刘婕模电ch07

1、华中科技华中科技大学大学 张林张林2华中科技大学 张林电子技术电子技术基础模拟部分基础模拟部分1 1 绪论绪论2 2 运算放大器运算放大器3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路4 4 场效应三极管及其放大电路场效应三极管及其放大电路5 5 双极结型三极管及其放大电路双极结型三极管及其放大电路6 6 频率响应频率响应7 7 模拟集成电路模拟集成电路8 8 反馈放大电路反馈放大电路9 9 功率放大电路功率放大电路10 10 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路11 11 直流稳压电源直流稳压电源华中科技大学 张林37 7 模拟集成电路模拟集成电路7.1 7.1 模拟集成电路中的直流偏

2、置技术模拟集成电路中的直流偏置技术7.2 7.2 差分式放大电路差分式放大电路7.3 7.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性* *7.4 7.4 带有源负载的差分放大电路带有源负载的差分放大电路7.5 7.5 集成运算放大器集成运算放大器7.6 7.6 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电实际集成运算放大器的主要参数和对应用电 路的影响路的影响7.7 7.7 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器7.8 7.8 放大电路中的噪声与干扰放大电路中的噪声与干扰华中科技大学 张林47.1 模拟集成电路中的模拟集成电路中的直流偏置技术直流偏置技术7.1.1 FET电流源电路电流源电路

3、7.1.2 BJT电流源电路电流源电路5华中科技大学 张林7.1.1 FET电流源电路电流源电路1. MOSFET镜像电流源镜像电流源RVVVIIIGSSSDDREFD2O T1、T2的参数全同的参数全同 只要满足只要满足 VGS VTN 必有必有 VDS1 VGS- -VTN T1一定工作在饱和区一定工作在饱和区又因为又因为 VGS2 = VGS1 = VGST2漏极接负载构成回路后，只要漏极接负载构成回路后，只要满足满足VDS2 VGS- -VTN ，就一定工，就一定工作在饱和区，且有作在饱和区，且有6华中科技大学 张林7.1.1 FET电流源电路电流源电路1. MOSFET镜像电流源镜像

4、电流源RVVVIIIGSSSDDREFD2O 2TNGS1DREFVVKIIn 再根据再根据便可求出电流值便可求出电流值IO的电流值与的电流值与Rd无关无关 Rd的值在一定范围内变化时的值在一定范围内变化时（VDS2 VGS- -VTN），），IO的电流值将的电流值将保持不变，反映出保持不变，反映出IO的的恒流特性恒流特性。7华中科技大学 张林7.1.1 FET电流源电路电流源电路1. MOSFET镜像电流源镜像电流源当器件具有不同的宽长比时当器件具有不同的宽长比时12D1D2REFO)/()/(LWLWIIII （ =0=0）动态电阻动态电阻( (交流电阻交流电阻) ) 2G12DS2Do)

5、(SVir vD2ds21 Ir 8华中科技大学 张林7.1.1 FET电流源电路电流源电路2TNGSnD2)(VVKI 用用T3代替代替R，T1T3特性相同特性相同1. MOSFET镜像电流源镜像电流源T1T3便可工作在饱和区便可工作在饱和区2TNGSnREFD3D1)(VVKIII 由于由于)(21SSDDGSGS3VVVV 所以所以只要满足只要满足TNSSDD2VVV 输出电流为输出电流为 9华中科技大学 张林7.1.1 FET电流源电路电流源电路动态电阻更大，恒流特性更好动态电阻更大，恒流特性更好2. 串级镜像电流源串级镜像电流源ds2ds4mds4mds2ds4o)1(rrgrgrr

6、r 需要注意，需要注意，T4漏极接负载构漏极接负载构成回路后，需要满足成回路后，需要满足TN4GS4DS4VVV 10华中科技大学 张林7.1.1 FET电流源电路电流源电路3. 组合电流源组合电流源除宽长比外，除宽长比外，T0T3特性相同，特性相同， T4、T5特性相同特性相同REF122)/()/(ILWLWI REF133)/()/(ILWLWI RE/()/()/()/( )/()/()/()/(ILWLWLWLWILWLWILWLWI 需保证所有管子工作在饱和区需保证所有管子工作在饱和区11华中科技大学 张林7.1.1 FET电流源电路电流源电路4. JFE

7、T电流源电流源JFET是耗尽型是耗尽型管，所以管，所以VGS=0时工作在饱和时工作在饱和区区耗尽型耗尽型MOS管也可采用类似的方式构成电流源管也可采用类似的方式构成电流源)1( DSDSSODv IIiDSSo1Ir 12华中科技大学 张林7.1.2 BJT电流源电路电流源电路BE1BE2=VVREFI E1E2= IIC1C2= IIRVVBECC= RVCC Rc的值在一定范围内变化时，的值在一定范围内变化时，IC2的电流值将保持不变，反的电流值将保持不变，反映出映出IC2的的恒流特性恒流特性。T1、T2的参数全同的参数全同 1. 镜像电流源镜像电流源13华中科技大学 张林7.1.2 BJ

8、T电流源电路电流源电路动态电阻动态电阻 2B12CE2Co)(Ivir 一般一般ro在几百千欧以上在几百千欧以上ce r 1. 镜像电流源镜像电流源14华中科技大学 张林7.1.2 BJT电流源电路电流源电路 IREF VCC VEE IC1 T1 T2 iC2=IC2 = IO= IREF R 2IB c2 c1 b1 b2 vCE IREF VCC VEE IC1 T1 T2 iC2 R 2IB 其他形式其他形式 1. 镜像电流源镜像电流源15华中科技大学 张林7.1.2 BJT电流源电路电流源电路e2BE2BE1RVV E2C2OIII e2BERV 由于由于很小，很小，BEV 所以所以

9、IC2也很小。也很小。 IREF VCC VEE IC1 T1 T2 IC2IO R 2IB + + - - VBE2 Re2 VBE1 rorce2（1 ） e2be2e2RrR （参考射极偏置共射放大电路的输出电阻（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ）oR 2. 微电流源微电流源16华中科技大学 张林7.1.2 BJT电流源电路电流源电路 R T1 IC15 IREF IB3 2IB T3 T2 IC25 IC3=IO VCC VEE 3. 高输出阻抗电流源高输出阻抗电流源A1和和A3分别是分别是T1和和T3的相对结面积的相对结面积 动态输出电阻动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻

10、高远比微电流源的动态输出电阻高RVVVVIEEBE23BECCREF REF13C2OIAAII 17华中科技大学 张林7.1.2 BJT电流源电路电流源电路 T4 T5 T6 I5 I6 I2 I3 IREF R1 T1 T2 T3 R3 R2 VCC VEE T1、R1 和和T4支路产生基准电流支路产生基准电流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVI T1和和T2、T4和和T5构成镜像电流源构成镜像电流源T1和和T3，T4和和T6构成了微电流源构成了微电流源4. 组合电流源组合电流源华中科技大学 张林187.2 差分式放大电路差分式放大电路7.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式

11、放大电路的一般结构7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路7.2.3 BJT差分式放大电路差分式放大电路19华中科技大学 张林1. 差差模信号和共模信号的概念模信号和共模信号的概念7.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构差分式放大电路输入输出结构示意图差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号idod=vvv A差模电压增益差模电压增益icoc=vvv A共模电压增益共模电压增益icciddooo =vvvvvvvAA 总输出电压

12、总输出电压其中其中ov 差模信号产生的输出差模信号产生的输出ov 共模信号产生的输出共模信号产生的输出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标cdCMR=vvAAK20华中科技大学 张林7.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构根据根据2=idici1vvv 2=idici2vvv i2i1id=vvv )(21=i2i1icvvv 有有 共模信号相当于两个输入共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分端信号中不同的部分 两输入端中的共模信号两输入端中的共模信号大小相等，相

13、位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。号大小相等，相位相反。用用vid、vic表示表示vi1和和vi2 1. 差差模信号和共模信号的概念模信号和共模信号的概念21华中科技大学 张林7.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构差模等效输入方式差模等效输入方式差放差放+-vid差放差放+-vid(a)(b)共模等效输入方式共模等效输入方式差放差放+-vic 两输入端中的共模信号两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。号大小相等，相位相反。差分式放大电路输入输出结构示意图差分式放大电路输入输出结构示意图+-

14、vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-vo22华中科技大学 张林7.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构2. 零点漂移零点漂移输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象。输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象。产生零漂的主要原因：产生零漂的主要原因：温漂指标：温漂指标：（1 1）温度变化引起，也称）温度变化引起，也称温漂温漂（2 2）电源电压波动）电源电压波动温度每升高温度每升高1C，输出漂移电压按电压增益折，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。算到输入端的等效输入漂移电压值。23华中科技大学 张林7.2.1 差分式放大电

15、路的一般结构差分式放大电路的一般结构3. 三端器件组成的差分式放大电路三端器件组成的差分式放大电路24华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路1. MOSFET电路组成电路组成T1、T2对称对称源极共用电流源极共用电流源支路源支路25华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路静态静态ODQD2QD1Q21=IIII GSQGS2QGS1Q=VVVDDV d1DQRI )(GSQV 2TNGSQnDQ)(VVKI 2. 工作原理工作原理s1d1DS2DS1VVVV 由由可求得可求得 VGSQ最后需要校验是否工作在饱和区最后需要校验是否工作在饱和区26

16、华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路vi1和和vi2大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。vO1和和vO2大小相等，大小相等，相位相反。相位相反。 vO = vO1- -vO2 0，信号被放大，信号被放大2. 工作原理工作原理动态：动态：仅输入差模信号仅输入差模信号27华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路vi1和和vi2大小相等，相位相同。大小相等，相位相同。vO1和和vO2大小相等，大小相等，相位相同。相位相同。 vO = vO1- -vO2= 0，双端无信号输出，双端无信号输出2. 工作原理工作原理动态：动态：仅输入共模信号仅输入共

17、模信号实际上单端输出时也有很实际上单端输出时也有很强的共模信号抑制能力强的共模信号抑制能力28华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路 温度变化和电源电压波动，都将使两个漏极电流产生变温度变化和电源电压波动，都将使两个漏极电流产生变化，且变化趋势相同。化，且变化趋势相同。 其效果相当于在两个输其效果相当于在两个输入端加入了共模信号入端加入了共模信号2. 工作原理工作原理抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理29华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路（1）差模情况）差模情况 双入、双出双入、双出3. 主要指标计算主要指标计算vi1和和vi2大小相等，相

18、位相反大小相等，相位相反iD1的增加量等于的增加量等于iD2的减小量的减小量（或者相反）（或者相反）流过源极公共支路的电流不变，流过源极公共支路的电流不变，即公共源极即公共源极s电位没变化电位没变化相当于相当于s节点交流量为零，即节点交流量为零，即vs=0，故得交流通路故得交流通路双端输出接负载双端输出接负载30华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路（1）差模情况）差模情况 双入、双出双入、双出3. 主要指标计算主要指标计算电路左右完全对称，相当于左电路左右完全对称，相当于左右各带二分之一的接地负载右各带二分之一的接地负载电压增益电压增益 idodvvvAi2i1o2

19、o1vvvv i1o1i1o122vvvv 等于单边电压增益等于单边电压增益31华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路（1）差模情况）差模情况 双入、双出双入、双出3. 主要指标计算主要指标计算单边小信号等效单边小信号等效电路（电路（ = 0）)2|(Ld1mRRg i1o1dvvv A若若 0)2|(Ld1ds1mdRRrgA vDQds11Ir 其中其中DQnTNGSQnm2)(2IKVVKg 以双倍的元器件换以双倍的元器件换取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力32华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路（1）差模情况）差模情况 双入、双出双入

20、、双出3. 主要指标计算主要指标计算输出电阻输出电阻d2d1oRRR 由两个漏极之间看进去的等效电阻由两个漏极之间看进去的等效电阻d2ds2d1ds1o|RrRrR 或或输入电阻输入电阻 由两个栅极之间看进去由两个栅极之间看进去的等效电阻。两个管子栅源的等效电阻。两个管子栅源极之间是串联结构，但由于极之间是串联结构，但由于栅极是绝缘的，所以输入电栅极是绝缘的，所以输入电阻趋于无穷。阻趋于无穷。33华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路（1）差模情况）差模情况 双入、单出双入、单出3. 主要指标计算主要指标计算 ido1d1vvvAi2i1o1vvv i1o12vv )

21、|(21Ld1mRRg 输出电阻输出电阻d1oRR 漏极到地之间看进去的漏极到地之间看进去的等效电阻等效电阻d1ds1o| RrR 或或注意：单端输出时，负载的接入将影响被接漏极的直流电位注意：单端输出时，负载的接入将影响被接漏极的直流电位(vo2输出时无负号输出时无负号)34华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路输入等效变换输入等效变换（1）差模情况）差模情况 单端输入单端输入3. 主要指标计算主要指标计算根据叠加原理，左侧激励源根据叠加原理，左侧激励源置零后，等效于双端输入置零后，等效于双端输入而左侧激励源对两输入端来而左侧激励源对两输入端来说相当于共模信号说相当

22、于共模信号vic，此处，此处仅考虑差模信号仅考虑差模信号，故差模情故差模情况等效于双端输入况等效于双端输入差模指标与双端输入时相同差模指标与双端输入时相同35华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路3. 主要指标计算主要指标计算（2）共模情况）共模情况交流通路交流通路vi1和和vi2大小相等，相位相同大小相等，相位相同id1和和id2同时等量增加或等量减同时等量增加或等量减小小流过源极公共支路的变化电流流过源极公共支路的变化电流是单边的是单边的2倍，所以电流源内倍，所以电流源内阻需要保留，公共源极阻需要保留，公共源极s电位电位将明显变化，这与差模输入情将明显变化，这与差

23、模输入情况有本质的区别况有本质的区别36华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路3. 主要指标计算主要指标计算（2）共模情况）共模情况交流通路交流通路可将源极公共支路等效到各可将源极公共支路等效到各自的源极自的源极 双端输出双端输出共模信号的输入使两管漏极共模信号的输入使两管漏极电压有相同的变化电压有相同的变化理想情况下有理想情况下有0o2o1oc vvv0icocc vvvA共模增益共模增益37华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路icoc1c1vvv A抑制零漂能力增强抑制零漂能力增强icoc2vv )2(1omdmrgRg od2rR o

24、r c1vA 单端输出单端输出3. 主要指标计算主要指标计算（2）共模情况）共模情况共模时，两边单端输出完全相同共模时，两边单端输出完全相同其中其中d2d1dRRR ro 是电流源的输出电阻（内阻）是电流源的输出电阻（内阻）若若 0，则还要考虑，则还要考虑rds的影响（与的影响（与Rd并联）并联）38华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路cdCMRvvAAK dB lg20cdCMRvvAAK 双端输出，理想情况双端输出，理想情况 CMRK 单端输出单端输出 CMRKc1d1vvAAomrg 越越大大， CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越强越强单端输出时的总输出电压

25、单端输出时的总输出电压3. 主要指标计算主要指标计算（3）共模抑制比）共模抑制比icc1idd1o1vvvvvAA (Avd1和和Avc1均有负号均有负号)1(idCMRicidd1vvvvKA 39华中科技大学 张林7.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路3. 主要指标计算主要指标计算（4）频率响应）频率响应 差模增益的高频响应与共射电路相同，低频可放大差模增益的高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。直流信号。 由于公共源极上电流源的等效阻抗随信号频率升高由于公共源极上电流源的等效阻抗随信号频率升高而减小，所以共模增益将随频率升高而增大，则共模抑而减小，所以共模增益将随频率升高而

26、增大，则共模抑制比随之下降。制比随之下降。四种工作方式归纳比较见表四种工作方式归纳比较见表7.2.140华中科技大学 张林7.2.3 BJT差分式放大电路差分式放大电路1. 电路组成电路组成41华中科技大学 张林7.2.3 BJT差分式放大电路差分式放大电路2. 工作原理工作原理静态静态OCC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)V7 . 0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 42华中科技大学 张林7.2.3 BJT差分式放大电路差分式放大电路差模情况差模情况 双入、双出双入、双出beLcd)21|(=rRRA vbeLcd12)|(=rRRA v 双入、单出双入

27、、单出 ic1 vo1 c2 Rc Rc c1 T1 T2 - - vi2 - -vid/2 + vi1+ vid/2 RL ic2 b1 b2 e - - + - - + 单端输入等效于双端输入单端输入等效于双端输入bedi2= rR 输入电阻输入电阻（与（与MOS管最明显的差别）管最明显的差别）2. 工作原理工作原理43华中科技大学 张林7.2.3 BJT差分式放大电路差分式放大电路2. 工作原理工作原理共模情况共模情况 双出双出oLd12rRA v 单出单出 voc1 voc2 voc c2 Rc Rc c1 T1 T2 b1 b2 vi1vic vi2vic 2ro 2ro 0icoc

28、c vvvALcL| RRR )2)(1(21=obeicrrR 输入电阻输入电阻其它指标与其它指标与MOS管差分式放大电路类似管差分式放大电路类似华中科技大学 张林447.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性7.3.1 MOSFET差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性7.3.2 BJT差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性45华中科技大学 张林7.3.1 MOSFET差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性根据根据2TN1GS1nD1)-(VKiv vid= vGS1- - vGS2可得传输特性曲线可得传输特性曲线 iD1，iD2f（vid）2T

29、N2GS2nD2)-(VKiv 46华中科技大学 张林7.3.1 MOSFET差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性nOTNGSOV2-KIVVV 47华中科技大学 张林7.3.2 BJT差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性vid= vBE1- - vBE2根据根据TVIi/ESE1BE1ev TVIi/ESE2BE2ev 可得传输特性曲线可得传输特性曲线 iC1，iC2f（vid）48华中科技大学 张林7.3.2 BJT差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性华中科技大学 张林49*7.4 带有源负载的差分放大电路带有源负载的差分放大电路7.4.1 带有源负载的

30、源极耦合带有源负载的源极耦合CMOS差分差分 式放大电路式放大电路7.4.2 带有源负载的带有源负载的BJT射耦合差分式放射耦合差分式放 大电路大电路50华中科技大学 张林7.4.1 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合CMOS差分式放大电路差分式放大电路1. 基本电路基本电路51华中科技大学 张林2. 工作原理工作原理根据电路结构有根据电路结构有 IREFID5ID6ID7只要满足只要满足T5T7就工作在饱和区就工作在饱和区VDD +VSS VTN5+VTN6+VTN7则根据则根据IDKn(VGSVT)2 TN7n7REFGS7TN6n6REFGS6TN5n6REFGS6GS7GS6GS

31、5SSDDVKIVVKIVVKIVVVVVV若已知各管参数，便可求出若已知各管参数，便可求出IREF 可列方程可列方程7.4.1 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合CMOS差分式放大电路差分式放大电路52华中科技大学 张林2. 工作原理工作原理如果如果T7与与T8特性相同，特性相同，则则IO=IREF由于电路对称，即由于电路对称，即T1与与T2特性相同，特性相同，T3与与T4特特性相同性相同所以所以 ID1=ID2=ID3=ID4=IO/2可求出可求出VGS1 VGS4 由于由于T3的栅极与漏极并接在一起，所以通常由的栅极与漏极并接在一起，所以通常由T2和和T4的漏极输出。的漏极输出。当

32、输入差模电压时，即当输入差模电压时，即vi1- -vi2vid/2，iD1的增加量等于的增加量等于iD2的减小量，的减小量，源极公共支路电流不变，相当于源极公共支路电流不变，相当于T1和和T2源极交流对地短路源极交流对地短路 7.4.1 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合CMOS差分式放大电路差分式放大电路53华中科技大学 张林3. 动态指标动态指标输入差模电压时的交流通路输入差模电压时的交流通路 当当 = 0，T1T4特性相同，特性相同，且带且带RL负载负载时，各支路电流如图时，各支路电流如图当当 0时，可得右侧时，可得右侧T2、 T4支路的小信号支路的小信号等效电路等效电路7.4.1

33、 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合CMOS差分式放大电路差分式放大电路54华中科技大学 张林3. 动态指标动态指标节点节点d2（d4）的）的KCL为为 若满足若满足 (rds2 | rds4) RL，则电压增益为，则电压增益为 得差模电压增益得差模电压增益0)2()2(Lo2ds2o2idmds4o2idm Rrgrgvvvvv)|(Lds4ds2mido2d2RrrgA vvvD22ds21Ir D44ds41Ir 其中其中Lmido2d2RgA vvv 带有源负载的差分放大电路单端输出的差模电压增益不再是双端带有源负载的差分放大电路单端输出的差模电压增益不再是双端输出增益的一半，而

34、是与双端输出电压增益相同，即单端输出等效于输出增益的一半，而是与双端输出电压增益相同，即单端输出等效于双端输出。双端输出。 7.4.1 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合CMOS差分式放大电路差分式放大电路55华中科技大学 张林3. 动态指标动态指标以上分析结果的前提条件是假设以上分析结果的前提条件是假设T1 T4的互导相同，即的互导相同，即 Kn1Kn2Kp3Kp4K gm1gm2gm3gm4gm电路的共模电压增益仍然很小，共模抑制很高电路的共模电压增益仍然很小，共模抑制很高参数不同时，结果将有所变化参数不同时，结果将有所变化7.4.1 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合CMOS

35、差分式放大电路差分式放大电路56华中科技大学 张林7.4.2 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合BJT差分式放大电路差分式放大电路静态静态 IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO IE557华中科技大学 张林差模电压增益差模电压增益（负载开路）（负载开路） 0ce4o2ce2o2c2c4 rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2ido2d2)|(rrrA vvv则则 单端输出的电压增益接近单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益于双端输出的电压增益 7.4.2 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合

36、BJT差分式放大电路差分式放大电路58华中科技大学 张林差模输入电阻差模输入电阻 Rid2rbece4ce2o|rrR 输出电阻输出电阻7.4.2 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合BJT差分式放大电路差分式放大电路59华中科技大学 张林共模输入电阻共模输入电阻 )1(221o5beicrrR 7.4.2 带有源负载的源极耦合带有源负载的源极耦合BJT差分式放大电路差分式放大电路华中科技大学 张林607.5 集成运算放大器集成运算放大器7.5.1 CMOS MC14573集成运算放大器集成运算放大器7.5.2 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器7.5.3 BiJFET型集成

37、运算放大器型集成运算放大器LF35661华中科技大学 张林7.5.1 CMOS MC14573集成运算放大器集成运算放大器1. 电路结构和工作原理电路结构和工作原理引脚排列顶视图引脚排列顶视图62华中科技大学 张林7.5.1 CMOS MC14573集成运算放大器集成运算放大器(1)(1)直流分析直流分析REFGS5SSDDREFSG5SSDDoREF RVVVRVVVII 2TPGS5p5REF)(VVKI 已知已知VTN 和和Kp5 ，可求出，可求出IREF 根据各管子的宽长比根据各管子的宽长比 ，可求出其它支路电流。，可求出其它支路电流。2. 技术指标分析计算技术指标分析计算63华中科技

38、大学 张林7.5.1 CMOS MC14573集成运算放大器集成运算放大器(2)(2)小信号分析小信号分析2idgs1vv 2idgs2vv 设设 gm1 = gm2 = gm )|(ds4ds2mido21rrgA vvv输入级电压增益输入级电压增益 2. 技术指标分析计算技术指标分析计算)|)( )|(4o2o2d4d4o2oogs7o2rriirri vv则则)|()|)(2()2( ds4ds2idm4o2oid2mid1mrrgrrggvvv 64华中科技大学 张林7.5.1 CMOS MC14573集成运算放大器集成运算放大器总电压增益总电压增益 Av = Av1Av2 Av2=

39、vo/ v gs7 = - gm7(rds7 | rds8) 第二级电压增益第二级电压增益 将参数代入计算得将参数代入计算得 Av = 40884.8（ 92.2 dB ）(2)(2)小信号分析小信号分析2. 技术指标分析计算技术指标分析计算65华中科技大学 张林7.5.2 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器原理电路原理电路 66华中科技大学 张林7.5.2 BJT型型LM741集成运算放大器集成运算放大器简化电路简化电路67华中科技大学 张林7.5.3 BiJFET型集成运算放大器型集成运算放大器LF356简化电路简化电路JFET差分式差分式放大电路放大电路BJT差分式差分式放

40、大电路放大电路共集电极共集电极放大电路放大电路复合管复合管共集电极共集电极放大电路放大电路互补对称互补对称输出级输出级过流保过流保护电路护电路外接调外接调零电阻零电阻68华中科技大学 张林7.5.3 BiJFET型集成运算放大器型集成运算放大器LF356简化电路简化电路很高的输入电阻，很低的输入偏置电流，高速、宽带和低噪声很高的输入电阻，很低的输入偏置电流，高速、宽带和低噪声 华中科技大学 张林697.6 实际集成运算放大器的主要实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的参数和对应用电路的影响影响7.6.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数7.6.2 集成运放应用中的实际问题集成运

41、放应用中的实际问题70华中科技大学 张林7.6.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流误差特性（输入失调特性）1. 输入失调电压输入失调电压VIO 输入电压为零时，为了使输出电压为零，在输入端加输入电压为零时，为了使输出电压为零，在输入端加的补偿电压。一般约为的补偿电压。一般约为（110）mV。超低失调运放为。超低失调运放为（120） V。高精度运放。高精度运放OP-117 VIO=4 V。MOSFET达达20mV。2. 输入偏置电流输入偏置电流IIB IBN IBP IBN IBP VCC VEE VO 集成运放两个输入端静态电集成运放两个输

42、入端静态电流的平均值流的平均值 IIB（IBNIBP）/2 BJT为为10nA1 A；MOSFET运放运放IIB在在pA数量级。数量级。71华中科技大学 张林7.6.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数3. 输入失调电流输入失调电流IIO 输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即之差，即IIO|IBPIBN| 。 一般约为一般约为1 nA0.1 A。 4. 温度漂移温度漂移（1）输入失调电压温漂）输入失调电压温漂 VIO / T（2）输入失调电流温漂）输入失调电流温漂 IIO / T输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流

43、误差特性（输入失调特性）72华中科技大学 张林7.6.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数差模特性差模特性1. 开环差模电压增益开环差模电压增益Avo和带宽和带宽BW 20lgAvo/ /dB 106 dB 100 80 60 40 20 0 10 0 fH7 Hz 20 dB/ /十倍频程十倍频程 fT1.4 MHz f/ /Hz fH 10 102 103 104 105 106 fT 107 741型运放型运放Avo的频率响应的频率响应 开环差模电压增益开环差模电压增益Avo开环带宽开环带宽BW (fH)单位增益带宽单位增益带宽 BWG (fT)73华中科技大学 张林7.6.

44、1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数2. 差模输入电阻差模输入电阻rid和输出电阻和输出电阻ro BJT输入级的运放输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放为输入级的运放rid1012超高输入电阻运放超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的一般运放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3. 最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax差模特性差模特性74华中科技大学 张林7.6.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数共模特性共模特性1. 共模抑制比共模抑制比KCMR和共模输入电阻

45、和共模输入电阻ric 一般通用型运放一般通用型运放KCMR为（为（80120）dB，高精度运放，高精度运放可达可达140dB，ric100M。 2. 最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 运放作为电压跟随器时，使输出电压产生运放作为电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差跟随误差的共模输入电压幅值。高质量的运放可达的共模输入电压幅值。高质量的运放可达 13V。75华中科技大学 张林7.6.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数大信号动态特性大信号动态特性1. 转换速率转换速率SR放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃

46、信号）时，输出电压对时间的最大变化速率，即输出电压对时间的最大变化速率，即 maxoRd)(dttSv Vimax Vimax t R1 R2 vi R3 vO 741 Vomax Vomax t 斜率决定斜率决定 转换速率转换速率 若信号为若信号为viVimsin2 ft ，则运放的，则运放的SR必须满足必须满足SR2fmaxVom76华中科技大学 张林7.6.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数2. 全功率带宽全功率带宽BWP 运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即SR和和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标是大信号和高频信号工作时

47、的重要指标一般通用型运放一般通用型运放SR在在1V/ s以下，以下，741的的SR=0.5V/ s高速运放要求高速运放要求SR30V/ s以上。以上。 目前超高速的运放如目前超高速的运放如AD9610的的SR 3500V/ s。omRmaxP2 VSfBW 大信号动态特性大信号动态特性77华中科技大学 张林7.6.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数电源特性电源特性1. 电源电压抑制比电源电压抑制比KSVR 衡量电源电压波动对输出电压的影响衡量电源电压波动对输出电压的影响 2. 静态功耗静态功耗PV 1. 电源电压范围电源电压范围3. 最大输出电流最大输出电流IOmax 2. 最大

48、耗散功耗最大耗散功耗PCO 极限参数极限参数78华中科技大学 张林7.6.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题1. 集成运放的选用集成运放的选用 根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。 虽然专用型运放某项技术参数很突出，但其他参数则虽然专用型运放某项技术参数很突出，但其他参数则难以兼顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高难以兼顾，例如

49、低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高速型与高精度常常有矛盾，如此等等。速型与高精度常常有矛盾，如此等等。 79华中科技大学 张林7.6.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题2. 失调电压失调电压VIO、失调电流、失调电流IIO和偏置电流和偏置电流IIB带来的误差带来的误差 输入为零时的等效电路输入为零时的等效电路2IOIBP)2( RIIV f11ONRRRVV NPVV )|)(2(f1IOIBRRII IOV 解得误差电压解得误差电压)|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV （IIBIIO/2） （R1|Rf） R1|Rf VIO Vn

50、 Vp R2 VO （IIBIIO/2）R2 f1O1RRVR 80华中科技大学 张林7.6.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题)|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV )(/1(2IOIO1fORIVRRV 当当 时，可以时，可以消除偏置电流消除偏置电流 引起的引起的误差，此时误差，此时f12| RRR IBI当电路为积分运算时，当电路为积分运算时，即即 换成电容换成电容C，则，则fR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)( 1)()()(2IOIO12IOIOO时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。时间越长，误差越大，且易

51、使输出进入饱和状态。IOIO IV和和引起的误差仍存在引起的误差仍存在81华中科技大学 张林7.6.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题3. 调零补偿调零补偿（a a）调零电路）调零电路 （b b）反相端加入补偿电路）反相端加入补偿电路 LM741 2 3 1 5 6 RL VEE VCC VCC VEE vO VCC VEE Rp R1 R2 Rp10k VC补偿 VIO和 VIO （a） （b） VC 82华中科技大学 张林7.6.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题741中的调零电路中的调零电路 83华中科技大学 张林7.6.2 集成运放应用中的实际问题集

52、成运放应用中的实际问题356中的调零电路中的调零电路 3. 调零补偿调零补偿华中科技大学 张林847.7 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器7.7.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理7.7.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用85华中科技大学 张林7.7.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理1. 变跨导二象限乘法器变跨导二象限乘法器与差分式放与差分式放大电路的差大电路的差别：别：（a）原理电路）原理电路 （b）同相（或反相）乘法器代表符号）同相（或反相）乘法器代表符号电流源电流源iEE受受输入电压输入电压vY的控制的控制86华中科技大学 张林

53、7.7.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理单入双出方式单入双出方式becXO1drRA vvv即即XbecO1vvrR 又又EQbbebbbbe)1(IVrrrrT EQ)1(IVT E1)1(iVT 所以所以mXcO1gR vv m1)1(g 1. 变跨导二象限乘法器变跨导二象限乘法器87华中科技大学 张林7.7.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理 对于对于T3、T4构成的镜像电流构成的镜像电流源，当源，当vY VBE时时RiYEEv 所以所以YXcO12vvvTRVR YXvvK 其中其中TRVRK2c （乘法运算）（乘法运算）mXcO1

54、gR vv YEEE1m212vTTTRVViVig 而而由由vY 控制跨导控制跨导gm变化，所以称为变跨导乘法器变化，所以称为变跨导乘法器1. 变跨导二象限乘法器变跨导二象限乘法器88华中科技大学 张林7.7.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理电路的最后输电路的最后输 O112OvvRR YX12vvRRK 缺点：缺点： 精度差精度差 vY必须大于必须大于0V，只能实现两个象限的乘法运算，只能实现两个象限的乘法运算1. 变跨导二象限乘法器变跨导二象限乘法器89华中科技大学 张林7.7.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理 T1、T2和和T3、

55、T4为两为两个并联的差分式电路，个并联的差分式电路， T5、T6为压控电流源电路。为压控电流源电路。由于由于)1e (BEESEC TVIiiv所以所以TTVVii/ )(C2C1XBE2BE1eevvv 而而 iC1iC2iC5 ，iC4iC3iC6 TVIBEeESv 1eXC5C2 TViivC5C11eeXXiiTTVV vv2. 双平衡四象限乘法器双平衡四象限乘法器90华中科技大学 张林7.7.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理C5C11eeXXiiTTVV vv1eXC5C2 TViiv1e1eXXC5C2C1 TTVViiivvTVi2thXC5v 同理

56、同理TViii2thXC6C3C4v TVIii2thYEEC6C5v 又又 i1,3iC1iC3，i2,4iC2iC4 2. 双平衡四象限乘法器双平衡四象限乘法器91华中科技大学 张林7.7.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘法器的工作原理c2,41,3O1)(Rii v最后可得最后可得TTVVIR2th2thYXEEcvv 当当vX 2VT、vY 2VT时时TTVVIR22YXEEcO1vvv YXYX2EEc4vvvvKVIRT 其中其中2EEc4TVIRK （乘法运算）（乘法运算）信号大时增加非线性补偿电路信号大时增加非线性补偿电路2. 双平衡四象限乘法器双平衡四象限乘法器

57、92华中科技大学 张林7.7.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用乘方乘方 1. 运算电路运算电路93华中科技大学 张林7.7.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用除法除法 只有当只有当vX2为正极性时，才能保证运算放大器是处于负反为正极性时，才能保证运算放大器是处于负反馈工作状态，而馈工作状态，而vX1则可正可负，故属二象限除法器。则可正可负，故属二象限除法器。 利用虚短和虚断概念有利用虚短和虚断概念有0221X1 RRvvX2o2vvvK X2X112ovvv KRR得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有1. 运算电路运算电路94华中科技大学 张林7.7.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用

58、开平方开平方 利用虚短和虚断概念有利用虚短和虚断概念有02i RRvv2o2vvK Kiovv 得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有vi必须为负值时，电路才能正常工作。必须为负值时，电路才能正常工作。 1. 运算电路运算电路95华中科技大学 张林7.7.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用2. 压控放大器压控放大器 乘法器的一个输入端加一直流控制电压乘法器的一个输入端加一直流控制电压VC，另一输入端，另一输入端加一信号电压加一信号电压vs时，乘法器就成了增益为时，乘法器就成了增益为KVc的放大器。当的放大器。当Vc为可调电压时，就得到可控增益放大器。为可调电压时，就得到可控增益放大器。 调制和

59、解调在通信、广播、电视和遥控等领域中得到调制和解调在通信、广播、电视和遥控等领域中得到广泛的应用。利用模拟乘法器的功能很容易实现调制和解广泛的应用。利用模拟乘法器的功能很容易实现调制和解调的功能。调的功能。3. 调制解调调制解调华中科技大学 张林967.8 放大电路中的噪声与干扰放大电路中的噪声与干扰7.8.1 放大电路中的噪声放大电路中的噪声7.8.2 放大电路中的干扰放大电路中的干扰7.8.3 低噪声放大电路举例低噪声放大电路举例97华中科技大学 张林*7.8.1 放大电路中的噪声放大电路中的噪声1. 噪声的种类及性质噪声的种类及性质（1）电阻的热噪声）电阻的热噪声 由电子无规则热运动而产

60、生随时间而变化的电压称为由电子无规则热运动而产生随时间而变化的电压称为热噪声电压。热噪声电压。 一个阻值为一个阻值为R（）的电阻未接入电路时，在频带宽度）的电阻未接入电路时，在频带宽度B内所产生的热噪声电压均方值为内所产生的热噪声电压均方值为 K 玻耳兹曼常数，玻耳兹曼常数，T 热力学温度（热力学温度（K），），B 频频带宽度（带宽度（Hz）。）。BkTRRIV 42n2n2n功率和电压的形式分别为功率和电压的形式分别为kTBRVP42nn kTRBV4n 98华中科技大学 张林*7.8.1 放大电路中的噪声放大电路中的噪声具有均匀的功率频谱的噪声称为白噪声具有均匀的功率频谱的噪声称为白噪声热