第四章集成运放内部电路设计文档ppt
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
有源负载的特点
(1)采用有源负载的放大器具有很高的电压增益。 (2) 有源负载放大器的增益与电源电压无关。 (3) 可以大大节约芯片面积。
4. 2. 3 电流源的主要应用----有源负载 有源负载共射放大电路
Au1
rce1//rce2//RL RBrbe1
有源负载射级跟随器
4．3 差分放大电路
4.1 集成运放电路电路概述
集成电路(IC：Integrated Circuit)是在同一块微 小的硅片上经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等 工艺，将电阻、二极管、晶体管、场效应管及小电 容和它们之间的连线组成的完整电路制作在一起， 最后再进行封装，形成的一个实现特定功能的完整 电路。
集成电路分类： 通用型运放： 专用型运放：高阻型、高速型、高精度型、
4.3.1 零点漂移现象
所谓的零点漂移，就是当 输入信号为零时，输出信号是 一个随时间变化，漂移不定的 非零信号
4.3.2一般差分放大电路的特性分析
结构特点: 结构高度对称, 有两个输入端,两个输出端,
1、抑制零漂原理
IC1
T (C)
IC1
I E1
IC2
IE2
IC2
2IE
U Rg
U BE1
I B1
4、共模抑制比
K CMR
Ad Ac
KCMR
dB 20lg
Ad Ac
差模电压增益越大，共模电压增益越小， 则共模抑制能力越强，抑制零漂的能力愈强， 放大电路的性能越优良。
5、典型差分放大电路及四种工作方式
（a）双端输入、 双端输出
（b）单端输入、 双端输出
（c）双端输入、 单端输出
（d）单端输入、 单端输出
U BE 2
IB2
2、差模信号和共模信号
两端输入信号大小相同、极性相反的信号称差模信号u id
uidui1ui22ui1
两端输入完全相同的信号称为共模信号u i c
uic
ui1
ui2 2
任意信号：当 ui1 ui2 时，称它们为任意信号， 任意信号可以分解为差模信号和共模信号之和
ui1
ui1 ui2 2
4. 2. 2 场效应晶体管组成的电流源 T1一定工作于恒流区 T1、T2的电性能完全相同 IREFID 1ID 2U D DR U G S
ID nC 2OXW L(UGSUGS(th))2
I D1 W1 / L1 I D 2 W2 / L2
MOS多输出电流源电路 ID 1W 1/L 1,ID 1W 1/L 1,ID 1W 1/L 1 ID 2 W 2/L 2 ID 3 W 3/L 3 ID 4 W 4/L 4
ui1 ui2 2
uic
12uid
ui2
ui1 ui2 2
ui1 ui2 2
uic
12uid
式中
Hale Waihona Puke uidu i1 u i2
u ic
u i1
ui2 2
3、差模增益和共模增益
差模电压增益定义
Ad
u od u id
共模电压增益定义
Ac
u oc u ic
总的输出电压
u o u o du o cA d u id A cu ic
1 1N
多集电极晶体管电流源
3.比例电流源
U B E 1IE 1R 1U B E 2IE 2R 2
UBE1 UBE2
IE1R1 IE2R2
I IC2IE2R RE E1 2IE1R RE E1 2IREF REF
UCC UBE1 R R1
4.微电流电流源
IC 2IE 2R 1 E 2(U B E 1 U B E 2)R U E T 2lnIIE E 1 2
6.改进型电流源-----加射随器隔离的电流源
利用 T 3 的隔离和电流
放大和作用，减少了基极 电流 I B1 和 I B 2 对基准电流
I REF 的分流作用，
IC2
IC1
IREF
IB3
IREF
IE3
1
IREF
2IB2
1
IREF
2IC2
1
IC22 11 IREFIREF
改进的多输出镜像电流源
例 对于N沟道FET组成的电流镜，宽 长比的比值为2：4：10＝1：2：5， 所以有
IO2 2IREF IO3 5IR，EF
P沟道FET电流镜的宽长比的比值 为2：10：4＝1：2：5，所以有
IO4IO35IREF
IO 55IO 325IREF
IO 62IO 310IREF
4. 2. 3 电流源的主要应用----有源负载
反向输入
ui1
差动输入级
ui2 同向输入
中间放大级
输出级
uo
1.输入级
偏置电路
输入电阻高、差模电压放大倍数大、共模信号抑制能
力强、静态电流和失调偏差小。
2.中间级 提供足够大的电压放大倍数，多采用共发射极(或共源极)
3.输出级 提高输出功率、降低输出电阻(即提高带负载能力)、减小 非线性失真和增大输出电压的动态范围。
IC
IE
UB
UBE R3
ROU IOrce1rbeR3 R3R1||R2
2. 镜像电流源
IREFUCCRUBE1
IC1IC2IREF2IBIREF2IC2
IC2
I
R
E
F
(1
1
2
)
镜像电流源的温度补偿作用
IC2IREFU C C R U BE1U R C C
多路镜像电流源
Ic2
Ic3
Icn
IREF
4.偏置电路 采用恒流源电路.
4.1 集成运放电路电路概述
集成运放的特点：
1.高增益直接耦合放大器 2.尽量用有源器件代替无源元件 3.利用对称结构改善电路性能 4.广泛采用复合管 5.温度稳定性较高 6.集成度高，功耗小
4.2 集成运放电路中的电流源电路
1.单管电流源电路
UB
R2 R1 R2
UCC
IC2
UT RE2
ln
IREF IC2
RE2
UT IC2
ln IREF IC2
5.威尔逊电流源— 负反馈型电流源
IREFUCCUB RE3UBE2
IC 1 IR E F IB 3 IR E F IC 3/
IE3IC2IB1IB2IC12
所以
因为
IE3
IC3
1
IC 3 IR E F 1 2 2 2 2 IR E F (2 2 22 2 )IR E F
低温漂型、低/微功耗型、高压大功率型 特定功能运放：仪表用放大器、缓冲放大器、
隔离放大器等。
4.1 集成运放电路电路概述
集成运放的特点：
1.高增益直接耦合放大器 2.尽量用有源器件代替无源元件 3.利用对称结构改善电路性能 4.广泛采用复合管 5.温度稳定性较高 6.集成度高，功耗小
4.1 集成运放电路电路概述 集成运放的组成：
6、基本工作原理 (1) 静态分析
IE 1QIE2QI2 R E1 2U ER ( EU E E)U E E 2R e0.7
(1)采用有源负载的放大器具有很高的电压增益。 (2) 有源负载放大器的增益与电源电压无关。 (3) 可以大大节约芯片面积。
4. 2. 3 电流源的主要应用----有源负载 有源负载共射放大电路
Au1
rce1//rce2//RL RBrbe1
有源负载射级跟随器
4．3 差分放大电路
4.1 集成运放电路电路概述
集成电路(IC：Integrated Circuit)是在同一块微 小的硅片上经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等 工艺，将电阻、二极管、晶体管、场效应管及小电 容和它们之间的连线组成的完整电路制作在一起， 最后再进行封装，形成的一个实现特定功能的完整 电路。
集成电路分类： 通用型运放： 专用型运放：高阻型、高速型、高精度型、
4.3.1 零点漂移现象
所谓的零点漂移，就是当 输入信号为零时，输出信号是 一个随时间变化，漂移不定的 非零信号
4.3.2一般差分放大电路的特性分析
结构特点: 结构高度对称, 有两个输入端,两个输出端,
1、抑制零漂原理
IC1
T (C)
IC1
I E1
IC2
IE2
IC2
2IE
U Rg
U BE1
I B1
4、共模抑制比
K CMR
Ad Ac
KCMR
dB 20lg
Ad Ac
差模电压增益越大，共模电压增益越小， 则共模抑制能力越强，抑制零漂的能力愈强， 放大电路的性能越优良。
5、典型差分放大电路及四种工作方式
（a）双端输入、 双端输出
（b）单端输入、 双端输出
（c）双端输入、 单端输出
（d）单端输入、 单端输出
U BE 2
IB2
2、差模信号和共模信号
两端输入信号大小相同、极性相反的信号称差模信号u id
uidui1ui22ui1
两端输入完全相同的信号称为共模信号u i c
uic
ui1
ui2 2
任意信号：当 ui1 ui2 时，称它们为任意信号， 任意信号可以分解为差模信号和共模信号之和
ui1
ui1 ui2 2
4. 2. 2 场效应晶体管组成的电流源 T1一定工作于恒流区 T1、T2的电性能完全相同 IREFID 1ID 2U D DR U G S
ID nC 2OXW L(UGSUGS(th))2
I D1 W1 / L1 I D 2 W2 / L2
MOS多输出电流源电路 ID 1W 1/L 1,ID 1W 1/L 1,ID 1W 1/L 1 ID 2 W 2/L 2 ID 3 W 3/L 3 ID 4 W 4/L 4
ui1 ui2 2
uic
12uid
ui2
ui1 ui2 2
ui1 ui2 2
uic
12uid
式中
Hale Waihona Puke uidu i1 u i2
u ic
u i1
ui2 2
3、差模增益和共模增益
差模电压增益定义
Ad
u od u id
共模电压增益定义
Ac
u oc u ic
总的输出电压
u o u o du o cA d u id A cu ic
1 1N
多集电极晶体管电流源
3.比例电流源
U B E 1IE 1R 1U B E 2IE 2R 2
UBE1 UBE2
IE1R1 IE2R2
I IC2IE2R RE E1 2IE1R RE E1 2IREF REF
UCC UBE1 R R1
4.微电流电流源
IC 2IE 2R 1 E 2(U B E 1 U B E 2)R U E T 2lnIIE E 1 2
6.改进型电流源-----加射随器隔离的电流源
利用 T 3 的隔离和电流
放大和作用，减少了基极 电流 I B1 和 I B 2 对基准电流
I REF 的分流作用，
IC2
IC1
IREF
IB3
IREF
IE3
1
IREF
2IB2
1
IREF
2IC2
1
IC22 11 IREFIREF
改进的多输出镜像电流源
例 对于N沟道FET组成的电流镜，宽 长比的比值为2：4：10＝1：2：5， 所以有
IO2 2IREF IO3 5IR，EF
P沟道FET电流镜的宽长比的比值 为2：10：4＝1：2：5，所以有
IO4IO35IREF
IO 55IO 325IREF
IO 62IO 310IREF
4. 2. 3 电流源的主要应用----有源负载
反向输入
ui1
差动输入级
ui2 同向输入
中间放大级
输出级
uo
1.输入级
偏置电路
输入电阻高、差模电压放大倍数大、共模信号抑制能
力强、静态电流和失调偏差小。
2.中间级 提供足够大的电压放大倍数，多采用共发射极(或共源极)
3.输出级 提高输出功率、降低输出电阻(即提高带负载能力)、减小 非线性失真和增大输出电压的动态范围。
IC
IE
UB
UBE R3
ROU IOrce1rbeR3 R3R1||R2
2. 镜像电流源
IREFUCCRUBE1
IC1IC2IREF2IBIREF2IC2
IC2
I
R
E
F
(1
1
2
)
镜像电流源的温度补偿作用
IC2IREFU C C R U BE1U R C C
多路镜像电流源
Ic2
Ic3
Icn
IREF
4.偏置电路 采用恒流源电路.
4.1 集成运放电路电路概述
集成运放的特点：
1.高增益直接耦合放大器 2.尽量用有源器件代替无源元件 3.利用对称结构改善电路性能 4.广泛采用复合管 5.温度稳定性较高 6.集成度高，功耗小
4.2 集成运放电路中的电流源电路
1.单管电流源电路
UB
R2 R1 R2
UCC
IC2
UT RE2
ln
IREF IC2
RE2
UT IC2
ln IREF IC2
5.威尔逊电流源— 负反馈型电流源
IREFUCCUB RE3UBE2
IC 1 IR E F IB 3 IR E F IC 3/
IE3IC2IB1IB2IC12
所以
因为
IE3
IC3
1
IC 3 IR E F 1 2 2 2 2 IR E F (2 2 22 2 )IR E F
低温漂型、低/微功耗型、高压大功率型 特定功能运放：仪表用放大器、缓冲放大器、
隔离放大器等。
4.1 集成运放电路电路概述
集成运放的特点：
1.高增益直接耦合放大器 2.尽量用有源器件代替无源元件 3.利用对称结构改善电路性能 4.广泛采用复合管 5.温度稳定性较高 6.集成度高，功耗小
4.1 集成运放电路电路概述 集成运放的组成：
6、基本工作原理 (1) 静态分析
IE 1QIE2QI2 R E1 2U ER ( EU E E)U E E 2R e0.7