模拟集成电路

模拟集成电路第1页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.1电流源6.2差分式放大电路6.3集成电路运算放大器6.4集成电路运算放大器的主要参数6集成电路运算放大器6.0概述第2页，共61页，2023年，2月20日，星期五一、集成电路(integratedcircuit)：

在半导体制造工艺基础上，把整个电路中的器件（电阻、电容、三极管等）制造在一块Si基片上，并引出相应的引线，构成特定功能的电子电路。

如：运放、各种芯片等。概述第3页，共61页，2023年，2月20日，星期五二、按功能分类：模拟集成电路数字集成电路三、集成度：小规模集成电路（SSI）<102

中规模集成电路（MSI）<103大规模集成电路（LSI）<105、超大规模集成电路（VLSI）>105、

(如：CPU310万---330万)Intel奔腾4第4页，共61页，2023年，2月20日，星期五6集成电路运算放大器集成电路的工艺特点：6.0概述（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。第5页，共61页，2023年，2月20日，星期五要求：提供恒定电流IO，且有大的交流电阻其两端电压变化时，IO保持恒定。++Iorov_-ro§6.1集成电路运放中的电流源第6页，共61页，2023年，2月20日，星期五二、恒流特性一、电路组成当较大(>>2)时：三极管T1、T2对称6.1.1.1镜像电流源（P258）结论：无论Rc值如何,IC2电流值保持不变（前提：电源要稳定）第7页，共61页，2023年，2月20日，星期五当较小时，可用

带缓冲级的镜像电流源增加T0，使IC更加接近IREF三、镜像电流源特点3.电流最低至mA级。1内阻ro一般在几百千欧以上2.电流受电源波动影响大；4.具有温度补偿特性。第8页，共61页，2023年，2月20日，星期五由于很小，所以IC2也很小一、电路特点二、工作原理（Re2K级）2受电源波动影响小；3

IC2uA级；优点：1内阻ro一般在几百千欧以上6.1.1.2微电流源（P259）4.具有温度补偿特性。第9页，共61页，2023年，2月20日，星期五T1、T2、T3的基极并联。

电路用一个基准电流IREF获得了多个电流输出。6.1.1.3多路电流源：第10页，共61页，2023年，2月20日，星期五放大管提供直流偏置

作为有源负载例电流源作为有源负载：6.1.1.4

电流源作用镜像电流源镜像电流源镜像电流源例P3156.6.1第11页，共61页，2023年，2月20日，星期五举例：P282集成运放微电流源直流偏置镜像电流源有源负载电流源直流偏置第12页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.1.2FET电流源（P260）一、

MOSFET镜像电流源：二、

MOSFET多路电流源：三、

JFET电流源：(与BJT电流源比较，自学，了解)第13页，共61页，2023年，2月20日，星期五直接耦合放大电路零点漂移电路组成及工作原理抑制零点漂移原理

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

6.2.3

差分式放大电路的传输特性差分式放大电路中的一般概念主要指标计算几种方式指标比较6.2差分式放大电路第14页，共61页，2023年，2月20日，星期五1.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零漂：主要原因：温漂指标：#为什么一般的集成运算放大器都要采用直接耦合方式？主要由温度变化引起，也称温漂。输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。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。6.2.0概述第15页，共61页，2023年，2月20日，星期五若第一级漂了100uV，则输出漂移1V。若第二级也漂了100uV，则输出漂移10mV。假设3.减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿调制解调方式。如“斩波稳零放大器”采用差分式放大电路漂了100uV漂移

10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV6.2.0概述第16页，共61页，2023年，2月20日，星期五4.差分式放大电路中的一般概念差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放vo2+-+-vid+-vod差模信号共模信号idodVD=vvA差模电压增益icocVC=vvA共模电压增益差模信号输出共模信号输出6.2.0概述两个输入信号的差值两个输入信号的算术平均值根据以上两式可以得到第17页，共61页，2023年，2月20日，星期五共模抑制比反映抑制零漂能力的指标总输出电压icVCidVDvAvA+=ocodo=vvv+差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放vo2+-+-vid+-vod6.2.0概述第18页，共61页，2023年，2月20日，星期五

1=2=

rbe1=rbe2=rbe

两个BJT特性一致，参数相等。

VBE1=VBE2=VBE

1.电路组成

差放一般有两个输入端：双端输入—两输入端同时加信号单端输入—一输入端对地加信号

差放可以有两个输出端:双端输出—从C1

和C2输出。单端输出—从C1或C2

对地输出。6.2.1基本差分式放大电路C1C2第19页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大电路1.电路组成恒流源的作用根据输入、输出方式不同，可分为四种工作方式:双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；单端输入、单端输出；单端输入、双端输出；相当于阻值很大的电阻。C1C2第20页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大电路1.电路组成差模信号：共模信号：差模电压增益共模电压增益总输出电压（差模、共模、任意输入）第21页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大电路2.工作原理以双端输入、双端输出为例静态分析(vi1=vi2=0)第22页，共61页，2023年，2月20日，星期五c1c2ic2ic12.动态分析：

(1)差模输入：vi1iC1vC1vC1vC2vi2vC2iC2vo

=vC1

–

vC2

=2vC1

结论1：差分式放大电路对差模信号有放大能力。第23页，共61页，2023年，2月20日，星期五

（2）共模输入：vi1iC1vC2vC1vi2iC2vC1vC2c1c2ic2ic1vo

=vC1

–

vC2=0结论2：差分式放大电路对共模信号有抑制能力。第24页，共61页，2023年，2月20日，星期五3.差放抑制零漂温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流变化。且变化趋势相同差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。其效果相当于在两输入端加入了共模信号。6.2.1基本差分式放大电路第25页，共61页，2023年，2月20日，星期五4、主要技术指标计算(P265)

差模电压增益差模输入电阻单(双)出输出电阻共模电压增益共模输入电阻单(双)出输出电阻c1c2ic2ic1第26页，共61页，2023年，2月20日，星期五双端输入，差模信号为：vi1=-vi2=vid/2交流通路:

电流源

IO

+VCC、-VEE

交流短接交流短接1.差模电压增益第27页，共61页，2023年，2月20日，星期五(1)双入双出AVD(P265)（单边电路增益）有负载RL

时：负载开路时：第28页，共61页，2023年，2月20日，星期五(2)双入单出AVD

：第29页，共61页，2023年，2月20日，星期五双端输入，共模信号为：vi1=vi2=vic交流通路:

电流源IO

+VCC、-VEE交流短接电流源内阻ro等效变换电路：2.共模电压增益c1c2第30页，共61页，2023年，2月20日，星期五(1)双入双出AVCvi1=vi2=viC

T1、T2电路对称vO1=vO2vO=

vO1-vO2=0=0结论：

双入双出时差放抑制零漂能力最强

第31页，共61页，2023年，2月20日，星期五(2)双入单出AVC

vi1=vi2=vicvO=

vO1第32页，共61页，2023年，2月20日，星期五3.单端输入差分式放大电路：结果自行分析P266第33页，共61页，2023年，2月20日，星期五（3）共模抑制比双端输出，理想情况单端输出抑制零漂能力越强6.2.1基本差分式放大电路4.主要指标计算第34页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大电路

(1)差模电压放大倍数

与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：

差动放大器动态参数计算总结

双端输出时：

单端输出时：

(2)共模电压放大倍数

与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：

双端输出时：

单端输出时：第35页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.2.1基本差分式放大电路

(3)差模输入电阻

不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。

beid2rR=单端输出时，双端输出时，(5)共模抑制比第36页，共61页，2023年，2月20日，星期五讨论：单端输出：KCMR共模抑制能力ro双端输出：共模抑制能力最强；提高电路的KCMR重要因素：

保证电路的对称性；

保证足够大的发射极电阻ro第37页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.2.3FET差分式放大电路：P272，自学6.2.4差分式放大电路传输特性：P277，自学第38页，共61页，2023年，2月20日，星期五讨论1:差分式放大电路实例恒流源IE=(VZ-VBE3)/Re

IC3=(UR2-VBE3)/Re

第39页，共61页，2023年，2月20日，星期五讨论2:设β1=β2=β3=β4=100，VBE1=VBE2=0.7V，VBE3=VBE4=0.6V。求静态时VCE1解：镜像电流源VCE1=2.6V第40页，共61页，2023年，2月20日，星期五

6.4.1CMOSMC14573集成电路运算放大器6.4集成电路运算放大器自学了解第41页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.4.2概述集成电路运算放大电路内部组成原理框图第42页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.4.2概述＋－u-－u+uo－＋＋∞反相输入端u－同相输入端u+输出端uo国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输出电阻小输入电阻大第43页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.4.2运算放大器的组成输入级中间级输出级同相输入端输出端反相输入端+UCC–UEEuou–u+输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差放

。中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。第44页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.4.2通用型集成电路运算放大器第45页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.5集成电路运算放大器的主要参数1.输入失调电压VIO2.输入偏置电流IIB3.输入失调电流IIO4.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/

T5.最大差模输入电压Vidmax6.最大共模输入电压Vicmax7.最大输出电流Iomax第46页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.5集成电路运算放大器的主要参数8.开环差模电压增益AVO9.开环带宽BW

(fH)10.单位增益带宽

BWG(fT)11.转换速率SR第47页，共61页，2023年，2月20日，星期五输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。6.5集成运算放大器的主要参数2.输入失调电压温漂

dVio/dT（输入误差）在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。1.输入失调电压Vio（输入误差）第48页，共61页，2023年，2月20日，星期五4.输入失调电流

Iio

（输入误差）在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。

3.输入偏置电流IB

（输入误差）输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。5.输入失调电流温漂dIio/dT（输入误差）在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。6.5集成运算放大器的主要参数第49页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.最大差模输入电压Vidmax运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。7.最大共模输入电压Vicmax在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。6.5集成运算放大器的主要参数第50页，共61页，2023年，2月20日，星期五

8.开环差模电压放大倍数

Aod

：

无反馈时的差模电压增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益运放可达140dB以上。

9.差模输入电阻rid

：

双极型管输入级约为105～106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。

10.共模抑制比

KCMR

：

KCMR=20lg(Avd/Avc)

(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。6.5集成运算放大器的主要参数第51页，共61页，2023年，2月20日，星期五

11.－3dB带宽

fH

：

12.转换速率SR(压摆率)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为

6.5集成运算放大器的主要参数第52页，共61页，2023年，2月20日，星期五运算放大器外形图第53页，共61页，2023年，2月20日，星期五运算放大器外形图第54页，共61页，2023年，2月20日，星期五6.4特殊集成运算放大器为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的通用型运放外，还有适应不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标上比较突出。根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类，主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和低功耗等几种。第55页，共61页，2023年，2月20日，星期五

用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，可注重fH或fc，用于高速大信号放大时，同时还应注重SR。例如：

CF2520/2525AD9620AD9618

OP37

CF357

一.高速型和宽带型第56页，共61页，2023年，2月20日，星期五

用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。例如：

OP177

CF714

二.高精度