1、6.2 集成電路中的電流源,6.3 差分式放大電路,6.1 集成電路運算放大器概述,6.4 集成電路運算放大器的主要參數(shù),6 集成電路運算放大器,*6.5 專用型集成電路運算放大器,*6.6 放大電路中的噪聲與干擾,集成電路: 將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)體基片上。,集成電路的優(yōu)點：,工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。,集成電路的分類：,模擬集成電路、數(shù)字集成電路；,小、中、大、超大規(guī)模集成電路；, ,6.1 集成運算放大器概述,集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點,1. 電路元件制作在一個芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。,2. 電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到20千歐，精度

2、低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。,3. 幾十 pF 以下的小電容用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。,4. 二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。,運算放大器的方框圖,對輸入級的要求：盡量減小零點漂移,盡量提高 KCMRR , 輸入阻抗 ri 盡可能大。,對中間級的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。,對輸出級的要求：主要提高帶負載能力，給出足夠的輸出電流io 。即輸出阻抗 ro小。,通用型集成電路運算放大器,end,簡化電路,ri 大: 幾十k 幾百 k,運放的特點：,KCMRR 很大,ro ?。簬资?幾百,A o 很大: 104 107,運放符號：,國際符號,國內(nèi)符號,6.2 集成電路中的恒流

3、源, 鏡像電流源, 多路電流源, 電流源作有源負載, 微電流源,電流源的要求：有足夠大的動態(tài)內(nèi)阻；對溫度的敏感度極低；能對抗電源電壓或其他外因的變化。歸納起來就是電流源電路應(yīng)具有不受外界因素影響的恒流特性。,而且可用它取代電阻作為放大器的負載，是集成運放中應(yīng)用最廣泛的單元電路之一。,電流源電路不僅可用作各種放大電路的恒流偏置 (為放大電路提供穩(wěn)定的偏置電流)，,電流源種類很多，但有一個共同的特點即,直流等效電阻小，交流等效電阻很大，且具有良好的恒流特性。 （電流源的恒流特性決定于電流源輸出電阻的大小，輸出電阻越大，恒流效果越好）,1. 鏡像電流源,恒流特性,IC2看作IREF的鏡像。,越大，集

4、電極電流 與基準電流的偏差越小。例， =100時，兩者的偏差為2%,由圖可知，,1. 鏡像電流源,交流電阻（可由小信號等效電路計算）,由于T2的集電極電流基本不變。所以交流量,一般Ro在幾百千歐以上,1. 鏡像電流源,精度更高的鏡像電流源,由于增加了T3，減小IB對IREF的分流，提高了IC2與IREF互成鏡像的精度。,2. 微電流源,所以IC2也很小,3. 多路電流源,4. 電流源作有源負載,共射電路的電壓增益為：,對于此電路Rc就是鏡像電流源的交流電阻，,因此增益為,比用電阻Rc作負載時提高了。,end,放大管,定性分析電路,說明T1,T2在電路中的作用.,例題,6.3 差分式放大電路,

5、直接耦合放大電路, 零點漂移, 電路組成及工作原理, 抑制零點漂移原理,6.3.1 概述,6.3.2 基本差分式放大電路,6.3.3 FET差分式放大電路,6.3.4 差分式放大電路的傳輸特性, 差分式放大電路中的一般概念, 主要指標計算, 幾種方式指標比較,6.3.1 概述,1. 直接耦合放大電路,既可放大直流信號，也可放大交流信號,2. 直接耦合放大電路存在的問題,a.零點漂移：,主要原因：,溫漂指標：,鑒于集成工藝難以制作電感和較大的電容，集成運算放大器都要采用直接耦合方式,溫度變化引起，也稱溫漂（電源電壓波動也是原因之一）,溫度每升高1度時，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入

6、漂移電壓值。,b.前后級Q點相互影響,例如,若第一級漂了100 uV，,則輸出漂移 10 mV 。,若第二級也漂了100 uV，,則輸出漂移 1V+10 mV 。,假設(shè),第一級是關(guān)鍵,3. 減小零漂的措施,用非線性元件進行溫度補償,調(diào)制解調(diào)方式。如“斬波穩(wěn)零放大器”,采用差分式放大電路,漂了 100 uV,漂移 10 mV+100 uV,漂移 1 V+ 10 mV,漂移 1 V+ 10 mV,共模抑制比,反映差放抑制共模信號的能力,4. 差分式放大電路中的一般概念,根據(jù)上面兩式有,差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖,差模信號,共模信號,差模電壓增益,共模電壓增益,總輸出電壓,差模信號輸出,共模信

7、號輸出,KCMR (dB) =,(分貝),6.3.2 基本差分式放大電路,1. 電路組成及工作原理,靜態(tài),對稱性結(jié)構(gòu)、恒流源式（或電阻式）長尾,雙端輸出電壓,單端輸出電壓,uo1 = uo2 = UC1 = UC2,動態(tài),1. 電路組成及工作原理,差模輸入信號： ui1 =- ui2 =ud,(較大),設(shè)uC1 =UC1 +uC1, uC2 =UC2+uC2,差模電壓放大倍數(shù)：,長尾的電流、電壓增量為零，即長尾對差模信號短路。,因ui1 = -ui2， uC1 =-uC2, uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 =,2uC1,大小相等，極性相反,共模輸入信號： ui1 = ui2 =

8、 uC,理想情況：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0,共模電壓放大倍數(shù)：,（很小),在電路對稱（或匹配）時，雙端輸出共模信號完全被抑制掉了；電路匹配性較差或從單端輸出也能抑制共模信號（恒流源動態(tài)內(nèi)阻R0）,電路的匹配精度越高，長尾電阻越大，差分放大電路抑制共模信號的能力越強。由于恒流源動態(tài)內(nèi)組很大故其具有很強的共模抑制能力。,差分式放大電路對差模信號有放大作用，對共模信號有很強抑制作用。,（大小相等，極性相同）,2. 抑制零點漂移,溫度變化和電源電壓波動，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢是相同的，其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。,uo= UC1 - UC2 = 0,

9、uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0,當 ui1 = ui2 =0 時：,當溫度變化時：,長尾的作用：,T C,（1）直流負反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點,（2） R0對共模信號有抑制作用（原理同上，長尾電阻越大，差放抑制共模信號的能力越強）,（3） R0對差模信號相當于短路,ui1 =- ui2 ，,設(shè),ui1 ,ui2 ,ib1 ,ib2 ,ie1 ,ie2 ,IE不變,ie1 = - ie2 ,3. 主要指標計算,差動放大器共有四種輸入輸出方式:,1. 雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出）,2. 雙端輸入、單端輸出（雙入單出）,3. 單端輸入、雙端輸出（單入雙出）,4.

10、 單端輸入、單端輸出（單入單出）,主要討論的問題有：,差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù),差模輸入電阻,輸出電阻,3. 主要指標計算,（1）差模電壓增益,接入負載時,（雙入、雙出交流通路）, 雙入、單出, 雙入、雙出,接入負載時,RL中點為交流地點位,3. 主要指標計算,（1）差模電壓增益, 單端輸入,可認為ro支路開路，指標計算與雙端輸入相同,（2）共模電壓增益, 雙端輸出,共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。,所以,共模增益, 單端輸出,抑制共模能力增強,流過長尾的電流是兩管電流之和，計算中長尾電阻應(yīng)加倍,如果任意輸入ui1 、ui2同時作用,uC + ud/2,uC - ud/2

11、,結(jié)論:當兩輸入端有任意輸入時,相當于共模輸入和差模輸入共存,（3）共模抑制比,雙端輸出，理想情況,單端輸出,越大抑制零漂能力越強,單端輸出時的總輸出電壓,（4）頻率響應(yīng),高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號。,/,=|,|,4. 幾種方式指標比較,4. 幾種方式指標比較,Rid,Rod,差模信號作用下的微變等效電路,例題,差分電路中為使輸入為零時輸出也為零，加入了調(diào)零電位器，,已知1 =150，VBE1= VBE2=0.7，其他參數(shù)如圖。,（1）求差模輸入電阻rid，輸出電阻ro，及差模電壓增益AVD,（2）求共模模輸入電阻rid，共模電壓增益AVC及共模抑制比KCMR,解,在實際電路中，電路參數(shù)不可能完全對稱，通常用電位器實現(xiàn)平衡。設(shè)電位器動端在中間位置。,則有,電壓增益,輸入輸出電阻,（1）差模指標,（2）共模指標,電壓增益,輸入輸出電阻,共模抑制比,與共源電路相同,6.3.3 FET差分式放大電路,1. 電路組成,2. 差模增益,3. 差模輸入電阻,end,6.2.3 差分式放大電路的傳輸特性,圖中縱坐標為,6.4 集成電路運算放大器的主要參數(shù),1. 輸入失調(diào)電壓VIO,2. 輸入偏置電流IIB,3. 輸入失調(diào)電流IIO,4