVi1vc1vc2v1borc1ic2iec1Rc2ReReRov第61页/共83页例：T1、T2、T3均为硅管, 1 1 2

28、2 50, 50, 3 3 80, 80, 当 vi = 0 时, vo = 0，求：CCV2T1k1T12Vi1vovc1ic2iec1Rc2Rb2R10k10k10ke1Re3ie3R3k3T12kc3R12VEEV1kb1Rc3ieie2R(1) IC3、IC2、IE、VCE3、VCE2、Re2；(2) AV = AVD2 AV2；(3) 当vi = 5mV时，vo= ？(4)当输出接12kW W负载时的电压增益。第62页/共83页解：(1) 静态：C3c30( 12)1mAIR CE3C3E3E3e30(12)9VVVVI R E3e3BE3C2c20.37mAI RVIRCE2CCC

29、2c2E2120.37 10( 0.7)9VVVIRV EE2C2220.74mAIIIEEe2e1E0.7120.7105.2k0.74VRRIWCCV2T1k1T12Vi1vovc1ic2iec1Rc2Rb2R10k10k10ke1Re3ie3R3k3T12kc3R12VEEV1kb1Rc3ieie2R已知已知vi1=0, vo=0第63页/共83页解：(2) 电压增益：be33E326mV200(1)2.3krIWbe22E226mV200(1)3.78krIWi2be33e3(1)245.3krrRW2c2i2VD2be2b1()1502RrArR3c3V2be33e33.9(1)RA

30、rR VVD2V2195AAA CCV2T1k1T12Vi1vovc1ic2iec1Rc2Rb2R10k10k10ke1Re3ie3R3k3T12kc3R12VEEV1kb1Rc3iEie2Ri2r第64页/共83页解：(3) 输出电压：oVi3195 5 100.98VvAv 3c3LV2be3e3()1.95(1)RRArR VVD2V297.5AAA (4) RL= 12kW W时：CCV2T1k1T12Vi1vovc1ic2iec1Rc2Rb2R10k10k10ke1Re3ie3R3k3T12kc3R12VEEV1kb1Rc3ieie2R 已知已知vi = 5mV忽略共模放大忽略共模放

31、大第65页/共83页基本差分式放大电路的传输特性基本差分式放大电路的传输特性CCVEvoI2b2Ti2v1TEEVi1vovc1vc2v1borc1ic2iec1Rc2RidTvVOQC1i0.40.20.640.8线性区线性区1.026246C2iCoiI第66页/共83页基本差分放大电路的改进基本差分放大电路的改进DDV1TSSVovgdsidvcC2T3T4T5T6T7T8TPMOSNMOSREFI输入级偏置电流源输出级有源负载第67页/共83页基本差分放大电路的改进基本差分放大电路的改进gds6T2TCCVi1vo2vSSV1Ti2vo1v3T4T5T7T差放管差放管 偏置级偏置级 恒

32、流源恒流源 *复合管复合管 第68页/共83页基本差分放大电路的改进基本差分放大电路的改进偏置级偏置级 *复合管复合管 有源负载有源负载 恒流源恒流源 10T9TCCVi1vSSV8Ti2v1T2T7T6T4T3T5T11TovREFI第69页/共83页 集成电路运算放大器的基本结构集成电路运算放大器的基本结构 通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器第70页/共83页集成运放内部组成框图简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放大器idv电压放大级输出级差分输入ov级偏置电路第71页/共83页集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放

33、大器国家标准符号vo _+vi传统符号vnvovpA+运放中的“ + ”、“ - - ”的含义指什么？第72页/共83页通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器LM741cC10T9TCCVi1vSSV8Ti2v1T2T7T6T4T3T5T11TovREFI13T12T16T17T30p39k5R1k1R50k2R1k3R3k4R50k6R507R459R3010R40k8RpR19T18T22T24T23T21T20T15T14T第73页/共83页通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器简化电路9TCCVi1vSSV8Ti2v1T2T7T6T4T3T5Tov16T17T1k1R50k2R1k3R50k6R507RpR24T20T14TLM741C10IC13BIC13AIo2v19T18TC9IE8IE2IE1IC3IC5IC6IC4Io1vCCV第74页/共83页通用型集成电路运算放大器通用