模拟集成电路

6模拟集成电路6.1模拟集成电路中的直流偏置技术6.3差分式放大电路的传输特性6.4集成电路运算放大器6.5实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响6.2差分式放大电路6.6变跨导式模拟乘法器6.7放大器中的噪声和干扰6.1模拟集成电路中的直流偏置技术6.1.1BJT电流源电路6.1.2FET电流源1.镜像电流源2.微电流源3.高输出阻抗电流源4.组合电流源1.MOSFET镜像电流源2.MOSFET多路电流源3.JFET电流源6.1模拟集成电路中的直流偏置技术电流源具有直流电阻小而交流电阻大的特点，在模拟集成电路中广泛地作为负载使用。构成电流源的BJT或FET管工作在放大区，等效直流电阻为同一点电压电流之比，较小。放大区的输出特性曲线近似水平而微有上翘，曲线上任一点(即Ｑ点)的切线斜率很小，而斜率的倒数为交流电阻，即等效交流电阻很大。直流电阻和交流电阻不同。ICQQVCEQ△vDS△iD6.1.1BJT电流源电路1.镜像电流源T1、T2的参数全同即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2

当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略

Io＝IC2≈IREF＝

代表符号6.1.1BJT电流源电路1.镜像电流源动态电阻一般ro在几百千欧以上6.1.1BJT电流源电路2.微电流源由于很小，所以IC2也很小。ro≈rce2（1＋）

（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻）A1和A3分别是T1和T3的相对结面积动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻为高6.1.1BJT电流源电路3.高输出阻抗电流源6.1.1BJT电流源电路4.组合电流源T1、R1和T4支路产生基准电流IREFT1和T2、T4和T5构成镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了微电流源6.1.2FET电流源1.MOSFET镜像电流源当器件具有不同的宽长比时（=0）ro=rds2

MOSFET基本镜像电路流6.1.2FET电流源1.MOSFET镜像电流源用T3代替R，T1~T3特性相同，且工作在放大区，当=0时，输出电流为常用的镜像电流源6.1.2FET电流源2.MOSFET多路电流源6.1.2FET电流源3.JFET电流源end(a)电路(b)输出特性6.2差分式放大电路6.2.1差分式放大电路的一般结构6.2.2射极耦合差分式放大电路6.2.3源极耦合差分式放大电路6.2.1差分式放大电路的一般结构1.用三端器件组成的差分式放大电路6.2.1差分式放大电路的一般结构2.有关概念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其中——差模信号产生的输出——共模信号产生的输出共模抑制比反映抑制零漂能力的指标6.淡2.筋1差分药式放慌大电垄路的画一般弃结构2.有关威概念根据有共模旦信号坚相当脂于两漫个输欺入端蛾信号虏中相台同的绕部分差模捞信号释相当如于两鹅个输讽入端侨信号漠中不时同的弹部分两输倡入端恶中的提共模誉信号垦大小爽相等巴，相椅位相穷同；呢差模剃信号怀大小粥相等槐，相灭位相脏反。6.绪2.纵2射极忧耦合日差分刊式放团大电袖路1.电路泉组成闲及工归作原司理6.偶2.挥2射极妄耦合兵差分这式放滑大电雪路1.电路批组成裳及工荒作原当理静态动态仅输董入差漆模信品号，大小相等，相位相反。大小相等，信号裳被放风大。相位不相反老。1.电路徒组成男及工俘作原牵理2.抑制笋零点茂漂移己原理温度给变化奥和电些源电曾压波岩动，养都将炕使集楚电极叮电流惨产生侮变化雨。且工变化川趋势价是相皮同的失，其效翼果相撞当于沈在两材个输贯入端昨加入精了共挤模信底号。这一轿过程签类似浇于分墙压式视射极堂偏置将电路顽的温惩度稳样定过席程。朋所以何，即歌使电隔路处庙于单岩端输捉出方细式时辰，仍洞有较歉强的县抑制刺零漂腥能力窃。2.抑制秩零点回漂移热原理差分供式放违大电残路对巨共模敏信号择有很到强抑饭制作教用3.主要指指标淋计算（1）差鹊模情垒况接入桃负载本时以双倍的元器件换取抑制零漂的能力<A凑>双入歇、双门出3.主要习指标休计算（1）差族模情雁况<B达>双入杯、单食出接入什负载桶时3.主要劝指标代计算（1）差携模情硬况<C六>单端贤输入等效去于双凉端输饲入指标搂计算云与双尺端输融入相仿同。3.主要热指标赏计算（2）共毙模情洲况<A忌>双端债输出共模持信号夫的输锄入使展两管淘集电疾极电胁压有损相同泄的变幅化。所以共模钓增益<B谅>单端志输出抑制旨零漂获能力麻增强3.主要替指标贯计算（2）共疏模情货况（3）共怪模抑泽制比双端疫输出厦，理毁想情奔况单端行输出抑制修零漂缴能力越强单端趋输出脂时的涌总输饥出电纯压（4）频唤率响菠应高频哥响应饲与共替射电狡路相铺同，森低频们可放丢大直晌流信奥号。例(4认)当输割出接匠一个12茂k负载膨时的摘差模赞电压僵增益领。解：求:(1瓜)静态(2谈)电压各增益(3烦)差分僚电路拾的共航模增屡益共模触输入朽电压不计粱共模再输出吉电压治时(4被)4.带有穴源负弄载的扎射极役耦合从差分捧式放市大电滥路静态IE6IRE出FIO＝IE54.带有旱源负垃载的帝射极皇耦合盗差分仰式放茶大电峡路差模意电压壁增益（负依载开驱路）则单端钱输出表的电冠压增膝益接宇近于虑双端曲输出津的电慨压增交益4.带有闹源负棋载的骗射极端耦合袜差分服式放乡丰大电池路差模雕输入寒电阻Rid＝2rbe输出电阻4.带有确源负歉载的取射极牌耦合市差分敢式放缴大电始路共模苍输入竖电阻Ric＝rbe＋2(绣1＋β)ro56.汪2.扬3源极裁耦合也差分罢式放宋大电踩路1.蚕C狐MO皇S差分状式放烧大电港路6.余2.有3源极乱耦合删差分馒式放阁大电耗路1.刮C底MO沫S差分葡式放希大电善路双端奏输出甩差模可电压程增益而:所以：6.桂2.焰3源极蔑耦合减差分危式放及大电编路1.咳C艇MO司S差分墨式放谦大电哪路单端雄输出宴差模揉电压贷增益vo2＝(id4-id2)(ro2||ro4)＝gmvid（ro2||ro4）(ro2||ro4) ＝gm(ro2||ro4)与双端帆输出淋相同en愚d＝gm(rds兴2||rds逐4)6.营3差分销式放催大电证路的桑传输强特性根据iC1=iE1，iC2=iE2vBE半1=vi1=vid/2vBE锡2=vi2=-vid/2又vO1＝VCC－iC1Rc1vO2＝VCC－iC2Rc2可得薯传输预特性扶曲线vO1，vO2＝f（vid）vO1，vO2＝f（vid）的传乱输特尤性曲组线en置d6.两4集成脾电路商运算险放大祖器6.杏4.总1竭C鲜MO名S答MC优14霸57晕3集成呜电路姨运算廉放大转器6.店4.神2毁B涨JT境LM民74烂1集成应运算临放大姓器6.童4.厦1胸C兔MO松S挑MC图14趁57邻3集成印电路悄运算杜放大宣器1.电路故结构嫩和工咱作原技理2.电路先技术嫩指标奶的分剑析计肌算(1垄)直流园分析已知VT和KP5，可求湖出IRE乔F根据络各管登子的烦宽长谷比，可求鹊出其秋他支悔路电壳流。(2姜)小信栏号分台析设gm1=gm2=gm则2.电路浙技术擦指标芬的分娱析计墙算输入级电压增益(2斥)小信池号分只析2.电路碰技术锯指标笛的分蜡析计娃算总电压增益Av

=

Av1·Av2

Av2=vo/vgs7

=－gm7(rds7||rds8)

第二级电压增益将参数代入计算得Av

=

40804.8（92.2dB）6.粉4.竞2迈B粉JT绿LM鸽74邻1集成剃运算辱放大挤器原理小电路简化启电路en酷d6.该4.牢2翁B宁JT套LM候74击1集成虎运算糖放大尘器6.尽5实际违集成探运算步放大庭器的挥主要励参数企和对躺应用甲电路柴的影黑响6.鸦5.致1实际舰集成斥运放液的主安要参碑数6.烘5.毫2集成钞运放腊应用酸中的扮实际才问题6.翻5.源1实际尽集成助运放役的主炸要参婶数输入木直流适误差柳特性节（输狡入失你调特逼性）1.输入较失调楼电压VIO在室隙温（25盈℃）及投标准钩电源根电压艺下，守输入鞠电压每为零樱时，航为了运使集记成运轿放的烈输出茄电压府为零芽，在涌输入尘端加夕的补冰偿电养压叫草做失泄调电塞压VIO。一般岂约为±（1～10）mV。超低尚失调州运放疗为（1～20）V。高精姓度运厨放OP蹄-1地17VIO=4玩V。MO程SF搜ET达20污m史V。2.输入关偏置决电流IIB输入壳偏置命电流汪是指仰集成伪运放尚两个斗输入柔端静览态电束流的息平均雀值IIB＝（IBN＋IBP）/2BJ价T为10nA～1A；MO涌SF甘ET运放IIB在pA数量券级。6.粥5.瓣1实际罗集成干运放波的主剧要参即数输入由直流堡误差立特性敏（输纹入失羽调特勿性）3.输入遍失调杯电流IIO输入落失调贴电流IIO是指居当输丝式入电江压为局零时差流入丝式放大充器两俊输入爱端的桑静态物基极防电流塘之差凭，即IIO＝|IBP－IBN|VI＝0一般抛约为1nA～0.鱼1A。4.温度文漂移（1）输羽入失龙调电染压温羊漂VIO/T（2）输陷入失冷调电腰流温吼漂IIO/T6.唐5.吧1实际兄集成绒运放秧的主徐要参水数差模漏特性1.开环茶差模家电压志增益Avo和带于宽BW开环艰差模著电压呜增益Avo开环闭带宽BW(fH)单位乳增益悄带宽BWG(fT)741型运放AvO的频率响应6.赤5.争1实际挖集成挠运放帖的主暗要参娃数差模营特性2.差模姨输入素电阻rid和输碗出电旋阻roBJ抹T输入姓级的醒运放rid一般想在几什百千盘欧到锄数兆粮欧MO暂SF什ET为输主入级续的运抛放rid＞1012Ω超高旦输入窃电阻昌运放rid＞1013Ω、IIB≤0齿.0奔40掉pA一般碍运放皆的ro＜20右0Ω，而超辞高速AD单96零10的ro＝0.刮05心Ω。3.最大群差模织输入袋电压Vid秀ma滤x6.称5.鱼1实际捎集成棍运放洽的主吃要参匹数共模幕特性1.共模授抑制汤比KCM凝R和共竭模输饼入电删阻ric一般晴通用死型运搭放KCM黎R为（80～12磁0）dB，高精耽度运侦放可协达14越0d目B，ric≥1立00蛾MΩ。2.最大祸共模搜输入评电压Vic来ma绝x一般筒指运匹放在扣作电替压跟范随器少时，穴使输覆出电狱压产遮生1%跟随也误差触的共义模输饥入电霉压幅鹊值，脊高质雹量的殿运放炸可达±13模V。6.上5.资1实际搞集成闻运放绑的主闷要参斧数大信跑号动比态特走性1.转换铜速率SR放大快电路创在闭杆环状泳态下坡，输毁入为掏大信亩号（习例如唐阶跃卵信号狱）时丢，输文出电俭压对仓时间住的最居大变是化速照率，单即若信择号为vi＝Vimsi幼n2ft，则运放咐的SR必须晚满足SR≥2捐πfma趣xVom6.饼5.腥1实际妈集成机运放拣的主截要参涂数大信补号动舅态特翠性2.全功荒率带捕宽BWP指运铅放输暮出最讨大峰味值电邪压时望允许研的最挤高频欲率，顾即SR和BWP是大著信号管和高猾频信猾号工节作时呢的重倘要指喝标。晶一般痰通用薪型运伯放SR在nV册/s以下达，74腊1的SR=0艰.5载V/s，而艘高速荐运放菌要求SR＞30悉V/s以上鼠。目剧前超念高速沾的运防放如AD盗96鸣10的SR＞35肃00植V/s。电源因特性1.电源丈电压爸抑制黎比KSV赠R衡量册电源旗电压数波动他对输恼出电疫压的扰影响2.静态网功耗PV6.展5.腿1实际激集成霜运放侧的主吩要参伸数1.集成额运放努的选里用根据赢技术危要求到应首豪选通涂用型纪运放骗，当没通用模型运迷放难枪以满强足要湖求时愿，才拥考虑屋专用戒型运陵放，深这是冷因为醋通用漆型器秒件的纺各项敬参数泥比较散均衡揉，做肆到技取术性伟与经姓济性雨的统梁一。痕至于少专用林型运富放，悄虽然隶某项扛技术刃参数招很突监出，尿但其傲他参谈数则障难以疼兼顾澡，例城如低叼噪声斤运放丛的带罩宽往乌往设球计得手较窄舌，而园高速姓型与北高精帮度常逗常有侍矛盾缝，如叙此等另等。6.捕5.狂2集成赖运放忆应用物中的孝实际宜问题2.失调体电压VIO、失调茶电流IIO和偏看置电幅流IIB带来芽的误机差6.远5.寄2集成干运放诵应用舟中的昆实际菌问题输入满为零树时的谦等效胖电路解得数误差刷电压当时，可以消除偏置电流引起的误差，此时当电震路为栗积分障运算销时，即换成电容C，则时间塌越长斯，误差差越尿大，裤且易巴使输心出进叉入饱桂和状羞态。引起的误差仍存在en谈d3.调零刑补偿6.动5.费2集成道运放外应用盲中的晚实际辱问题（a）调零电路（b）反相端加入补偿电路6.衰6变跨尤导式填模拟砍乘法域器6.灯6.弓1变跨自导式亩模拟霞乘法其器的拍工作搁原理6.缎6.枣2放模籍拟乘监法器拦的应籍用6.瘦6.驾1变跨端导式案模拟撕乘法脖器的向工作咸原理1.变跨资导二冰象限魔乘法弟器与差眠分式钉放大朱电路塘的差诉别：（a）原政理电避路娃（b）同需相（铅或反熊相）却乘法企器代辱表符妈号电流双源iEE受输植入电指压vY的控夸制6.品6.越1变跨责导式舅模拟拌乘法塞器的趟工作贩原理1.变跨额导二睁象限罚乘法翅器单入声双出睁方式即又所以6.特6.澡1变跨狼导式膛模拟两乘法大器的榨工作刺原理1.变跨造导二倍象限厨乘法煤器对于T3、T4构成奴的镜够像电绕流源众，当vY>>VBE时所以其中（乘卫法运货算）而由vY控制榴跨导gm变化，所孤以称桑为变殖跨导欣乘法摄器6.辱6.东1变跨寸导式登模拟魂乘法基器的迁工作环原理1.变跨烂导二夜象限声乘法蓄器电路桨的最狱后输缺点椅：精度垫差vY必须慌大于0V，只惰能实基现两浇个象届限的顽乘法巴运算6.鱼6.等1变跨舱导式兵模拟扩乘法荐器的缘瑞工作仿原理2.双平歇衡四升象限趴乘法勤器T1、T2和T3、T4为两场个并捉联的抄差分资式电蹦路，T5、T6为压少控电年流源坡电路选。由于所以而iC1＋iC2＝iC5，iC4＋iC3＝iC66.队6.暖1变跨凳导式员模拟并乘法荡器的估工作耕原理2.双平氏衡四悦象限灭乘法评器同理又i1,行3＝iC1＋iC3，i2,歉4＝iC2＋iC46.文6.正1变跨妨导式童模拟蛋乘法踏器的配工作兰原理2.双平估衡四区象限泉乘法距器最后段可得当vX<<虽2VT、vY<<到2VT时其中（乘恋法运姑算）信号辜大时台增加他非线虽性补壳偿电隶路1.运算伙电路6.柱6.租2放模纸拟乘境法器和的应轿用乘方1.运算吩电路6.悟6.炸2放模返拟乘怠法器苗的应刊用除法只有蔽当vX2为正愚极性第时，鹅才能绣保证角运算笔放大蚀器是杨处于普负反波馈工腰作状称态，笛而vX1则可仅正可称负，俯故属裳二象朵限除谣法器绩。利用演虚短眠和虚壁断概衫念有得由乘勇法器吨的功砖能有1.运算始电路6.闹6.树2放模堵拟乘废法器鼠的应首用开平弯方利用跟虚短蛙和虚离断概桥念有得由乘提法器磨的功躬能有vi必须库为负叨值时通，电拢路才唉能正始常工义作。2.压控易放大饼器6.丛6.熔2放模帮拟乘返法器包的应野用乘法母器的健一个犯输入法端加参一直招流控麻制电惕压VC，另捐一输梁入端踪蝶加一仁信号何电压vs时，辨乘法丢器就授成了层增益茎为KVc的放展大器盗。当Vc为可抚调电扫压时君，就棒得到满可控高增益害放大减器。调制烧和解佩调在图通信螺、广薯播、银电视威和遥迟控等便领域惧中得尤到广凭泛的震应用魔。利堪用模廊拟乘饶法器蝴的功我能很法容易根实现磨调制绢和解给调的撕功能旬。3.调制虏解调en匙d6.姑7放大蔑电路议中的好噪声尿与干帆扰6.单7.宏1放大众电路寨中的鞋噪声6.懒7.绵2放大顶电路泛中的晒干扰6.湾7.断1放大岂电路帝中的锡噪声1.噪声匹的种堤类及死性质（1）电限阻的腿热噪味声由电苦子无态规则虽热运忽动而婶产生电随时奋间而念变化拐的电郑压称弹为热算噪声汽电压部。一个子阻值彻为R（Ω）的镜电阻温未接狸入电堂路时势，在状频带音宽度B内所承产生厚的热好噪声乎电压庙均方绪值为K——玻耳幕兹曼旧常数始，T——热力厘学温亮度（K），B——频带珠宽度亡（Hz）。功率付和电散压的方形式苍分别俩为6.肢7.效1放大驰电路治中的皮噪声1.噪声虎的种瓜类及委性质具有方均匀贱的功份率频厕谱的他噪声送称为宏白噪块声热噪理声电爹压密毒度热噪予声电雷压本程身是碌一个辈非周胶期变艳化的鸣时间拖函数注，它阻的频膀率范盐围是奏很宽家广的夕。因仓而噪现声电妄压Vn将随碧放大魄电路麦带宽据的增渔加而倘增加券。所英以在赖设计剃放大霸电路娇时要隆综合难考虑侄增益于、带衬宽等辜诸多思因素低。热噪部声的食功率批频谱桃密度（1）电凶阻的腿热噪候声6.隐7.宗1放大越电路蚕中的债噪声1.噪声丙的种房诚类及熟性质①错热噪引声由于迅载流留子不鸦规则槐的热丧运动醒通过BJ捷T内三疯个区阴的体岩电阻标及相身应的倾引线括电阻载时而半产生辆。其缸中rbb所产谜生的修噪声清是主举要的税。FE矮T主要僚是沟湿道电捉阻的请热噪符声。（2）三春极管仙的噪钱声6.淘7.钱1放大束电路屿中的揉噪声1.噪声笑的种碧类及旦性质（2）三情极管蜂的噪芹声②他散粒弄噪声由于捆通过史发射箩结注车入到北基区伴的载探流子养数目逮，在佣各个瓦瞬时我都不眯相同委，因樱而引懒起发疑射极添电流税或集皆电极送电流壁有一比个无创规则颗的波呈动，判产生源散粒露噪声立。散服粒噪蝇声电颜流为q——每个件载流望子所逆带电薯荷量捧的绝石对值征，I——通过PN结电义流的劲平均蛙值，B——频带壶宽度挺。散粒横噪声堪具有丘白噪焰声的武性质6.狮7.贝1放大邮电路挖中的贡噪声1.噪声扒的种题类及唇性质（2）三守极管狂的噪修声③讲闪砾裤噪声这种怪噪声戏与频戒率成已反比池，故揭又称斤为1/f噪声议或低糊频噪云声。JF划ET的噪屿声主贩要来箩源于雄沟道纯电阻搂热噪妨声，MO培SF侵ET的1/f噪声秃较严哈重，堪因而寄低频做时MO止SF烦ET比JF反ET的噪翼声大福。一胞般而从言，FE茫T的噪惊声比BJ添T小。币此外清。电仁阻元宴件中吹碳膜有电阻说的1/f噪声堤最大洲，绕折线电那阻的1/f噪声旦最小朝。集成售运放敢的噪时声，束是由岸组成投运放筛内部套电路蜻的元扫器件丢产生寸的噪幸声源乖以及若内部纱电路统连接尊的噪凤声源前累计扩的结夹果。怖一般付是通鹅过实堆验方炎法进英行测榨量。6.邀7.蹈1放大激电路密中的罪噪声2.放大同电路剂的噪炕声指浪标——噪声题系数定义其中AP为功率鞠增益放大己电路来不仅氏把输据入端扮的噪颂声进赞行放旺大，材而且先放大暑电路仓本身踪蝶也存颤在噪馅声。贩所以梦，其霞输出快端的燃信噪壁比必荷然小铺于输连入端按信噪介比。当NF用分铺贝（dB）表截示时6.要7.