第六章 模拟集成电路

1、模拟电子技术模拟电子技术电子技术基础精品课程电子技术基础精品课程第六章第六章 集成运算放大器集成运算放大器信息工程学院信息工程学院电子技术基础课程组电子技术基础课程组 2022-6-266. 集成运算放大器集成运算放大器 集成电路运算放大器中的电流源集成电路运算放大器中的电流源 镜像电流源镜像电流源 微电流源微电流源 电流源作有源负载电流源作有源负载 高输出阻抗电流源高输出阻抗电流源( (Wilson Current MirrorWilson Current Mirror) ) 组合电流源组合电流源 Current Source and Current Sink Current Source

2、and Current Sink 差分式放大电路差分式放大电路 集成电路运算放大器及其主要参数集成电路运算放大器及其主要参数康康5 5版版FETFET电流电流源源(P(P260260261261) ) 多级放大电路的组成和耦合方式多级放大电路的组成和耦合方式 耦合方式耦合方式：阻容、：阻容、直接直接、变压器、光电、变压器、光电 组成组成 2022-6-26模拟集成电路的组成模拟集成电路的组成输输入入级级中中间间级级输输出出级级偏置电路偏置电路外围辅助电路外围辅助电路+_vi+_vo输入级：前置放大级，获取输入信号输入级：前置放大级，获取输入信号中间放大级：提高电压放大倍数中间放大级：提高电压放

3、大倍数功率输出级：降低输出电阻，提高带负载能力功率输出级：降低输出电阻，提高带负载能力BJT、FET差分放大电路差分放大电路多级共源、共射放大电路，复合管结构多级共源、共射放大电路，复合管结构（互补对称）电压跟随器（互补对称）电压跟随器偏置电路：偏置电路： 设置、稳定静态工作点设置、稳定静态工作点恒流源恒流源外围辅助电路外围辅助电路保护电路保护电路电平偏移电路电平偏移电路高频补偿环节高频补偿环节 2022-6-26多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式多级放大电路中各级之间、放大电路和信号源以及负载之间多级放大电路中各级之间、放大电路和信号源以及负载之间的连接方式被称为耦合方式的连接方式

4、被称为耦合方式a. 阻容耦合：耦合电容阻容耦合：耦合电容各级直流信号互相隔离、各级直流信号互相隔离、Q点相互点相互独立，静态设计与调试方便独立，静态设计与调试方便低频特性差；不利于集成低频特性差；不利于集成b. 直接耦合：导线连接直接耦合：导线连接低频特性良好；便于集成低频特性良好；便于集成各级各级Q点相互影响，参数计算复杂、调试困难；零点漂移严重点相互影响，参数计算复杂、调试困难；零点漂移严重差分输入差分输入c. 变压器耦合：变压器变压器耦合：变压器各级直流信号互相隔离、各级直流信号互相隔离、Q点相互点相互独立，静态设计与调试方便；匹配阻抗，实现最大功率转独立，静态设计与调试方便；匹配阻抗，

5、实现最大功率转移移低频特性差；不利于集成低频特性差；不利于集成应用于大功率和高频信号应用于大功率和高频信号的放大的放大d. 光电耦合：光电耦合器光电耦合：光电耦合器电电光光电转换实现隔离耦合，电转换实现隔离耦合，输入输出在电气上是绝缘的输入输出在电气上是绝缘的共模抑制比高共模抑制比高有传输延迟有传输延迟 2022-6-26T3镜像电（恒）流源镜像电（恒）流源IBIB2IB1RT1T2VCCIREFIC1IC2IC2 = IC1 = IREFIB IREFIC2IREF若需要若需要IC2 R ，在集成，在集成电路中不易实现。故推出电路中不易实现。故推出 IREF RVVBECC 改进：改进：带缓

6、冲的镜像电流源带缓冲的镜像电流源应用范围：应用范围：较大工作电流较大工作电流 （mA级）级）RVVBECC2 IREF 2022-6-26微电（恒）流源微电（恒）流源IBIB2IB1RT1T2VCCIREFIC1IC2Re2 利用两管基利用两管基- -射极电压差射极电压差VBE控制输出电流控制输出电流IC2。 VBE很小，很小， Re2无需无需很大就可以获得微小电很大就可以获得微小电流。流。 IC2 稳定稳定：T2的的VBE很小，很小，工作在输出特性的弯曲工作在输出特性的弯曲部分，变化远小于部分，变化远小于IREF的变化；的变化； T1对对T2有温度有温度补偿作用。补偿作用。例例 6.1.1

7、2022-6-26充当有源负载充当有源负载放大管放大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源的交流电阻，镜像电流源的交流电阻，一般在一般在几百千欧几百千欧以上以上 2022-6-26高输出阻抗恒流源（高输出阻抗恒流源（Wilson） 2022-6-26组合电流源组合电流源 2022-6-26差分式放大电路差分式放大电路 温度漂移、温漂指标温度漂移、温漂指标 差分式放大电路抑制温漂差分式放大电路抑制温漂TAVVv oi 结构特点：结构特点：电路对称、恒流源提供偏置条件、正、负电源供电电路对称、恒流源提供偏置条件、正、负电源供电 基本概念和术语：基本概念和术语：四种

8、工作模式、差模信号、共模信号、差模输入方式、四种工作模式、差模信号、共模信号、差模输入方式、共模输入方式、共模输入方式、一、差分式放大电路一、差分式放大电路二、二、FETFET差分式放大电路差分式放大电路三、差分式放大电路的传输特性（三、差分式放大电路的传输特性（P172图图6.2.10） 2022-6-26差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构11. 电路完全对称：电路完全对称：2. 共模输入方式：共模输入方式：vvvAAA 21i1 i2ivvv 3. 差模输入方式：差模输入方式：i1 i2i vvv o o1o2o1i22vvvvvvA ebec1RrRAv）（ o1 o2iv

9、vvvA 单端输出：单端输出：o o1o20vvv 双端输出：双端输出：o1 o2ivvvvA 单端输出：单端输出：双端输出：双端输出： 2022-6-26单管共射极放大电路单管共射极放大电路1. 共射极放大电路共射极放大电路2. 工作原理工作原理 静态分析：无输入信号时，基极接地静态分析：无输入信号时，基极接地 动态分析动态分析（微变等效电路）：（微变等效电路）：ebec)1(RrRAv ebei)1(RrR coRR oivvvA 2022-6-26差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构24. 共模信号与差模信号：共模信号与差模信号：i1 i2ic ()2vvv 共共模模分分量量

10、 对任意的两个输入信号，定义对任意的两个输入信号，定义id i1 i2vvv 差差模模分分量量 i1 ic id12vvv 即即 i2 ic id12vvv （）i1 ic i2 vvv i1 idi2 12vvv od1 ididod2 1122vvvv AvAv （）= =单端输出单端输出差模分量产生的输出：差模分量产生的输出：od od1od2od1id2vvvvvv A 双端输出双端输出共模分量产生的输出：共模分量产生的输出：oc1 icoc2 vvv Av = =单端输出单端输出oc oc1oc20vvv 双端输出双端输出 2022-6-26差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一

11、般结构35. 特性指标：特性指标：od1 ididod2 1122vvvv AvAv （）= =od od1od2od1id2vvvvvv A oc1 icoc2 vvv Av oc oc1oc20vvv od1 d1 d2 id 12vvvvAAAv od d id vvvAAv oc1 c1 c2 ic vvvvAAAv c 0vA 电压放大倍数电压放大倍数总的输出电压各自叠加总的输出电压各自叠加差模输入电阻、共模输入电阻、差模输入电阻、共模输入电阻、输出电阻输出电阻CMR K 差差模模增增益益共共模模增增益益 2022-6-26长尾电路长尾电路1. 静态分析：静态分析：2. 动态分析：动

12、态分析：共模输入方式下画共模输入方式下画共模交流通路共模交流通路差模输入方式下画差模输入方式下画差模交流通路差模交流通路 ici2 i1vvv 0o2o1 o vvv双双端端输输出出：vAvvv ico2 o1单单端端输输出出：3. 主要性能指标的总结主要性能指标的总结 idi2 i121vvv vAvvvvv ido1o2o1 o2 双双端端输输出出：vAvvv ido2 o121单单端端输输出出：.2V7 . 0eEEE2E1RVII 2022-6-26共模交流通路共模交流通路1. 电路完全对称：电路完全对称：2. 电路等效为：电路等效为：ee2e121iii e e2 e12RRR 3.

13、 共模增益：共模增益：0icoc2oc1icoc c vvvvvAvee2ee1eee22RiRiRiv 双端输出双端输出: 单端输出单端输出:oc1oc1c1c1 c2 ici1bee2vvvvRAAvvrR （1 1+ + ） 2022-6-26差模交流通路差模交流通路1. 电路完全对称：电路完全对称：2. 电路等效为：电路等效为：e1e2ii 3. 差模增益：差模增益：odod1od2od1cd ididi1be22vvvvvRAvvvr eeee1e2e0viRiiR （） 双端输出双端输出: 单端输出单端输出:公共的发射极电位交流分量为公共的发射极电位交流分量为0，地，地od1od1

14、cd1 d2 idi1be22vvvvRAAvvr 2022-6-26基本差分式放大电路基本差分式放大电路1. 电路结构电路结构2. 工作原理工作原理 静态分析：显然静态时静态分析：显然静态时双端输出电压为零双端输出电压为零 动态分析动态分析：基本差分电路交流通路基本差分电路交流通路差模交流通路差模交流通路共模交流通路共模交流通路3. 主要技术指标的计算主要技术指标的计算4. 带调零电阻的差分放大电路带调零电阻的差分放大电路（P171图图6.2.9） 2022-6-26基本差分式放大电路交流通路基本差分式放大电路交流通路 2022-6-26差模交流通路差模交流通路 2022-6-26共模交流通路共模交流通路 2022-6-26主要技术指标的计算主要技术指标的计算 差模电压增益差模电压增益 双端输入，单端输出双端输入，单端输出 双端输入，双端输出双端输入，双端输出 单端输入，双端输出单端输入，双端输出 单端输