第06章集成电路运算放大器

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1、差分式放大器 集成电路运算放大器中的集成电路运算放大器中的电流源电流源 一、电流源电路的特点：这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。1、BJT、FET工作在放大状态时，其输出电流都是具有恒流特性的受控电流源；由它们都可构成电流源电路。2、在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等3、电流源电路一般都加有电流负反馈，4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性，对电流源电路进行温度补偿，以减小温度对电流的影响。 电 流 源 概 述 退出 电电 流流 源源 概概 述述 2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、 增大动态范围。二、电流源电路的用途：1、

2、给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏置电流，以获得极其稳定的Q点。 3、由电流源给电容充电，可获得随时间线性增长的电压输出。 4、电流源还可单独制成稳流电源使用。 退出 集成电路电流源集成电路电流源 一、一、镜象电流源三极管三极管T1、T2匹配，匹配，则,BE2BE1BE21VVV=bbb IIIIIIRCBCBC()=1222212b 且且RVVIBECCR=，当当b 2时时, IICR2=，IC2和和 IR是是镜镜象象关关系系。 镜象电流源其中：基准电流 是稳定的，故输出电流 也是稳定的。I2CIR 退出T1VCCiC1RT2IRIOiRET3 结构特点结构特点T1管管c c、b b之间插

3、入一射随器之间插入一射随器T3。 电路优点电路优点减小分流减小分流 i ，提高，提高IO作为作为IR镜像的精度。镜像的精度。由图由图b=12B1C1C1RiiiiI)1(21Obb= IR22O2II=bbbb整理得整理得式中式中RVVIBE(on)CCR2=RO= rce2输出电阻输出电阻 退出 二、精密镜象电流源二、精密镜象电流源 三、微电流源微电流源 微电流源电路,接入Re2电阻得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，适用微功耗的集成电路和集成放大器的前置级中。 微电流源2221eEBEBEBERIVVV=IC2 远小于IREF ,。RVICCREF 当R取 几k 时， IREF 为mA量

4、级，而IC2可降至A量级的微电流源。且IC2 的稳定性也比IREF 的稳定性好。222eBEECRVII= 退出 四、比例式电流源四、比例式电流源 在镜象电流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成比例电流源。比例式电流源 因两三极管基极对地电位 e2e1E1E2 e2 E2e1E1BE2BE1e2E2BE2e1E1BE1=RRII R IRIVVRIVRIV 因相等，于是有 退出 五、多路电流源五、多路电流源 通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点电流，即可构成多路电流源。图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流IC2、IC3。 多路电流源

5、退出 MOS镜像电流源与三极管基本镜像电流源结构相似，镜像电流源与三极管基本镜像电流源结构相似，只是原参考支路中的电阻只是原参考支路中的电阻R被有源电阻被有源电阻T3取代。取代。T1VCCT2IRIOT3VSS若若T1 T2性能匹配，工作在饱和区性能匹配，工作在饱和区宽长比分别为宽长比分别为(W/l )1 、( W/l )2根据根据2GS(th)GSOXnD)(2VVlWCi=OD2D1RIiiI=DS1DS3SSDDvvVV=GS1DS1vv=GS3DS3vv=，得得R12O)/()/(IlWlWI=2GS(th)GS1SSDDGS(th)GS113)()/()/(VvVVVvlWlW=2G

6、S(th)GS11OXnR)()(2VvlWCI=其中其中 退出4. 电流源作有源负载电流源作有源负载= =ioV=VVA共射电路的电压增益为：beLc)/(rRRb b 对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻，因此增益为beLV=rRAb b 比用电阻Rc就作负载时提高了。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 退出T1、T2构成的镜像电流源代替构成的镜像电流源代替RC4 。T1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2 电路组成：电路组成：T3、T4构成双端输入单端输出差放。构成双端输入单端输出差放。 电路特点：电路特点： 由镜像电流

7、源知由镜像电流源知C3C2ii当差模输入时当差模输入时C3C4ii=则差模输出电流则差模输出电流C3C4C2O2iiii=当共模输入时当共模输入时C3C4ii=则共模输出电流则共模输出电流0C4C2O=iii 退出T1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2 性能分析：性能分析： 结论：结论：该电路不仅具有放大差模、抑制共该电路不仅具有放大差模、抑制共模的能力，在单端输出时，还获得模的能力，在单端输出时，还获得双端输出的增益。双端输出的增益。2/EECQ4CQ3CQ2CQ1IIIII=由于由于则则TCQm4m3m2m1/VIgggg=)/(ce4ce2m4Lm4drrg

8、RgAv=差模增益差模增益差模输入电阻差模输入电阻ebe4be3bid2)(2=rrrR差模输出电阻差模输出电阻ce4ce2O/ rrR= 退出vi1vi2线性放大电路vo电路完全对称的理想情况：)(21iiVDovvAv=差模电压增益差模信号idv放大两个输入信号之差共模信号)(2121iiicvvv= 差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。差模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相反的信号。共模信号 ：是指在两个输入端加幅度相等，极性相同的信号。 退出q 差模信号差模信号和共模信号和共模信号 差模信号：指大小相

9、等、极性相反的信号。差模信号：指大小相等、极性相反的信号。表示为表示为 vi1 = - -vi2 = vid / 2差模输入电压差模输入电压 vid = vi1 - - vi2 共模信号：指大小相等、极性相同的信号。共模信号：指大小相等、极性相同的信号。表示为表示为 vi1 = vi2 = vic共模输入电压共模输入电压 vic = (vi1 + vi2 ) / 2 任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模 信号之代数和。信号之代数和。 vi1 = vic+ vid / 2vi1 = vic - - vid / 2即即 退出 差分放大电路是由两个特性

10、基本相同的三极管组成，电路参数对称相等。 差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。时，021=iivv静态分析静态分析动态分析动态分析当输入信号为零时，即0=2/21CCCCCE0C21=CCoBECCvvvVRIVVIIii这时，由于电路完全对称。当在电路两个输入端各加一个大小相等，极性相反的信号电压，时，即2/21idiivvv=一管电流增加，另一管电流减小，所以021=CCovvv即在两个输出端有信号电压输出。T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL因电路采用正负双电源供电，则因电路采用正负双电源供电，则 VBQ1 = VBQ2 0

11、 0 估算电路估算电路Q点点T1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ2令令 vi1 = vi2 = 0 0，画出电路直流通路。，画出电路直流通路。2EECQ2CQ1III=EEEEBE(on)EERVVI因此因此CCQ1CCCQ2CQ1RIVVV= 退出抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理零点漂移零点漂移 当放大电路的输入端短路时，输出端还有电压输出。 在差分电路中，温度的变化，电源电压的波动都会引起两管集电极电流、集电极电压的变化，其效果相当与在两个输入端加入了共模信号，由于电路对称，在理想的情况下，输出电压不变，从而抑制了零点漂移。 退出q 差放半电路分析法差放半电路分析法