1、半導(dǎo)體集成電路第三篇模擬集成電路一概念具有對各種模擬量進行處理功能的集成電路，包括了數(shù)字電路以外的所有集成電路。二分類線性電路： 輸出信號與輸入信號之間存在線性關(guān)系，如運放， 電壓跟隨器，放大器等；非線性電路：如乘法器，比較器，穩(wěn)壓器，調(diào)制器，對數(shù)放大器等。三特點品種多，線路復(fù)雜，重復(fù)單元少；電源電壓高（12V ）；工藝復(fù)雜，精度要求高。四發(fā)展概況繼數(shù)字電路之后，六十年代中期迅速發(fā)展，開始稱之為線性電路，后來出現(xiàn)了許多新品種，很多品種超出了線路電路的范疇，沒有歸屬，于是，67 年國際電器委員會（IEC ）正式提出了模擬集成電路的概念。1下面以運放為例看發(fā)展：四十年代：電子管運放，用于計算機中，

2、進行各種數(shù)學(xué)運算，運放由此得名。五十年代：雙極型晶體管運放。六十年代：單片集成運放出現(xiàn)。原始型：A702 為代表，電阻負載；第一代：A709 為代表，標(biāo)志：采用橫向PNP 管；七十年代：第二代：A741 為代表（七十年代） ，標(biāo)志：有源負載；第三代：MC1556 為代表（七十年代） ，標(biāo)志：超管八十年代：第四代：MA 2900 為代表（八十年代） ，標(biāo)志：雙極，MOS 結(jié)合，斬波穩(wěn)零技術(shù)，大規(guī)模。2第十一章模擬集成電路中的特殊元件預(yù)備知識：晶體管平面工藝半導(dǎo)體工藝原理晶體管直流特性晶體管原理11-1 橫向 PNP 管一典型結(jié)構(gòu)及制造工藝在 n 型外延層上， 同時完成發(fā)射極和集電極的硼擴散，然后

3、磷擴散給出基區(qū)引線孔，蒸鋁，反刻。ECBPPPnnn+P由于射區(qū)注入的少子在基區(qū)中沿襯底平行的方向流動，故稱橫向管。二電學(xué)特性：1電流增益：從橫向 PNP 管的結(jié)構(gòu)可知，橫向PNP 管存在兩個寄生縱向PNP 管。3當(dāng)橫向 PNP 管正向有源時VeVB VC V襯底這樣：射區(qū)基區(qū)襯底寄生縱向PNP 管也牌正向有源區(qū)；集電區(qū)基區(qū)襯底寄生管反向截止，可忽略其影響。由于存在寄生晶體管，嚴(yán)重地影響到橫向PNP 管的電學(xué)特性，這也是它質(zhì)量不高的一個重要原因。下面我們采用簡化模型分析橫向PNP 管的 HFE 。假設(shè)：發(fā)射區(qū)均勻摻雜，則均勻注入；忽略 n+埋層上推形成的漂移場影響；橫向及縱向基區(qū)寬度均小于空穴

4、擴散長度。*I PX利用： IC IPX XIBIBX IBYI CI B可得：1WbXAYeWbYeAXbWeY2L2pbbWeX式中： AX 為發(fā)射結(jié)橫向面積；AY 為發(fā)射結(jié)縱向面積；4WbX ， WbY 為橫（縱）向基區(qū)寬度；WeY 為發(fā)射結(jié)縱向深；WeX 為發(fā)射極引線孔到發(fā)射區(qū)邊距離。當(dāng)縱向寄生管基區(qū)寬度WbYLPb 時1WbXAYe1eAXbWeYLpbbWeL按照一般的設(shè)計數(shù)據(jù)：Xjc（eY ）3 mWN BS51018 / cm3NBC11015 / cm3WbX8WbY15WeL10計算值10RO 150/b5cm事實上，執(zhí)照上述設(shè)計數(shù)據(jù)制作的橫向管，其放大倍數(shù)要大得多，目前國

5、內(nèi)水平一般在50 以內(nèi)，國外約為100。5偏差的原因：發(fā)射區(qū)非均勻注入；Na-Ndebcppmn+b： n+ 隱埋層上推形成對少子（空穴）縱向的阻滯區(qū)，減小了寄生縱向管的作用。提高的途徑：橫向結(jié)面積盡可能大，縱向結(jié)面積盡可能?。ㄈQ于圖形設(shè)計及結(jié)深設(shè)計）；：射區(qū)（硼）深擴散；：提高注入效率；eb：表面鈍化（減小表面復(fù)合）；：間隙埋層，埋層為高復(fù)合區(qū)將增加縱向基區(qū)復(fù)合電流（使I增大，下降），采用間隙埋層則是一種折衷的辦法；：采用場助PNP 管，外加電場，提高橫向發(fā)射結(jié)有效偏置。事實上， 所有的這些措施都受到條件及其它元件特性的限制，在實際工藝中，往往是通過減少污染，表面吸雜與鈍化，增大硼擴散結(jié)深

6、來控制。6另外，由于橫向PNP 管基區(qū)濃度低，發(fā)生大注入效應(yīng)（基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，大注入自建電場，有效基區(qū)擴展效應(yīng)）的臨界電流密度小，且由于縱向無效注入，使其電流容量較小 5A /m 。一般采用最小設(shè)計尺寸時，認(rèn)為有效電流不得超過0.5 1mA。2擊穿特性：PN 結(jié)有三種地窖機構(gòu)：熱擊穿（漏電） ，隧道擊穿（重摻雜） ，雪崩擊穿（輕摻雜）；對橫向 PNP 管，屬雪崩擊穿。由于基區(qū)電阻較大，雪崩擊穿電壓較高，當(dāng)cb 結(jié)反偏時，耗盡區(qū)擴展很嚴(yán)重，以至尚未達到cb 結(jié)擊穿電壓，而ce 結(jié)已穿通。因此橫向PNP 管的擊穿特性實際上是ce 結(jié)的穿通電壓。采用突變結(jié)近似：qNBWbX2VPT2 0 si3頻

7、率特性：由于基區(qū)寬度大，渡越時間長，且存在寄生晶體管效應(yīng)，頻率特性較差，一般為幾兆赫。7三橫向PNP 管常用圖形兩個特點： ：基區(qū)為外延層， 因而基區(qū)等電位的管子可置于同一隔離島；：只有發(fā)射結(jié)正對著收集極的側(cè)面積才對有貢獻， 因而圖形設(shè)計中總是以集電區(qū)圍繞著發(fā)射區(qū)。據(jù)此，我們可以采用一個基極制作出多個發(fā)射極和集電極，也可以根據(jù)需要，以多個集電極圍取一定比例的發(fā)射區(qū)側(cè)面積，來制作成比例的多個共基極晶體管，還可按設(shè)計要求，制作具有固定的電流放大倍數(shù)的晶體管。1單個橫向PNP 管圓形結(jié)構(gòu)：特點：發(fā)射結(jié)周界小，有利于減小復(fù)合電流，且消除了棱角電場。環(huán)形結(jié)構(gòu)：特點：在同樣擴散深度下，發(fā)射結(jié)側(cè)面積與縱向面

8、積之比較大。從版圖尺寸考慮：發(fā)射區(qū)面積要?。ㄌ岣遞T ，）； WbX 全程（兼顧fT ， VPT ）；基區(qū)引線孔靠近射區(qū)，且面積大（減小Rb ）。2多集電極橫向PNP 管特點：共用基、射極，各集電極I C （）之比正比于它們所正對的射區(qū)8側(cè)面積之比。3可控增益橫向PNP 管特點：將多個集電極中的一個與基極短接形成負反饋，穩(wěn)定電流增益，此時增益由版圖定。4多發(fā)射極，多集電極橫向PNP綜合：1橫向PNP 管受基區(qū)寬度及寄生效應(yīng)影響，增益較低，1050，頻率特性較差，幾MH 。2其擊穿特性受穿通電壓限制，約幾十伏。3版圖設(shè)計采用集電區(qū)圍繞發(fā)射區(qū)，以盡量利用其有效射區(qū)側(cè)面，且采用埋層結(jié)構(gòu)。4大電流特性

9、較差。5工藝與NPN 管相容，簡便，可簡化電路，因而獲廣泛應(yīng)用。911-2 縱向 PNP 管在模擬集成電路中，在某些場合下，要求PNP 管具有較高的耐壓和較大的電流容量。 例如輸出管， 要求具有額定輸出電流，耐壓大于電源電壓，這時，橫向晶體管難以勝任。這里，我們介紹縱向PNP 管。一襯底PNP 管1結(jié)構(gòu)及其制造工藝：P 型襯底作為集電極，n 型外延層作為基區(qū)，硼擴散形成發(fā)射區(qū)。EBCnP+nP-s2電學(xué)特性：電流增益晶體管原理P104 導(dǎo)出了 NPN 型均勻基區(qū)晶體管的為：1eWbWb2b Lpe2Lnb變換到 PNP 管，并利用eR eLpe10得：1R eWbWb22Lpbb顯然，對于縱向

10、PNP 管來說： Wb 較大，因而較低；R e 較大，注入效率不夠高；影響了電流增益。書中對典型設(shè)計數(shù)據(jù)下縱向PNP 管的電流增益作了計算。提高的途徑：工藝上避免玷污，吸雜，鈍化，以提高少子壽命。選擇適當(dāng)?shù)幕鶇^(qū)寬度。加 p 隱埋層，在基區(qū)形成少子的加速場。適當(dāng)調(diào)整硼擴散濃度及外延層電阻率。擊穿特性縱向 PNP 管的 cb 結(jié)實際上就是隔離結(jié)，一般擊穿電壓在100 V 以上，設(shè)計中不需改善。大電流特性與橫向 PNP 管類似，襯底PNP 管的基區(qū)寬度大，基區(qū)濃度低，容易發(fā)生發(fā)射極電流集邊效應(yīng)和基區(qū)電導(dǎo)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，不同的是，襯底PNP 管沒有11寄生晶體管，但其集電區(qū)濃度較低，容易發(fā)生有效基區(qū)擴展

11、效應(yīng)，因此其電流容量也較小，一般取10A /m 。頻率特性由于沒有寄生晶體管的影響，襯底PNP 管的頻率特性優(yōu)于橫向PNP 管，一般為 10 M 左右。D pb fT 2 b Wb2fT 決定于 Wb3襯底 PNP 的圖形由額定電流決定發(fā)射極條長，可取梳狀；基區(qū)包圍發(fā)射區(qū)，以降低Rb ；集電極從隔離槽引出。二三重擴散PNP 管1結(jié)構(gòu)與制造工藝在普通 NPN 管的基礎(chǔ)上再擴p發(fā)射區(qū) p基區(qū) n集電區(qū) p122特點：具有雙重隔離性能，因而所有這種晶體管可置于同一島上； n 濃度已很高，由于受固濃度限制，p 區(qū)域的濃度難以提高到獲得滿意的發(fā)射注入效率；基區(qū)重摻雜，少子壽命低；圖形尺寸大，寄生電容大。

12、這樣，既增加了工序，又難以得到滿意的晶體管，因而極少采用。1311-3 超 管在模擬集成電路中，差動放大器是一個基本單元電路，差分對的質(zhì)量直接影響到電路的性能。回顧差分對電路，有兩個重要指標(biāo)Ri ， I IO差模輸入電阻：dVid(VB 1 VB 2 )RidI CdI B顯然從兩端看到的差模阻抗應(yīng)為單管的阻抗的兩倍。（差模信號輸入相當(dāng)于兩管 be 結(jié)串聯(lián)）Ri2rbe 2rbb(1 )re 2(1 )re于是： redVBE1dI EdI EdVBEqVBEI EI ESe nKT于是renKTqI ER2(1) nKT2nVTiqI EI B失調(diào)電流： I IOI B 1I B2可見，在保

13、證一定的工作電流（I C ）時， I B 越小，差分對的指標(biāo)越高。這可從兩方面達到。一是線路設(shè)計，如達林頓復(fù)合管輸入，場效應(yīng)管輸入。14二是工藝措施，增大輸入管值，由此產(chǎn)生超管。所謂超管，一般1000 ，當(dāng) I C 幾十A 時， I B 為 nA 數(shù)量級。下面我們討論超IB 管。一提高的主要途徑對緩變基區(qū)晶體管：1D pe NBWb2SAWIWbSbreDnb N E Lpe5DnbnbAE DnbI neR2SAWIe1WrebSbR bLnbAE DnbI ne第一項表示了注入效率，從實際考慮，受固社會濃度限制，R e 不能無限R b制減小，當(dāng)NE5 1020 時，由于重摻雜效應(yīng)，有效濃度

14、反而降低，且射區(qū)內(nèi)俄歇復(fù)合迅速增加，使注入效率降低。第二項表示基區(qū)輸運系數(shù)，通常 NPN 管 Wb1，故這一項對影響很小。第三項表示基區(qū)表面復(fù)合，第四項表示發(fā)射結(jié)勢壘區(qū)復(fù)合，可以從設(shè)計及工藝上將其影響減小到最小。分析可知， 對第三項的要求，超管與普通NPN 管相同， 這就意味著超管的關(guān)鍵仍在注入效率與基區(qū)車運系數(shù)。我們將第一項再作變換153穿通型超1eWb1 Wb2.ex jeLnb顯然：盡可能減小Wb ，不但使基區(qū)輸運系數(shù)達到幾乎等于零而且同時提高了注入效率，可大大地提高值。在足夠大的基區(qū)輸運系數(shù)的前提下，降低基區(qū)摻雜濃度，提高注入效率?；耍纬啥N超管二穿通型超管1設(shè)計思想：這種超管的設(shè)

15、計思想是減小Wb ，以降低 BVcbo 、 BVceo 為代價來獲得高值，由于 Wb 很小，當(dāng)cb 結(jié)反偏時，勢壘區(qū)很快擴展過基區(qū)，而造成ce 穿通，故稱穿通型。2工藝： a：兩次磷擴散在普通 NPN 管的射區(qū)加一次磷擴散，將射區(qū)推深， 減小 Wb ，得到超管。b：兩次硼擴散超管的硼擴散與普通NPN 管硼擴散分別進行，使超管的硼擴結(jié)深較淺，再一起擴磷。管特點16a：基寬調(diào)制效應(yīng)明顯，特性曲線呈掃帚形；b：穿通電壓低，約27V ；c：為減小基區(qū)及發(fā)射結(jié)勢壘表面復(fù)合，在版圖設(shè)計上，通常采用圓形發(fā)射區(qū)，及大面積金屬覆蓋；d：線路設(shè)計中，通常使超管 bc 結(jié)偏置為接近0V 。這樣首先是保護其不被擊穿，

16、其次降低了基寬調(diào)制效應(yīng)，再就是避免了I cbo ，提高了溫度穩(wěn)定性。三離子注入超管a：設(shè)計思想：降低基區(qū)雜質(zhì)濃度，提高注入效率，獲得高值。b：工藝首先離子注入p ，高溫推深，形成基區(qū)，再擴硼，在p 周圍形成p 環(huán)，一方面避免p 表面反型造成ce 穿通，另一方面作基區(qū)的歐姆接觸。擴磷形成17發(fā)射區(qū)。c：特點：由于采用離子注入，成本較高，但重復(fù)性好，工藝上容易控制。只要基區(qū)少子壽命較長，Wb 可較大，穿通電壓比較高。18 11-4 隱埋齊納二極管模擬集成電路中，有些基本單元電路，如基準(zhǔn)電壓，源電路，電平位移電路等，常常利用一個二極管的反向特性，來獲得一個比較穩(wěn)定的電壓，這種二極管稱為齊納二極管。直

17、流電路中，當(dāng)前一級的工作點發(fā)生偏移時，會被放大傳輸?shù)较乱患?，因此，許多多級放大電路中包含有內(nèi)穩(wěn)壓源，提供穩(wěn)定的工作點。在這些電路中，對齊納二極管的共同的要求是：a：動態(tài)內(nèi)阻小，以避免大電容退耦；b：擊穿電壓穩(wěn)定；c：噪聲小。對于普通齊納二極管，其特性并不令人滿意。大家知道，不良的表面狀態(tài)會使PN 結(jié)擊穿電壓降低。普通齊納二極管PN 結(jié)的一部分暴露于表面，受到SiO2 中電荷及界面態(tài)的影響，因此擊穿往往在表面首先發(fā)生，形成軟擊穿，且擊穿電壓不穩(wěn)定。由此出現(xiàn)了隱埋齊納二極管，它的設(shè)計思想是：將PN 隱埋于體內(nèi)，從而不受表面狀態(tài)的影響。1擴散法首先進行深硼擴散p ，再按正常工藝擴硼，覆蓋 p ，擴磷

18、覆蓋p ，這樣，19相當(dāng)于兩個PN 結(jié)并聯(lián)，由于濃度的差異，體內(nèi)PN 結(jié)首先擊穿。pnp-np+Pn+P注入襯底2離子注入法：先按正常工藝淡硼擴散及磷擴散，離子注入離子覆蓋 n 并連通 p 。由于注入離子峰值在體內(nèi)，因而體內(nèi)先擊穿。3版圖設(shè)計時應(yīng)采用圓形結(jié)構(gòu)，避免棱角電場造成面部擊穿。20 11-5 集成電路中的電容器模擬集成電路中有兩種類型的電容器：第一類寄生電容：結(jié)電容第二類平板電容：MOS 電容薄膜電容一結(jié)電容一個反偏PN 結(jié)具有與結(jié)相關(guān)聯(lián)的耗盡層電容；一個正偏的PN 結(jié)具有與結(jié)相關(guān)聯(lián)的擴散電容。我們先看一個PN 的等效電路：正偏時，電容兩端呈低阻抗，顯然無法使用；反偏時，主要是CT ，

19、 gI ， RS 起作用，電容兩端呈高阻抗，此時，對于突1N2變結(jié)： CTV為輕摻雜側(cè)雜質(zhì)濃度；為反偏電壓；對于擴散結(jié)，表達式要復(fù)雜得多，但有相類似的關(guān)系。21顯然我們要求與結(jié)電容相關(guān)的PN 具有較大的CT ，較小的 RS 和 gI 。在模擬集成電路中，be 結(jié)電容量最大，但由于Wb 小， Rb 大， Q 值不變，實用價值不大。cs 結(jié)單位面積電容量最小，也不適用，cb 結(jié)電容量適中，串聯(lián)電阻不大（20）采用最多。1bc 結(jié)電容結(jié)構(gòu)如圖示：ABnpn+P零偏時C1 3 10 4 pf /m22當(dāng)要求電容量較大時，可采用pn 并聯(lián)結(jié)構(gòu)。ABn+P+pP+n-n+P-si零偏時3 4 10 3 p

20、f /m2耐壓4.5 V223結(jié)電容的特點：a具有極性，只能使用于反偏狀態(tài)；b串聯(lián)電阻較大，Q 值不高；c存在反偏漏電流，溫度特性差；I R1倍 10O Cd電容量隨電壓變化。二 MOS 電容器1結(jié)構(gòu)： MOS 電容器相當(dāng)于一個平板電容器，在隔離島上擴磷形成下極板，以鋁膜作為上極板，SiO2 作為介質(zhì)，由此稱為MOS 電容。其等效電路如下：對于 MOS 電容器的分析可直接引用半導(dǎo)體物理的結(jié)果。C/Cox多子積累1低頻Cfb反型平帶耗盡交頻開關(guān)信P 型半導(dǎo)體Vg但是在這里，n 濃度非常高，一般近似認(rèn)為電容量不變。230iCMOSA2特點：a無極性；b耐壓高；c精度高；d串聯(lián)電阻小，Q 值高；e面

21、積大，成品率較低。三薄膜電容器薄膜電容器實際上是平板電容器，一般限于需要較大電容量時使用。平板電容器的電容量與介質(zhì)材料及其厚度有關(guān)，采用薄膜電容器，可以自由選擇介質(zhì)材料，因而比之MOS 電容具有更大的靈活性，缺點是增加工序。24 11-6 薄膜電阻器在集成電路中，由于制作方便，一般采用硼擴散電阻，有時根據(jù)電路設(shè)計要求，也采用磷擴散電阻及外延層電阻。硼擴散電阻有其固有的缺點：a難于制作大阻值電阻；b精度不高；c溫度系數(shù)高。因此，對于大阻值電阻，高精度電阻等不太適用。薄膜電阻彌補了這一不足。薄膜電阻器以金屬，合金或化合物為材料，淀積在絕緣層上而形成，可以根據(jù)需要選擇不同電阻率及溫度系數(shù)的材料，以達

22、到電路的要求。薄膜電阻器的優(yōu)點尤在于制作后可調(diào)整阻值，采用激光切割調(diào)整后，精度可達 1%。25綜述：1縱向 PNP 管的擊穿特性，大電流特性，頻率特性均優(yōu)于橫向PNP 管，可用于寬帶放大器，三重擴散PNP。由于制作上的困難，一般不采用襯底PNP，限于使用在集電極接最低電位的場合，圖形設(shè)計上采取基區(qū)圍繞發(fā)射極，以減小 Rb 。2超管分穿通型和離子注入型。穿通型超管采用犧牲BVcbo 、BVceo 為代價來獲得高值，措施是減小Wb ，一方面提高注入效率，另一方面提高基區(qū)輸運系數(shù)，工藝上分兩次硼擴和兩次磷擴兩種，圖形設(shè)計采用圓射區(qū)，大面積鋁覆蓋，使用時使Vcb0 。離子注入超管采用降低基區(qū)濃度的辦法

23、獲取高，比之穿通型， 擊穿電壓有所提高，工藝重復(fù)性更好。3隱埋齊納二極管體內(nèi)高摻雜，表面低摻雜，使PN 結(jié)的擊穿特性避開表面影響，獲得低阻抗，低噪聲，高穩(wěn)定度的擊穿特性，為電路提供一個高質(zhì)量的參考電壓，其制作分集散法和離子注入法，圖形設(shè)計上采用圓形，以消除棱角電場。4擴散結(jié)電容器由于只有極性，漏電，溫度穩(wěn)定性差，容量隨電壓變化，值不高等缺點，應(yīng)用較少。MOS 電容器實際上相當(dāng)于一個平板電容器，由于耐壓，精度高，應(yīng)用廣26泛，但成品率不高。薄膜電容器實際上象是平板電容器，比之MOS 電容器，容量大，Q 值更高，但增加工序。5薄膜電阻采用金屬，合金或化合物作材料，在SiO 2 上淀積而成，其特點是

24、，精度高，阻值可調(diào)整，溫度系數(shù)低。27第十二章模擬集成電路中的基本單元電路引言：盡管模擬集成電路種類繁多， 但大多是由為數(shù)不多的幾種單元電路所組成。這些單元電路中， 有的是隨著模擬集成電路的出現(xiàn)及發(fā)展而產(chǎn)生， 有的則沿用分立元件的線路形式，根據(jù)集成電路的特點加以改進而出現(xiàn)。這些單元電路的共同特點是： 適于集成化生產(chǎn)且充分利用了集成電路中元件的特長。常用的單元電路有：差分電路、雙差分電路、恒流源電路、穩(wěn)壓源電路、有源負載、電平位移電路、阻抗變換電路、雙端輸出變單端輸出電路、輸出級及其保護電路、模擬開關(guān)等。了解了這些單元電路的形式、 特點，掌握了它們的分析方法，我們就可以很容易地分析各種各樣的模擬

25、集成電路。考慮到大家電路知識基礎(chǔ)較薄弱，本章將在教材的基礎(chǔ)上增添一點內(nèi)容，便于下兩章的分析。12-1差分放大器差分放大器出現(xiàn)于集成電路之先，但集成技術(shù)使其性能大大提高。已成為模擬集成電路中應(yīng)用十分普遍，最基本的單元電路之一。由于采用集成技術(shù)，使得差動放大器具有幾個主要優(yōu)點：1、元件特性一致，失調(diào)及溫度很小。（溫度補償）2、用電容機會極少，且可避免大電阻，有利于集成化。3、性能多樣化，作為線性放大器，工作頻率可從直流、音頻、視頻直至甚高頻， 也可作為寬帶放大器，作為非線性電路，具有限幅、 增益控制、 混頻、倍頻、調(diào)制、乘積、檢波等多種功能。28一、差分電路工作原理及主要性能1、小信號特性：如圖示

26、基本差分電路，由兩個完全對稱的半電路組成。兩管靜態(tài)電流取決于VEE 及 RE。（ 1）輸入差模信號情況：Vs1 =Vs2此時， T1 、T2 兩管輸入信號大小相等，方向相反，兩管流過RE 的信號電流也大小相等，方向相反，彼此抵消，RE 上無信號壓降，E 點相當(dāng)于交流接點，稱為虛地點。此時：因電路完全對稱于是：雙端輸出差模電壓增益顯然，單端輸出時：（ 2）單端輸入信號Vs1 =Vs2Vs2 =0此時， T2 相當(dāng)于一個射隨器，其輸出阻抗：RozRoz 通常遠小于RE，因而 RE 的分流作用可以忽略，信號回路為：每個管子所分配的輸入信號均為1/2V S，但極性相反，因而與差模輸入信號具有同樣的性質(zhì)

27、。（ 3）共模信號：Vs1 = Rs2兩管輸入信號大小、方向均等，因而RE 上信號壓降為2ieR E，據(jù)此可作出交流等效電路圖。當(dāng)電路完全對稱時，共模增益。2、傳輸特性： （大信號特性）當(dāng)輸入信號較大時，差分放大器的工作點可能進入非線性區(qū)，這時他的特性需利用傳輸特性進行分析。傳輸特性是指電路輸出電流與輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系。研究它。能幫助我們對整個信號輸入范圍內(nèi)電路的輸出特性有一個全面的了解。291）傳輸特性曲線討論一個采用恒流源的基本差分電路得到傳輸特性：可得到傳輸特性曲線（ 2）傳輸特性曲線的特點a:平衡狀態(tài)b:在平衡狀態(tài)附近，|V i | VT 范圍內(nèi)，線性區(qū)、 Vi 與 I c1 、I

28、 c2 呈線性關(guān)系，這就是通常的小信號線性放大區(qū)域，此時有近似關(guān)系成立當(dāng) |V i | 4VT 時，限幅區(qū)總有一個晶體管截止，電流近似為零，另一晶體管充分導(dǎo)通，受恒流源限制，電流近似，且I C1、 I C2 恒定不變。這表明差分電路在大信號區(qū)具有良好的限幅作用，可構(gòu)成限幅放大器。為過渡區(qū)e:由于始終有I C1+I C2=dI0 ，因此，曲線a、 b 互為鏡象（ 3）傳輸特性線性區(qū)擴寬在某些差分電路中，在 T1、T2 的射極串接有一小電阻，下面討論它的作用。采用圖解法可得到有RE 時傳輸特性曲線圖中， a 為沒有 RE 時的傳輸特性曲線；b 為 RE 的伏一安特性，顯然它為穿過的一條直線。任取

29、I C 軸上一點P，對應(yīng)于 P 點電流， PQ表示此時兩管信號Vi =Vi1 Vi2 ,PS則對應(yīng)于兩RE 上壓降，因此，對應(yīng)于P 點電流，信號壓降應(yīng)等于PQ+PS=PT。 逐點作出，可得曲線 c，即為加 RE 時差分電路的傳輸特性?，F(xiàn)在我們來討論 RE 的影響。傳輸特性線性范圍展寬線性范圍：無 RE時：有 RE時：30增益：由于負反饋作用，增益下降帶寬：設(shè)負反饋系數(shù)為則低頻下半功率點頻率下降為原來的：高頻端上半功率點頻率上升為原來的：上升速率 SQ 提高3、輸入阻抗：定義：顯然，從兩輸端看到的差模阻抗應(yīng)為單端輸入的兩倍：4、跨導(dǎo)與增益：跨導(dǎo)定義為：差模電壓的變化 dvi 與輸出電流的變化 d

30、Ic 的比值 ，它就是傳輸特性曲線的斜率。單端輸出：雙端輸出時：兩端輸出電壓為單端輸出電壓的兩倍，因而在小信號區(qū)域，可以認(rèn)為gm不變，為平衡狀態(tài)時的跨導(dǎo)：平衡狀態(tài)：可見： gm 與溫度有關(guān)gm與工作電流成正比利用第二個特點，可以實現(xiàn)自動增益控制。再討論差分電路的增益：根據(jù)定義：由于對稱性可知，增益與工作電流有關(guān)由此，可設(shè)計出簡單的乘法器電路：5、共模抑制比以上我們討論了理想狀態(tài)下差動電路的性質(zhì)，但實際差分放大器總不可能完全對稱，反映到電路性能中，主要表現(xiàn)在共模抑制比及失調(diào)，下面分別予31以討論。當(dāng)輸入共模信號時當(dāng)電路出現(xiàn)不對稱時定義放大器的差模信號增益與共模信號增益稱為共模抑制比，它反映了差分

31、電路對共模信號的抑制能力。通常用分貝表示：當(dāng)電路完全對稱時但實際電路總是正對稱的提高共模抑制比取決于兩個因素：1：提高元件的對稱性2：加大共模負反饋電阻，擔(dān)受工作電流及電源電壓的限制，故一般采用恒流源來代替RE 。6、失調(diào)1）定義：零輸入時不為零的輸出電壓稱輸出失調(diào)電壓，為得到零輸出所必須加于輸入端的電壓稱為輸入失調(diào)電壓當(dāng)維持靜態(tài)輸出為零時，差分電路兩輸入端偏置電流的偏差稱輸入失調(diào)電流2）失調(diào)的產(chǎn)生先討論 VOS設(shè)差分電路兩輸入端接地忽略二次分量可見 VOS主要由 RC 及 VBE 不對稱引起，當(dāng)不考慮RC 時教材中將 VBE 進一步分析，進而指出了由及不對稱引起的分量。討論 IOS根據(jù)定義：

32、綜上所述，失調(diào)由電路中元件的不對稱所造成，產(chǎn)生元件特性不對稱的原因有： a:對稱元件的幾何開關(guān)、尺寸有差別，或光刻過程中造成幾何尺寸32差別。材料不均勻工藝過程中，摻雜濃度，潔深的誤差差分對管引線電阻的誤差。7、漂移：失調(diào)電壓、失調(diào)電流隨時間、溫度等因素變化的現(xiàn)象稱為漂移，其中主要的是溫度漂移。一般說來，失調(diào)的本身并不可怕，可以通過外部補償而消除，麻煩的是它將隨外部因素而漂移，此時的各部補償反而附加了一個漂移項。在這里我們討論失調(diào)的溫度漂移。首先討論事實上，當(dāng)集成塊工作時，芯片將產(chǎn)生溫度梯度，由此附加有一項溫度漂移。一般情況下：由以上分析可知，減小差分電路的靜態(tài)輸入電流，不僅可以減失調(diào)電流及其

33、漂移，而且可以提高輸入阻抗， 這對改善差分電路的性能起到重要的作用，為此，在基本差分電路的基礎(chǔ)上，以減小輸入電流為目標(biāo)，發(fā)展了多種形式的改進型差分電路。下面略加介紹。二、達林頓差分電路1、電路形式：2、基本特性：A、輸入阻搞需端阻抗為3、特點：在同樣的工作電流下， I B：減少了（ 1+ 1）倍。因此，提高了 2（ 1+ 1）倍調(diào)電流減少了（ 1+ 1）倍b：最大差模輸入電壓增加一倍。33最大 d 曲輸入管 Va bo 決定。：跨導(dǎo)降低d：工藝要求高，須掌握小電流高 技術(shù)。三：互補差分電路1：電路形式2：基本特性a：輸入阻抗b：跨導(dǎo)：3：特點a：利用高性能的npn 管與低性能的pnp 管復(fù)合，

34、實現(xiàn)了npn 的高 使I B 較小， pnp 管共基接法政善頻響。b：由于橫向pnp管 BVebo很高的差摸電壓。四：超 輸入差分電路1：電路形式：2：輸出電壓只高3：特點：補充：雙差分電路一：電路形式三：小信號特性2：增益控制3：混頻器4：鑒相器設(shè)小信號：三、大信號特性利用傳輸特性類似于乘法的分析可得：信號電壓V2 被載波 V2 所調(diào)制3412-1恒流源電路與有源負載對差分電路的討論可以年到，為獲得良好的共模特性。要求RE 越大越好，而 RE 增大，將使工作電流下降，跨導(dǎo)降低，增益gmR隨之降低。在模擬集成電路中，常常采用恒流源的電路，利用其較低的直流阻抗，獲得較穩(wěn)定的偏置電流，利用其較高的

35、交流阻抗可獲得良好的共模特性，此外，采用恒流源作為放大器的有源負載（如差分電路RC）可以提高增益。由于在集成電路中，恒流源的成本比大電阻低很多，而其特性又高得多，故得到廣泛應(yīng)用。一、基本型恒流源1、設(shè)計思想2、電路結(jié)構(gòu)3、原理分析：4、特點：a、溫度穩(wěn)定性好二、比例恒流源：基本思想1、使兩管輸出電流不相等，可采取兩條措施，由此形成兩種比例恒流源：a：設(shè)計中使兩管不對稱b：電路形式上使VBE不相等。2、電路形式3、原理分析：另外、設(shè)計上使兩管不對稱時：此時、由于采用基本型恒流源電路由此，改變兩管射區(qū)面積比，也可獲得比例恒流源。須便指出，若以Ir作輸入端， I 作輸出端，則得到一個放大能力完全取決

36、于兩管射區(qū)面積之比的電流放大電路。35這種電流放大電路的優(yōu)點是：a：在較大的輸入范圍內(nèi)，電流增益不變。b：具有溫度補償，溫度穩(wěn)定性好。c：精度很高。d：頻率特性好。三：小電流恒流源：在模擬集成電路中，偏置電流往往小至微安級，用基本恒流源，Rr在106 數(shù)量級，采用比例恒流源因使適于，故不適用，由此發(fā)了小電流恒流源：1、基本思想：與比例恒流源相同（且取）R1=0 的極端。2、電路形式：3、原理分析：4、特點：對電源電壓抑制性好。溫度系數(shù)很小四：溫度樸償恒流源五： pnp 管恒流源以上討論的npn 管恒流源電路，均適于供給npn 管射極電流，當(dāng)需供給npn 管集電極電流時，可采用pnp 管恒流源電

37、路。原則上講， npn 恒流源的電路形式原理分析均適于pnp 管恒流源電路，只需將極性改正就可以，模擬集成電路中均以橫向pnp 管構(gòu)成恒流源。 由于橫向pnp 管以外還會作為基區(qū)，則所有基區(qū)等電位的晶體管可作于同一隔離島上，而基本型，比例型，小電流型等恒流源均滿足這一要求，因此，可能制作出共基極，共射極，多集電極晶體管作為恒流源，從而大大節(jié)省了硅片面積。此外，橫向 pnp 管具有一個重要的特點，只有正對著集電區(qū)的發(fā)射側(cè)面積才對 有貢獻，也就是說，對于多集電極橫向pnp 管，每一集電極所分配到的電流之比，等于集電區(qū)的發(fā)射側(cè)面積比。因此，特別適于制作比例恒流源。1、基本型恒流源362、可控 恒流源

38、：（比例恒流源）六、場效應(yīng)管恒流源：在很多模擬集成電路中，還常常常用場效應(yīng)晶體管恒流電路。1、基本想思對于一個結(jié)型場效應(yīng)晶體管，當(dāng)漏源電壓超過斷電壓VP 時，漏源電流呈飽和值，其大小由設(shè)計確定。另外， I DS 具有很好的溫度特性。適當(dāng)選擇工作點，可使I DS 具有零溫度系數(shù)。這樣得到一路與電源電壓及溫度均無關(guān)的電流，利用這一路電流作為參考電流，反映出多路輸出電流作為整個電路的靜態(tài)編置電流。2、電路形式：設(shè) T1、 T2、 T3、 T4 特性一次與小電流恒流源的輸出電流表達式類似。電路中，R5 為外區(qū)層電阻，與場效應(yīng)管的阻抗具有同樣的溫度系數(shù)，其作用是保持I o1 的穩(wěn)定，當(dāng)場效應(yīng)管工作于非飽

39、和區(qū)時，設(shè)有則電壓波動來變化。D 點電壓波動：選取 R5 數(shù)值，使得：于是：這樣，即使Ir改變， I 01 仍恒定。R2 是溝通電阻， 它具有比硼擴散電阻R1 、R3 、R4 高得多的正溫度系數(shù)0.5%當(dāng) T VBE3 VB4 T R2 I R2 VR4VB4、 VR4，都將使I 01 ，這樣可以補償輸入級因溫度上升而造成的跨導(dǎo)降低。七、有源負載：1、問題的提出對于晶體管共射放大電路37欲增大電壓增益，可從I C、 RC 兩者看來，增大I C 的困難。I C I B Ri Ios ，且 PW影響電路的其它性能。增大 Rc 的困難。首先大電阻在集成技術(shù)中難以實現(xiàn)。另外，若電源電壓一定，Rc Ic

40、 gm Av仍達不到目的。因此，在這里，我們希望有這樣一種等效負載阻抗。對直流來源，其阻值不大，以保證一定的工作電流，即保證了電路具有一定的跨導(dǎo)。對交流來說，他的阻抗很大，從而有效地提高電路的增益。2、理論依據(jù)分析一個晶體管輸出特性曲線設(shè)晶體管工作在放大區(qū)Q 點，則直流阻抗R-不大且可以調(diào)節(jié)交流阻值VA 稱為厄利電壓， 是一個主要與基寬調(diào)制效應(yīng)有關(guān)的數(shù)值，與 Wb、NB 有關(guān)。對于共射電路：VA一百多伏對于只基電路：VA104可見 R是很大的。因此，在模擬集成電路中，常利用晶體管作為負載，由于是有源元件，故稱有源負載。顯然： R與 VA 有關(guān)。R與晶體管的接法有關(guān)， 采用共基接法時， R為共射

41、接法的 （ 1+B）倍。 R與工作電流Ic 有關(guān)，但有源負載的工作電流就是放大管的工作電流，降低Ic 會使 gm降低。R與負載管射極電阻有關(guān)。如圖所示：相當(dāng)于共基接法383、有源負載的優(yōu)點：顯著提高電路增益。對于多數(shù)放大電路，可以減少電路的級數(shù)達到同樣的增益，這對電路的頻率特性有好處。直流阻抗小，在較低的電源電壓下，可得到合適的工作電流。使得電路的電源運用范圍較大，只要晶體管工作在放大區(qū)，電源電壓變化引起， Vce 的變化幾乎與工作電流無關(guān)。避勉了電阻，有利于集成化。4、電路形式NPN管作有源負載 PNP管作有源負載39第十三章集成運算放大器運放早期被應(yīng)用于模擬計算機中進行各種教學(xué)運算，并由此

42、而得名. 它是模擬集成電路的基礎(chǔ)。隨電子技術(shù)的發(fā)展、運放的功能已遠遠地超出計算機的范圍，而廣泛應(yīng)用于信號調(diào)整， 有源濾波， 人司服系統(tǒng)， 程序控制、 非線性函數(shù)發(fā)生器等各領(lǐng)域，已成為線性電路中最通用的一種。13-1運放的基本概念一、運放的概念運放本質(zhì)上是一個具有高增益， 深度負反饋的直流放大器， 以電子線路的角度出發(fā)，其圖示如下：AV 表示一個高增益直流放大器，Z、Zf 構(gòu)成外加反饋網(wǎng)絡(luò)，為滿足負反饋，AV 為負。引入一個重要結(jié)論：深度負反饋放大器的特性取決于反饋網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)，而與內(nèi)放大器Av 幾乎無關(guān)。于是，也可以說：運放本質(zhì)上是一種輸出、輸入信號函數(shù)關(guān)系受外加反饋條件嚴(yán)格控制的器件。下面以負

43、反饋的觀點證明這一點將上框圖略作修改：40可知，這是一個電壓并聯(lián)負反饋放大器.Zf 折算到輸入端Z fiZ fZi1AV于是：I B0I fI gVI B Zi0虛地這樣：VgI g ZVOI f Z fVZ f VOZg二、運放的結(jié)構(gòu)1、對稱電路結(jié)構(gòu)： （原始型第三代）差分對輸入中放（單端化）射隨器偏置電路電平位移輸出特點：電路簡單，集成度低。2、斬波穩(wěn)零結(jié)構(gòu)： （第四代）A1為主放大器A2輔助放大器信號通道：41高頻A1輸出低頻A2特性：AVdAV1d AV 2dVOS1VOSVOS2VOS2AVd 2經(jīng)典斬波穩(wěn)零運放中，A2 是斬波器調(diào)制的交流放大器，可以保證 VOS20 .動態(tài)校零斬波

44、器穩(wěn)零運放中，以具有任意VOS的直耦放大代替A2 ，整個放大器工作過程分兩個節(jié)拍，一個對校正失調(diào)電壓的校正電壓進行記存的誤差記存節(jié)拍。另一個是放大，較零節(jié)拍，與此同時，利用輸出采樣保持電路保證V0 的連續(xù)性， 這樣 Vos2 及漂移被周期性地較正到零，保證了 Vos 及漂移近于零。交流前置輸出放大器采樣 /保持放大器in低通濾波器斬波前置放大器斬波調(diào)制器放大器調(diào)制器漂移校正電路2KHZ 激勵源誤差記存節(jié)拍：當(dāng)Vin 輸入時，斬波放大器輸出與C17 相接放大較零節(jié)拍：當(dāng)Vin 接地時，斬波放大器輸出與C9 相接。三、主要參數(shù)定義：1、開環(huán)電壓增益：42運放無反饋時，差模電壓放大倍數(shù)AVdVO10

45、4 106Vi1 Vi 2KVd20lg AVd80 120dB2、共模抑制比運放開環(huán)時，差模電壓增益與共模電壓增益之比CMMRAVd46AVc10 10通常以分貝表示：CMRR20lg AVd80 120dBAVc3、輸入阻抗Rin運放開環(huán)時，兩輸入端之間差模阻抗4、輸出阻抗：R0開環(huán)時輸出阻抗5、輸入偏置電流I B6、輸入失調(diào)電流的I OS 及溫漂I OSI B 1IOSI B 2T7、輸入失調(diào)電壓及溫漂VOS: 使 VO=0 時，兩端所加補償電壓VOST8、帶寬：單位增益帶寬fcp-3 分貝帶寬fc最大功率帶寬f pp此外還有上升速率SR43建立時間最大差模、共模輸入電壓靜態(tài)功耗等。其中

46、某些重要的指標(biāo)后面將作專門介紹四、理想運算放大器1、 AVd2、 CMRR3、 Ri4、 開環(huán)帶寬5、 SR6、 IOS，IOS0T7、 VOS， VOS0T8、噪聲 0目前水平在許多場合， 并不要求許多指標(biāo)都十分完美，而僅對某一方指提出特殊要求，由此，在通用型的基礎(chǔ)上，派生出一個分支，專用型運放。低漂移型：A725VOS0.5A O CI OS 0.5nA O CTT低功耗型：735POM0.1AmW高速型：A772SR65VS高輸入阻抗型：A740Ri106 M 13-2運放的頻率特性及頻率補償44一、放大器的開環(huán)頻率特性1、單極點傳輸函數(shù)的頻率特性。討論一個單管共射電路，將各種寄電容等效

47、為一集電極至地電容c，則其增益11AV fgm RC /j CgmR1j C設(shè) gm 與 f無關(guān)且f p1RC2則AV fgmRgm RAVOe j 為一單極點傳輸函數(shù) .1j ff2f p1f p幅頻頻性AVOAV2f1f p相頻特性arctanff p2、單極點傳輸函數(shù)波德圖。將幅頻特性及相頻特性分別繪出曲線以直觀地了解其性質(zhì)由關(guān)系式有：45AVOf1f pAV fAVO3dBf1f pAVO20lg ff1f pf p004509003db806040200.14590為簡便起見，近似用折線代替曲線。AVOAVfAVO20lgff p00450 DEC900f1f pf1f pf1f p

48、-20db/DECf10100fpff pff pf0.1 f p0.1 f pf10 f pf10 f p46這種近似法由H、 W、 Bode 提出，故名波德圖。3、多極點傳輸函數(shù)的Bode 圖運放問題一個多級放大器討論一個三級放大器，這一放大器的每一級均為單極點傳輸函數(shù)，則放大器為一具有三極點傳輸出數(shù)的電路。AV fAV 1 f AV 2 f AV 3 fAVO1AVO 2 AVO 3ej 1232221fff1f p21f p1f p3設(shè) f p1f p2f p3顯然，對幅頻特性：ff p1AVAVOf p1ff p 2斜率20dB DECf p 2ff p 3斜率40dB DECff

49、p 3斜率60dB DEC對相頻特性 :f0.1 f p 1000.1 f p1ff p100450f p1ff p24501350f p 2ff p31350 2250f p 3f10 f p32250 2700f10 f p 32700總相移2700波德圖如下：47-20db/DEC80-40db/DEC60Q1/f40-60db/DEC20Fp1Fp2f1 Fp345 90 -90 45 -135 -180 -180 45 -225 -270 二、閉環(huán)穩(wěn)定性1、閉環(huán)穩(wěn)定條件：設(shè)運放處于閉環(huán)狀態(tài)，反饋系數(shù)為FAfAVf1AVfF當(dāng)環(huán)增益AVfF1時， Af.此時，放大器處于自激振蕩狀態(tài)，其

50、物理意義為隨頻率增大，放大器及反饋網(wǎng)絡(luò)可產(chǎn)生附加相移。當(dāng)附加相移達180時，負反饋變?yōu)檎答?，反饋量足夠大時，產(chǎn)生自激振蕩。臨界振蕩條件：AVfFAVf F1118002n1于是閉環(huán)穩(wěn)定條件：1800 時 ,AVf F 1;或 AVfF1時 ,1800 .482、閉環(huán)特性：放大器加入負反饋后，其幅頻特性及相頻特性叫閉環(huán)特性。未加負反饋時，稱開環(huán)特性設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生附加相移，反饋系數(shù)F 為常數(shù)。則低頻范圍內(nèi),AVf很大 . 通常有 :AVfF1Aff1F為一不隨頻率變化的常數(shù)，在波德圖中為一水平直線，與開環(huán)幅頻特性交于 Q1 點，表示在此頻率下，閉環(huán)增益等于開環(huán)增益，此時AVf1Af f11FA

51、Vf1F1當(dāng) ff1 時 ,AVf F 1;ff1 時 ,AVfF 1.注意到：AffAVfAV f1AVfFf1 時，隨 f 增大時， AV f 不斷下降 .可近似認(rèn)為AffAVf于是可以近似地描述放大器的閉環(huán)特性：當(dāng) ff1 時 ,為一水平直線;f1 1 時 , 與開環(huán)幅頻曲線重合 .f1 稱閉環(huán)特性的極點頻率或稱閉環(huán)帶寬頻率，這時開環(huán)附加相移為1 .3、閉環(huán)穩(wěn)定性閉環(huán)特性別法 . （近似判別法）由閉環(huán)穩(wěn)定性條件49AVf F1時 ,1800 .看閉環(huán)特性：ff1AVfF11ff1AVfF11ff1AVfF11欲使閉環(huán)穩(wěn)定，應(yīng)有11800 .為保證在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠，一般應(yīng)取一定余量，一

52、般?。涸鲆嬖Ａ? 12dB(1800 )相位裕量200 400( AF1)為方便起見，我們?nèi)∠辔辉Ａ?5 .認(rèn)為 | 1 | 135時，閉環(huán)穩(wěn)定，從波德圖上可直接看出。f1f p 2，則可確保穩(wěn)定，亦即交點1 在開環(huán)幅頻特性的20dB DEC 處為Q穩(wěn)定，否則認(rèn)為是不穩(wěn)定的。尼奎斯特性判別準(zhǔn)則（嚴(yán)格）根據(jù) AVfF 為 f 的函數(shù)，可在復(fù)平面上畫出動點P 隨 f 變化的軌跡，這樣得到的曲線為Nyguist曲線。而臨界振蕩條件對應(yīng)于復(fù)平面上點（-1 ，0） .Nyguist判別準(zhǔn)則：如果AF閉合曲線包含或通過點（-1 ， j 0 ）則放大器不穩(wěn)定，否則是穩(wěn)定的。對三極放大器可畫出尼奎斯特曲線如下

53、無物理意義-1.0 AfAvFo1+Af曲線進入單位園內(nèi)表示AF11 進行正反饋.50Nyguist判別法包含兩種穩(wěn)定條件的判別法，但仍需取一定的增益或相位裕量才能應(yīng)用于實際電路。三、運放的頻率補償技術(shù)1、單電容補償（頻帶壓縮技術(shù)，主導(dǎo)極點補償，滯后補償）這種補償?shù)年P(guān)鍵在于人為地在放大器中引入一點主導(dǎo)極點，使環(huán)路增益為 1 時，迫使附加相移小于-135 。1/FQQf fp1 f1 fp1fp2fp3補償前f1f p 2,補償后f1f p 2,11350不穩(wěn)定 ;11350穩(wěn)定 .這種補償?shù)奶攸c是使得低頻附加相移增加，故稱滯后補償。由于犧牲運放的頻率特性為代價，開環(huán)時，運放的帶寬遠小于原來的帶

54、寬，閉環(huán)時，回路反饋效益在fp 1 處就開始下降。簡單電容補償R1C1RpAvAv將補償電容加于某一級輸出端此時 f p11C2 R1C1欲使補償后閉環(huán)穩(wěn)定，則ff p2 , 取臨介點 f f p 2 .511f p2AVF此時AVOFC CC12 R1f p2密勒電容補償對于簡單電容補償, 通常要求 C 10 4 pf ，只能外接，利用密勒效應(yīng)，可大大減小 C ，使得可采用集成技術(shù)，直接做在芯片中，如A741，采用一個30pf 密勒電容CmAv等效到輸入端，相當(dāng)于輸入端并聯(lián)一大電容，1 AV CM.2、 RC 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)補償， （極點 - 零點補償）其特點：壓低第一極點的同時，消除第二極點，使

55、運放帶寬有所改善，但仍壓低了第一極點頻率，因此仍屬滯后補償，設(shè)有一個三級放大器，第一極點輸出等效電容產(chǎn)生。在其輸出端并聯(lián)一Rc 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)R1RLRC1CLC此時ZAV 1fAVO1 R1ZZC1/ RC設(shè)R1 R,CC1, 則521jR CAV 1 fAVO1jRC11這樣，在放大器中引入一個新的極點1和一個零點12 RC12 R C選擇適當(dāng)?shù)?R , C 使得由此產(chǎn)生的零點正好消去第二個極點. 即 :f p212 R C則改變了放大器的幅頻特性。R , C 串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用密勒效應(yīng)，跨接于某一級的輸出、輸入端。3、超前補償（微分較正）特點是，在放大器中引入一個零點，使該零點正好消去一個極點（一

56、般為第二極點），減小了高頻附加相移，故稱超前補償。CRLCL中提供高頻通道，減小了高頻附加相移，也減小了高頻增益下降，從而實現(xiàn)超前補償，AV 2 fAVO 21jR2CjR2C C21一般 CC2,1jR2 CAV 2 fAVO2 1j R2 CAVO 2這樣消除了第二極點達到了補償?shù)哪康摹?3 13-3大信號運放的瞬態(tài)特性一、根據(jù)以上分析：運放采用對稱電路結(jié)構(gòu)，即差分輸入級以減小零點漂移。采用頻率補償以避免自激振蕩。由此產(chǎn)生一個特殊問題：輸出電壓的上升取決于對補償電容的充電，而充電電流又取決于差分級的輸出電流，由差分電路傳輸特性可知，當(dāng)大信號輸入時，將出現(xiàn)電流飽和，因而輸出電壓響應(yīng)速度受電流

57、飽和限制，因而提出了大信號瞬態(tài)響應(yīng)問題。二、考查一個典型運放結(jié)構(gòu)-20db/DECfpGBW主導(dǎo)極點 : f p12 RLC設(shè)完全補償 :AV fAVOAVOf pff p2ff1f pGBWAVO f pAVOgmRL 2 RL Cgm2RLC2 C給運放加一信號，Vi為階路信號。54iCgmVidVOCMiCdtdVOgm VidtCM1、小信號狀態(tài)：dVOgm VdtiCM即輸出電壓上升速率正比于Vi 的大小 .詳細分析如下：dtCMdVgmViOtr0.9VO1dVO0.1VOgm2 Vi2 CM0.9VO0.1VO0.9VO0.1VO12dVOf p AVOVi12dVOf pVO1

58、ln 0.9VO ln 0.1VO 2f p0.35f p上升時間不變 , VidVOVOdt2、大信號狀態(tài)：dVOI MdtCM即隨 Vi, 出現(xiàn)電流飽和I M , 此時 dVO 達到最大值 .dt定義：輸入大信號階躍電壓時，輸出電壓的上升速率為轉(zhuǎn)移速率（壓擺率）55SR。3、總結(jié)：a:只有 Vi 為大信號狀態(tài)時，響應(yīng)才受SR限制，否則受小信號頻率特性限制。SR 是 VO 的最大值。T大電容負載時 SR由輸出電流決定SRIO (max)CLSR 的限制與閉環(huán)組態(tài)無關(guān)，而響應(yīng)速率的變化與閉環(huán)組態(tài)有關(guān)。SR 與 GBW成正比。三、功率帶寬f p設(shè)一大信號正弦波，其最大斜率出現(xiàn)于通過OV處。dV2

59、fVpdt max欲使波形不發(fā)生失真，應(yīng)使dVSRdtmax定義：峰值電壓達到最大輸出電壓時，運放輸出不失真，正弦波的最高頻率為功率帶寬f p ，顯然，此時：SR2f pVmaxSRf p2Vmax5613-4A741 分析A741為第二代通用運放，其標(biāo)志是采用有源負載一、原理分析：輸入級： T1、 T2、T3、T4互補差分T5 、 T6、 T7、 R1 、 R2 、 R3 、 射隨緩沖恒流源作有源負載，同時完成單端化。注意； T7 的作用：緩沖作用負反饋VCB5I C7IB5, IB6使 T5、T6不進入飽和 .V c6 =Vc5 =2VBE，向 T16 、T17 提供偏置，并作溫度補償。中

60、間放大級： T16、 T17 達林頓管T13 有源負載R12 泄放電阻輸出級： T14 、 T19 互補輸出T18 、 R7、R8 提供靜態(tài)偏置T15 、 R9 正向限流保護R10 平衡正負向輸出阻抗T20 、 R11 負向限流保護偏置網(wǎng)絡(luò)： T12 、 R5 、 T11 主偏置回路57T10 、 T11 、 R4 小電流恒流源T12 、 T17 基本型恒流源T8 、 T9 與輸入管改進型恒流源2、主要參數(shù)分析：輸出電壓幅度不考慮負載，取臨界飽和 , Vcb 0VOMVCC VBE14 I E 14R9 14.3VVOMVEE VBE17 VBE 16 VBE 19 I E 17R 11 I