集成电路运算放大器

集成电路运算放大器第1页，共55页，2023年，2月20日，星期四第六章集成电路运算放大器§6.1集成电路运算放大器中的电流源§6.2差分式放大电路§6.3集成电路运算放大§6.4集成电路运算放大器的主要参数第2页，共55页，2023年，2月20日，星期四镜像电流源的结构+UCCRT1RCT2结构特点：

T1和T2是对管，即所有的特征参数均一致。第3页，共55页，2023年，2月20日，星期四镜像电流源+UCCRT1RCT2IREFIC1IC22IB第4页，共55页，2023年，2月20日，星期四+UCCRT1T2IREFIC1IC2IB镜像电流源的改进Re3T3如果IB与IC相比不能忽略，怎么办？第5页，共55页，2023年，2月20日，星期四微电流源+UCCRT1T2IREFIC1IC22IBRcRe2第6页，共55页，2023年，2月20日，星期四多级放大电路的组成与耦合方式（1）理想放大器的条件：AU=ri=ro=∞∞0riro第7页，共55页，2023年，2月20日，星期四多级放大电路的组成与耦合方式（2）

因为任何一个单管放大电路都不可能同时满足上述要求，故必须利用各单管电路的特点构成多级放大电路。输入级中间级输出级RLRS+-us+-uoui作用：获取信号要求：ri大电路：共集、MOS管电路作用：电压放大要求：AU大电路：共射、共源电路作用：带负载能力强要求：ro小电路：共集、共漏、功率放大电路第8页，共55页，2023年，2月20日，星期四多级放大电路的组成与耦合方式（3）多级放大电路的耦合方式阻容耦合直接耦合变压器耦合第9页，共55页，2023年，2月20日，星期四多级放大电路的组成与耦合方式（4）BCETRCC1ui+-C2uo+-+++UCCRb阻容耦合方式BCETRCC1ui+-C2uo+-+++UCCRb直接耦合方式第10页，共55页，2023年，2月20日，星期四直接耦合电路的优点2）便于集成化。1）不存在耦合电容，可放大直流信号和变化缓慢的信号。第11页，共55页，2023年，2月20日，星期四BCT2RC2C3uo+-+UCCRb2BCET1RC1ui+-Rb1直接耦合电路的问题（1）解决办法：增加RE2

，设置合适的Q点。问题1:前后级Q点相互影响。RE20.7V0.7V导致T1管饱和第12页，共55页，2023年，2月20日，星期四问题

2:零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当

ui等于零时，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2RE2uot0有时会将信号淹没直接耦合电路的问题（2）第13页，共55页，2023年，2月20日，星期四特点：结构对称。基本型差动放大器的结构ui1ui2RCR1T1RBuoRCR1T2RB第14页，共55页，2023年，2月20日，星期四uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0当ui1

=

ui2=0

时：当温度变化时：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2基本型差动放大器抑制零漂的原理第15页，共55页，2023年，2月20日，星期四+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：

ui1=ui2=uC

（大小相等，极性相同）理想情况：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模电压放大倍数：（很小，<<1)但因两侧不完全对称，uo

0差放的共模电压放大倍数AVC第16页，共55页，2023年，2月20日，星期四uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2差模输入信号：

ui1=-ui2=ud

（大小相等，极性相反）(很大，>>1)设uC1=UC1+uC1

，uC2=UC2+uC2

。因ui1=-ui2,

uC1=-uC2

uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1

差模电压放大倍数：+UCC差放的差模电压放大倍数AVD第17页，共55页，2023年，2月20日，星期四结论：任意输入的信号ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。差模分量和共模分量ui1=uic+0.5udui2=uic

–0.5ud差模分量共模分量如果第18页，共55页，2023年，2月20日，星期四差模分量和共模分量举例例:ui1=50mV,ui2=-50mV求：uid,uic

，uo

例:ui1=1050mV,ui2=950mV求：uid,uic

，uo

Uo=10000Uid=100Uic=0Uo=10010Uid=100Uic=1000第19页，共55页，2023年，2月20日，星期四例:

Ad=-200Ac=0.1KCMRR=20lg(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMRR=KCMRR

(dB)=(分贝)共模抑制比(CMRR)的定义试一试P2706.2.2第20页，共55页，2023年，2月20日，星期四为了使左右平衡，可设置调零电位器:特点：加入射极电阻RE；加入负电源-UEE

，采用正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE双电源长尾式差放的结构（1）第21页，共55页，2023年，2月20日，星期四双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE双电源长尾式差放的结构（2）第22页，共55页，2023年，2月20日，星期四温度TICIE

=2ICUEUBEIBIC1.RE的作用

设ui1

=ui2

=0自动稳定RE具有强负反馈作用——抑制温度漂移，稳定静态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE双电源长尾式差放的静态分析

第23页，共55页，2023年，2月20日，星期四2.Q点的计算直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=IB

UC1=UC2=UCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IB×RB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1第24页，共55页，2023年，2月20日，星期四输入信号分类(1)差模(differentialmode)输入ui1=-ui2=0.5ud(2)共模(commonmode)

输入ui1

=ui2=uC差模电压放大倍数:共模电压放大倍数:双电源长尾式差放的动态分析第25页，共55页，2023年，2月20日，星期四均压器+UCCRRuouiRCT1RBRCT2RBRE–UEE差模信号输入第26页，共55页，2023年，2月20日，星期四

ui1

ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RE对差模信号不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEEib2ib1ic2ic1iRERE对差模信号作用第27页，共55页，2023年，2月20日，星期四T1单边微变等效电路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E差模信号输入下的微变等效电路第28页，共55页，2023年，2月20日，星期四uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1单边差模：单边差模信号输入下的放大倍数第29页，共55页，2023年，2月20日，星期四若差动电路带负载RL(接在

C1与

C2之间),对于差模信号而言，RL中点电位为0,所以放大倍数：即总的差动电压放大倍数为：双边差模双边差模信号输入下的放大倍数第30页，共55页，2023年，2月20日，星期四ro=2RC

ri

ri

ro输入电阻：输出电阻：RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E差模信号输入下的输入输出电阻第31页，共55页，2023年，2月20日，星期四共模信号输入+UCCuocRCT1RBRCT2RBRE–UEEui

uoc2第32页，共55页，2023年，2月20日，星期四

ui1

ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=ic2RE对共模信号起抑制作用RE对共模信号作用iRE

、uRE

+UCCuocRCT1RBRCT2RBRE–UEEuC

uoc2

uoc1ic1ic2iREuRE第33页，共55页，2023年，2月20日，星期四uocRCT1RBRCT2RB2REuc1

uoc2

uoc1ic1ic2uc22RE共模信号输入下的微变等效电路RCRB2REic1uc1uc2ib1ib1ie1rbe1T1单边微变等效电路第34页，共55页，2023年，2月20日，星期四单边：RCRB2REic1uc1uc2ib1ib1ie1rbe1单边共模信号输入下的放大倍数第35页，共55页，2023年，2月20日，星期四KCMRR

AC

0问题：负载影响共模放大倍数吗？不影响！双边：双边共模信号输入下的放大倍数第36页，共55页，2023年，2月20日，星期四ro=2RC输入电阻：输出电阻：

ri

ri

roRRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E2RE2RE共模信号输入下的输入输出电阻第37页，共55页，2023年，2月20日，星期四双电源长尾式差放的改进理想电流源第38页，共55页，2023年，2月20日，星期四双电源恒流源式差放的结构ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE第39页，共55页，2023年，2月20日，星期四1.恒流源相当于阻值很大的电阻。2.恒流源不影响差模放大倍数。3.恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。恒流源式差放电路的优点第40页，共55页，2023年，2月20日，星期四差放电路的几种接法输出端接法双端单端ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE双端单端输入端接法第41页，共55页，2023年，2月20日，星期四差放电路几种接法的性能比较1.双端输入双端输出的性能指标等于单端输入双端输出的性能指标。看一看P238

表6.2.12.双端输入单端输出的性能指标等于单端输入单端输出的性能指标。3.差模放大倍数单端输出是双端输出的一半。试一试P2706.2.3第42页，共55页，2023年，2月20日，星期四集成电路:

将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；集成电路运算放大器第43页，共55页，2023年，2月20日，星期四1.电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。2.电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。3.几十pF以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。4.二极管一般用三极管的发射结构成。集成电路构造的特点第44页，共55页，2023年，2月20日，星期四UEE+UCC

u+uo

u–反相输入端同相输入端T3T4T5T1T2IS输入级中间级输出级与uo反相与uo同相集成电路运算放大器的原理框图第45页，共55页，2023年，2月20日，星期四（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。集成电路运算放大器的结构第46页，共55页，2023年，2月20日，星期四对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高

KCMRR

,输入阻抗

ri尽可能大。对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io

。即输出阻抗ro小。集成电路运算放大器各级的要求第47页，共55页，2023年，2月20日，星期四R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC

=IC1+IC2

=1IB

+2(1+1)IB

=[1+2(1+1)]IB为减小IB，提高输入电阻，T1、T2采用复合管=IC/IB

=1+

2(1+1)12ICIBIE12IC1IC2IB2第48页，共55页，2023年，2月20日，星期四-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4级：互补对称射极跟随器差动放大器第2级第1级：差动放大器第3级：单管放大器–+极性判断集成运放内部结构举例第49页，共55页，2023年，2月20日，星期四

ri

大:几十k

几百k运放的特点：KC