第6章 模拟集成电路 共60页
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模拟集成电路版图基础讲解62页PPT
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank y制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
《华中科技大学》模拟电子技术课件 第06章 模拟集成电路
Ri2 = rbe3 + (1 + β 3 ) Re3 = 245 .3kΩ
Avd2
β2 ( Rc2 || Ri2 ) = ≈ 50 2( rbe + Rb1 )
Av 2 = −
β3 ( Rc3 || RL ) = − 3 .9 rbe + (1 + β 3 ) Re3
Av = Avd2 ⋅ Av 2 = −195
= [50 × 5 + ( −0.3) × 2.5] × ( −3.9)mV ≈ −972mV
不计共模输出电压时
vO = −975mV
(4) RL = 12kΩ时
β 3 ( Rc3 || RL ) Av 2 = − = −1.95 rbe + (1 + β 3 ) Re3
Av = Avd2 ⋅ Av 2 = −97.5
1 v ic = ( v i1 + v i2 ) 共模信号 2 v′ Avd = o 差模电压增益 v id v ′′ Avc = o 共模电压增益 v ic
其中 v o ——差模信号产生的输出 差模信号产生的输出 ′ 共模信号产生的输出 ′ v o′ ——共模信号产生的输出
总输出电压 v o = v ′ + v ′′ o o
vo1 = − gm vi1 ( ro3 || ro1 ) vid ( ro3 || ro1 ) = − gm 2
VBE2 = VBE1 I C2 = I C1
I E2 = I E1
较大时， 当BJT的β较大时，基极电流 B可以忽略 的 较大时 基极电流I
VCC − VBE − ( −VEE ) VCC + VEE ≈ Io＝IC2≈IREF＝ R R
第6章 模拟集成电路及应用..
u u
注意：1）u+ u–
uo 发生跃变
不再成立 依然成立
Chapter5
2 ） i +＝ i – 0
21
6.2 放大电路中的负反馈
6.2.1 反馈的基本概念
将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或 全部通过反馈网络回送到输入端，并参与对放大的 控制过程称反馈。
无负反馈放大电路方框图
Chapter5
3. 分析运放电路的依据
运放工作在线性区的依据
1 ） u+ u–
Auo
u– u+
– +
+
uo
且uo 为有限值，
uo Auo (u u )
相当于两输入端之间短路，但又未真正短路，故 称 “虚短” 。 2 ） i +＝ i – 0 rid ∴ i+＝i– 0 相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故 称 “虚断”。
缺点： 1）各级工作点相互影响，必须合理解决级间电平 配置问题。 2）产生零点漂移。
9
Chapter5
2、零点漂移 所谓零点，是指放大器的输入信号为零时的输 出电压。 直接耦合电路最突出的问题。
A 放大电路 + uo=0 − uo将离开零点，缓慢地发生 不规则的变化——零点漂移
产生零点漂移的主要原因：放大电路中器件参数随 温度变化而变化，导致静态工作点不稳定。故又称 温度漂移。
负饱和区
18
实际运放电压传输特性
Chapter5
2. 理想运放模型
在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理 想的运算放大器。理想化的主要条件：
1）开环电压放大倍数 Auo rid 2）开环输入电阻
6、模拟集成电路
vic =2(vi1vi2)
+
- 差分 放大
+ vo
-
例：vi15V 19mC V
总输出电压 v o= v o v o A V v iD d A V v iC cvi25V 19mC V
差模电压增益
AVD=vviod
vo vi d
vi
c0
分析思路：叠加定理
vi1
IC2IC1=1IR2EFIRE 问F 题VR C 2 C 若 较小，则分流造成
的误差不能忽略！
同IC 样对1TI1R 的CE点F列IB KC3 L方IR 程：EF2IB1
IC 2IC 1=1IR2EF2 IREF
IR
EFVC
C 2VB R
E1VCC R
为了避免T3的电流过小而使 3下降，
同相输入端 反相输入端
应用背景：电桥测量
R+R
R-R
+
vi1 -
+ -vi2
+
- 差分 放大
+
Vo = AVvi
–
+ vo -
V
R R VV
10V
vi1 2 RV 22 R R 5 V 19 m C V
R-R
R + R vi2 R 2 R R V V 22 V R R 5 V 19 m C V
学习要求
能辨认电路（电流源结 构的变化规律）
会计算电流源的输出 电流（求Q）
多路电流源
电流源用作有源负载
3
iC VCC Rc
ICQ iC
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
1. 概述
恒流源：Rs = ， iO = Is ，与RL无关 三极管工作在放大区，其输出特性 具 有恒流特性。
第06章 模拟集成电路及其应用
版权：孙文生
6.4.2 集成运放的基本输入方式
同相输入
电压串联负反馈
虚短： vN 虚断：
vP vI i N iP 0
vI i1 R1 v v iF O I RF
基本同相输入放大电路
输出量与输入量存在比例关系， 可实现比例运算。
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6.2.1 输入失调参数
输入失调电压VIO
A741典型值：1mV
输入电压为零时，为使运放输出电压为零，在输入端所加的 补偿电压，是表征运放内部电路对称程度和电平配合情况的 指标。
A741典型值：80nA
输入偏置电流IIB
当输出电压为零时两输入端静态电流的平均值。
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SR = 120V/ μ s BWG = 20 MHz
SR = 2200V/ μ S
f H 600MHZ
SR = 1800 V/ μ S BWG 8000 MHZ SR = 17 V/ μ S BWG 63 MH Z BWG 20 MH Z SR = 50 V/ μ S
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工作在传输特性的线性区 构成深度负反馈电路
线性放大电路：实现信号的放大。
运算电路：实现信号的运算。 利用虚短、虚断的概念解题。
运放的非线性应用
工作在传输特性的限幅区 处于开环或者正反馈工作状态
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6.4.2 集成运放的基本输入方式
反相输入
电压并联负反馈
版权：孙文生
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第6章 模拟集成电路81019共99页
T1和T3，T4和T6构成了微电流源
IRE FVCC VEE RV 1BE1VEB4
6.1.1 BJT电流源电路
电流源作有源负镜载像电流源
共射电路的电压增益为：
A V
=
Vo Vi
(Rc // RL )
rbe
对于此电路Rc就是镜 像电流源的交流电阻，
因此增益为
A V
=
RL
可以放大直流信号
# 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
2.直接耦电合源放电大压电波路动 的零点漂也移是原因之一
零漂： 输入短路 时 ， 输 出仍有缓慢变化 的电压产生。
主要原因： 温度变化引起，也称温漂。
•采用直接耦合必须处理好抑制零点漂移这一关键技术。
差分式放大电路是模拟集成电路中又一重要单元.
Hale Waihona Puke 6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
3. 高输出阻抗电流源
2. 微电流源
4. 组合电流源
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源 2. MOSFET多路电流源 3. JFET电流源
模拟集成电路中的电流源
如何设置集成运放中各级放大电路的静态工作点？
为什么要采用电流源来实现直流偏置？易集成（需要电阻少），可以直接提供恒定电流， 带负载能力也强。
--求解关键 VC E1=VC E2
VCC I C R c V E
V C CIC R c( 0.7V )
IB 1
IB 2
IC β
vovO 1vO 20 差分放大器具有零输入时零输出的特点
（2）动态分析
仅输入差模信号，vi 1和vi 2大小相等，相位相反。 vO 1和vO大2 小相等， 相位相反。 vovO1 vO20，
IRE FVCC VEE RV 1BE1VEB4
6.1.1 BJT电流源电路
电流源作有源负镜载像电流源
共射电路的电压增益为：
A V
=
Vo Vi
(Rc // RL )
rbe
对于此电路Rc就是镜 像电流源的交流电阻，
因此增益为
A V
=
RL
可以放大直流信号
# 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
2.直接耦电合源放电大压电波路动 的零点漂也移是原因之一
零漂： 输入短路 时 ， 输 出仍有缓慢变化 的电压产生。
主要原因： 温度变化引起，也称温漂。
•采用直接耦合必须处理好抑制零点漂移这一关键技术。
差分式放大电路是模拟集成电路中又一重要单元.
Hale Waihona Puke 6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
3. 高输出阻抗电流源
2. 微电流源
4. 组合电流源
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源 2. MOSFET多路电流源 3. JFET电流源
模拟集成电路中的电流源
如何设置集成运放中各级放大电路的静态工作点？
为什么要采用电流源来实现直流偏置？易集成（需要电阻少），可以直接提供恒定电流， 带负载能力也强。
--求解关键 VC E1=VC E2
VCC I C R c V E
V C CIC R c( 0.7V )
IB 1
IB 2
IC β
vovO 1vO 20 差分放大器具有零输入时零输出的特点
（2）动态分析
仅输入差模信号，vi 1和vi 2大小相等，相位相反。 vO 1和vO大2 小相等， 相位相反。 vovO1 vO20，
电子线路基础课件第6章模拟集成电路原理及其应用
号相反，即
ui
iB1
iB2
Rs
2 hie
输入电压的增量为
ui ui1ui22iB1(Rshie) uo uC1uC2 2hfeRCiB1
第6章 模拟集成电路原理及其应用
由于输出电压取自两管集电极之间，输出端任一端均不 接地，这种输出形式称作双端输出。于是差动放大器双端输出 电压放大倍数为
Auduuoi
图中REE为射极耦合电阻，假设电路完全对称，则两管的 静态工作电流为
IE1
IE2
EE UBE
Rs
1
2REE
通常，［Rs/(1+β)］<< 2REE， 故有
IE1
IE2
EE 0.7 2REE
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) REE
差模信号：输入信号为Δui1=-Δui2, 即两管输入信号大小相 等、相位相反，我们把这样一对信号称为差模输入信号，记 为Δuid。
ui1
ui＋ 2－ ＋
ui 2－
ui2
Rs iB1 hie
hfe iB1
Rs hie
hfe iB2
Rid
iB2
图 6-4 差动放大器增量等效电路
uC1 ＋ RC
uo
RC － uC2
Ro
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) 电压放大倍数Aud 由图6-4不难看出，两管的基极电流增量大小相等、符
第6章 模拟集成电路原理及其应用
6.2 直流信号的放大
1. 级与级之间的直流工作状态互相影响
RB1 RC1
Rs V1
RC2
V2 RE1
＋EC RC3
＋
V3 RE2
Uo －
第六章模拟集成电路设计1PPT课件
推得 T3~T6的电流分别 1、 2、 为 4、 8毫 ：安
T1电流放大，以减少从参考电流中分出的基极电流。 使一个参考电流较准确地控制多个电流源
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20
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3、微电流恒流源（Widlar源）
V B1 E V B2 EIE2R e2
Re2
VBE1VBE2 IE2
16
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基本型恒流源 r
1. 镜像电流源
基准电流：
IREF=Ir
VCCVBE R
V CC R
因为：VB E2=VB E1 IE2 = IE1
所以：IC2 =IC1 IREF
最后得到公式6-29
R上 r 电流I的 r T 变 管 2化 基极 I变 2 r 化
增加了双极型晶体管工作点的稳定性
四川大学物理科学与技术学院
模拟集成电路
2020/8/2
专用集成电路设计实验室
1
四川大学物理科学与技术学院
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
专用集成电路设计实验室
2
四川大学物理科学与技术学院
集成电路概述
• 模拟IC就是能对模拟量进行运算和处理的一种IC， 直接对连续可变的模拟量进行计算与处理
• 模拟集成电路的种类
– 根据输入、输出电压的变化关系分类
• 线性IC：输出信号随输入信号的变化成线性关系 • 非线性IC：具有非线性的传输特点 • 接口电路：AD/DA转换器
– 按工作频率分类
• 低频、高频、射频、微波、毫米波
T1电流放大，以减少从参考电流中分出的基极电流。 使一个参考电流较准确地控制多个电流源
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3、微电流恒流源（Widlar源）
V B1 E V B2 EIE2R e2
Re2
VBE1VBE2 IE2
16
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基本型恒流源 r
1. 镜像电流源
基准电流：
IREF=Ir
VCCVBE R
V CC R
因为：VB E2=VB E1 IE2 = IE1
所以：IC2 =IC1 IREF
最后得到公式6-29
R上 r 电流I的 r T 变 管 2化 基极 I变 2 r 化
增加了双极型晶体管工作点的稳定性
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模拟集成电路
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第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
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集成电路概述
• 模拟IC就是能对模拟量进行运算和处理的一种IC， 直接对连续可变的模拟量进行计算与处理
• 模拟集成电路的种类
– 根据输入、输出电压的变化关系分类
• 线性IC：输出信号随输入信号的变化成线性关系 • 非线性IC：具有非线性的传输特点 • 接口电路：AD/DA转换器
– 按工作频率分类
• 低频、高频、射频、微波、毫米波
第6章模拟集成电路PPT课件
结论：
无论Rc值如何, IC2电流值保持不变（前提：电源要稳定）
第6页/共55页
当较小时，可用 带缓冲级的镜像电流源
增加T0，使IC更加接近IREF 三、镜像电流源特点 1 内阻ro一般在几百千欧以上
2. 电流受电源波动影响大； 3. 电流最低至mA级。 4. 具有温度补偿特性。
第7页/共55页
6.1.2微电流源（P259）
第24页/共55页
+
+
-vid
差放
vi1 +
-
vi2 -
+
-vod
+
+ vo1
vo2 -
-
差分式放大电路输入输出结构示意图
总输出电压
vo
=
v
od
v oc
A VD v id A VC v ic
第25页/共55页
5.主要技术指标计算(P265)
vi1
=
vic
1 2
vid
vi2
=
vic
1 2
vid
假设 AV1 = 100, AV2 = 100, AV3 = 1 。 若第一级漂了100 uV， 则输出漂移 1 V。 若第二级也漂了100 uV， 则输出漂移 10 mV。
采用差分式放大电路
第14页/共55页
漂移 1 V+ 10 mV
6.2.2 基本差分式放大电路
1. 电路组成 两个BJT特性一致，参数相等。
第27页/共55页
(1) 双入双出AVD(P265)
负载开路
时：
AVD
=
Vo Vid
= Vo1 Vo2 Vi1 Vi2
= 2Vo1 Vo1
无论Rc值如何, IC2电流值保持不变（前提：电源要稳定）
第6页/共55页
当较小时，可用 带缓冲级的镜像电流源
增加T0，使IC更加接近IREF 三、镜像电流源特点 1 内阻ro一般在几百千欧以上
2. 电流受电源波动影响大； 3. 电流最低至mA级。 4. 具有温度补偿特性。
第7页/共55页
6.1.2微电流源（P259）
第24页/共55页
+
+
-vid
差放
vi1 +
-
vi2 -
+
-vod
+
+ vo1
vo2 -
-
差分式放大电路输入输出结构示意图
总输出电压
vo
=
v
od
v oc
A VD v id A VC v ic
第25页/共55页
5.主要技术指标计算(P265)
vi1
=
vic
1 2
vid
vi2
=
vic
1 2
vid
假设 AV1 = 100, AV2 = 100, AV3 = 1 。 若第一级漂了100 uV， 则输出漂移 1 V。 若第二级也漂了100 uV， 则输出漂移 10 mV。
采用差分式放大电路
第14页/共55页
漂移 1 V+ 10 mV
6.2.2 基本差分式放大电路
1. 电路组成 两个BJT特性一致，参数相等。
第27页/共55页
(1) 双入双出AVD(P265)
负载开路
时：
AVD
=
Vo Vid
= Vo1 Vo2 Vi1 Vi2
= 2Vo1 Vo1
第六章模拟集成电路
A U 33 r o 5 /r e3 b 3 r o 5 I0 /2 ( U T )
ridrb1erb2e2rb1e
图6－14(a) 共射－共基差放
(二) 共集-共基差放电路
T1,T2 ----高β值NPN管 T3 , T4----低β横向PNP管
rid81UT/Io
A Ud IoRc/4 (U T)
合集成电路特点。
电路缺点： Ic1数值仍受电源电压、R和 Ube影响，且不易得到小电流（μA级)
图6－19 基本电流源
（二）比例恒流源
1.在基本恒流源的T1 、T2管接入 射极电阻R1 、R2 ，
U b 1 e I e 1 R 1 U b 1 e I r R 1 U b 2 e I e 2 R 2 U b1eU TlnIc1 (/Is1) U b2 eU Tln Ic2(/Is2) I c 2 I e 2 ( I r R 1 U T ln I c 1 /I c ( 2 ) /R 2
特点：输入电阻高，电流和电 压增益大。又称为互补差分电 路。 （利用NPN管β大弥补PNP管β 小，利用PNP管反向击穿电压 高提高差模输入电压范围。)
图6－14(b) 共集－共基差放
四 共模负反馈差放
两级共模负反馈
第一级：T1、 T2、 T3构 成恒流源差放
第二级：T4、T5构成典 型差放
R1、R2构成两级电流负 反馈，抑制共模信号
双端输出时，
r i c r i( c I i 1 c I i 2 ) c R b h i e ( 1 h f ) 2 e R e / 2 e
3 共模抑制比CMRR
定义：差放的差模增益与共模增益之比值的绝对 值 即 CMMR=IAUd/AUcI 或 CMMR（dB）=20lg IAUd/AUcI 双端输出时， CMMR可以认为等于无穷大 单端输出时 CMMR（单）= lAUd(单)/AUc(单)l
ridrb1erb2e2rb1e
图6－14(a) 共射－共基差放
(二) 共集-共基差放电路
T1,T2 ----高β值NPN管 T3 , T4----低β横向PNP管
rid81UT/Io
A Ud IoRc/4 (U T)
合集成电路特点。
电路缺点： Ic1数值仍受电源电压、R和 Ube影响，且不易得到小电流（μA级)
图6－19 基本电流源
（二）比例恒流源
1.在基本恒流源的T1 、T2管接入 射极电阻R1 、R2 ，
U b 1 e I e 1 R 1 U b 1 e I r R 1 U b 2 e I e 2 R 2 U b1eU TlnIc1 (/Is1) U b2 eU Tln Ic2(/Is2) I c 2 I e 2 ( I r R 1 U T ln I c 1 /I c ( 2 ) /R 2
特点：输入电阻高，电流和电 压增益大。又称为互补差分电 路。 （利用NPN管β大弥补PNP管β 小，利用PNP管反向击穿电压 高提高差模输入电压范围。)
图6－14(b) 共集－共基差放
四 共模负反馈差放
两级共模负反馈
第一级：T1、 T2、 T3构 成恒流源差放
第二级：T4、T5构成典 型差放
R1、R2构成两级电流负 反馈，抑制共模信号
双端输出时，
r i c r i( c I i 1 c I i 2 ) c R b h i e ( 1 h f ) 2 e R e / 2 e
3 共模抑制比CMRR
定义：差放的差模增益与共模增益之比值的绝对 值 即 CMMR=IAUd/AUcI 或 CMMR（dB）=20lg IAUd/AUcI 双端输出时， CMMR可以认为等于无穷大 单端输出时 CMMR（单）= lAUd(单)/AUc(单)l
6-模拟集成电路
ic2
特性及参数相同的 单级放大电路组成。
同相输入端 +
- vi1
T1
T2
vE
反相输入端 有两个输入端：
+
vi2
-
同相输入端、反相输入端
Io
ro
–VEE 基本型
电路由正电源+VCC和 负电源-VEE供电。
恒流源提供直流偏置。
（二）、分类
+VCC
双端输入——双端输出
双端输入——单端输 出 单输输入——双端输出
（二）、动态分析
1、差模信号双端输入情况的动态分析 (vi1 vi2
(1)、步骤：原电路
差模信号交流通道
1 2vid )
+VCC
置零
RC
ic1
vo
T1 vo1
vi1
vE
RC ic2 vo2 T2 vi2
RC
RC
ic1
vo
ic2
T vi1 1
ห้องสมุดไป่ตู้
vo1
vo2 T2
vE
vi2
RC
RC
ic1
vo
ic2
voc 2 T2
vE
2ie ro
RC ic2
vic
RC
RC
ic1
voc
ic2
voc1 voc2
T1
T2
vic
vE
ro
vE vic
r o
ie 2ro 2ro ie
不能共模信号交流通路
对共模信号
导线 代替
e
eo eo
v 0 r 2r e oo
共模信号交流通道
共模微变等效电路
第6章 模拟集成电路82861-PPT文档资料
（2）Av Avd2 Av2
（3）当vi 5m时V， vo ?
（4）当输出接一个12k 负载时模电压增益。（1）静态
0(12V)
IC3
Rc3
1mA
IC2IE3ReR 3c 2VBE3 0.37mA
V C E 3 V C 3 V E 3 0 ( 1 2 V I E 3 R E 3 ) 9 V
第6章 模拟集成电路
本章重点
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技 6.2 术 差分式放大电路 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
引言
问题的引出
集成运算放大器内部电路是怎样的？它的相关特性是怎 样表现出来的？
本章讨论的主要问题
2 rbe
0
Rc // RL 2 ro
r o
rb e
(Rc
// 1 2
rb e
0
RL )
(Rc // RL ) 2 rbe
Rc // RL 2 ro
ro
rb e
输出方式 双出
单出
R id
2 rb e
R ic
12[rbe (1)2ro]
Ro
Io
IE5
RE6 RE5
IE6
动态
2ib3ib3ib1
1、双入、双出
Avdvviodvvoi1 1 vvio222 2vvoi11rbR ec
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力。
交流通路： 电源等效 输入差模信号
对发射极的影响
交流通路
接入负载时
（3）当vi 5m时V， vo ?
（4）当输出接一个12k 负载时模电压增益。（1）静态
0(12V)
IC3
Rc3
1mA
IC2IE3ReR 3c 2VBE3 0.37mA
V C E 3 V C 3 V E 3 0 ( 1 2 V I E 3 R E 3 ) 9 V
第6章 模拟集成电路
本章重点
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技 6.2 术 差分式放大电路 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
引言
问题的引出
集成运算放大器内部电路是怎样的？它的相关特性是怎 样表现出来的？
本章讨论的主要问题
2 rbe
0
Rc // RL 2 ro
r o
rb e
(Rc
// 1 2
rb e
0
RL )
(Rc // RL ) 2 rbe
Rc // RL 2 ro
ro
rb e
输出方式 双出
单出
R id
2 rb e
R ic
12[rbe (1)2ro]
Ro
Io
IE5
RE6 RE5
IE6
动态
2ib3ib3ib1
1、双入、双出
Avdvviodvvoi1 1 vvio222 2vvoi11rbR ec
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力。
交流通路： 电源等效 输入差模信号
对发射极的影响
交流通路
接入负载时
第六章 模拟集成电路 59页PPT
( Rc
//
1 2
RL
)
rbe (1)Re
Rid 2[rbe(1)Re]
单端输出共模增益
AVC1
Rc // RL 2ro Re
6.4 集成运算放大器
一. 集成运放的总体结构
二. 简单的集成运放
集成运算放大器符号
国内符号：
反相输入端 u－ 同相输入端 u+
－
＋
∞
＋
输出端 uo
算到输入端的等效输入漂移电压值。
例如
漂移 10 mV+100 μV
假设 AV1=100,
AV2=100AV ,3=1。
若第一级漂移了100μ V，
则输出漂移1v。
漂了 100 μV
若第二级也漂了100μ V，
则输出漂移 10mV。 3. 减小零漂的措施
第一级是关键
漂移 1 V+ 10 mV
漂移 1 V+ 10 mV
Rb rbe
可以看出：加大Re，可以提
高共模抑制比。为此可用恒流源
T3来代替Re 。
恒流源相当于阻值很大的电阻。
恒流源使共模放大倍数减小,从 而增加共模抑制比。理想的恒流源 相当于阻值为无穷大的电阻，所以 共模抑制比无穷大。
恒流源的直流电流数值为
IE3 =(VZ - VBE3 )/ Re
1. 差动放大电路如图所示。分 析下列输入和输出的相位关系：
E 1 ES
U T
ES
iE1iE2(ie1IE1)(IE2ie2)
vB2 E
vB2 E IE1IE2IO
iE 2IE(S e U T1 )IEeS U T
9-模拟集成电路
一、差模信号和共模信号的概念
v v v id i1 i2
1
v v v ( )
2 ic
i1
i2
v id
v v i1 2
ic
v id
v v i2
2
ic
两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模信号
两部分，两种信号在两个输入端呈现出的特点是：
共模分量是大小相等，相位相同；差模分量是大小
I C[rce R erbe R R b eR e(rce R e)]
I rceR e
Crc(e1
R e ) rbeR bR e
6-14
第六章 二、镜象电流源
为了进一步提高电路的温度稳定性，可以对三极管进行温
度补偿当用同样的一个三极管进行补偿时，便得到接下来 要介绍的镜象电流源
K CMR
AVD AVC
KCMR
2
0l
gAVDd AVC
B
放大电路总的输出电压应为差模输出和共模输出之和，即
v o v o ' v o '' A Vv D id A Vv C ic
6-24
第六章
二、零点漂移
实用的放大电路通常由几级基本放大单元级联而成， 构成多级放大电路。各级之间的连接方式称为耦合 方式。 常用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦 合三种。 阻容耦合就是以电容作为耦合元件的电路。 阻容耦合和变压器耦合方式都属于交流耦合，主要 用于分立元件电路中。 直接耦合也称为直流耦合，该耦合方式将前一级的 输出与后一级的输入直接连接，没有电抗元件，因 此可以放大变化缓慢的直流信号。且便于制成集成 电路。
6.多采用复合结构电路，级间采用直接耦合方式。
v v v id i1 i2
1
v v v ( )
2 ic
i1
i2
v id
v v i1 2
ic
v id
v v i2
2
ic
两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模信号
两部分，两种信号在两个输入端呈现出的特点是：
共模分量是大小相等，相位相同；差模分量是大小
I C[rce R erbe R R b eR e(rce R e)]
I rceR e
Crc(e1
R e ) rbeR bR e
6-14
第六章 二、镜象电流源
为了进一步提高电路的温度稳定性，可以对三极管进行温
度补偿当用同样的一个三极管进行补偿时，便得到接下来 要介绍的镜象电流源
K CMR
AVD AVC
KCMR
2
0l
gAVDd AVC
B
放大电路总的输出电压应为差模输出和共模输出之和，即
v o v o ' v o '' A Vv D id A Vv C ic
6-24
第六章
二、零点漂移
实用的放大电路通常由几级基本放大单元级联而成， 构成多级放大电路。各级之间的连接方式称为耦合 方式。 常用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦 合三种。 阻容耦合就是以电容作为耦合元件的电路。 阻容耦合和变压器耦合方式都属于交流耦合，主要 用于分立元件电路中。 直接耦合也称为直流耦合，该耦合方式将前一级的 输出与后一级的输入直接连接，没有电抗元件，因 此可以放大变化缓慢的直流信号。且便于制成集成 电路。
6.多采用复合结构电路，级间采用直接耦合方式。
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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
对差模信号无 影响
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2. 有关概念
vid=vi1vi2差模信号
vi c=12(vi 1vi 2) 共模信号
Avd
=
v o v id
差模电压增益
Avc
=
v o v ic
共模电压增益
其中 vo ——差模信号产生的输出
6.1 集成运算放大器的组成 6.2 集成运放的单元电路(差分式放大电路) 6.3 模拟集成电路中的直流偏置技术 6.4 集成电路运算放大器介绍 6.5 特殊的集成运放 6.6 模拟乘法器
6.4 通用型集成电路运算放大器
6.4.1 集成运算放大器电路模型及符号
国家标准符号：
反相输入端 u－ 同相输入端 u+
共模增益Avc源自voc vic0
4. 主要指标计算
（2）共模情况
<B> 单端输出
Avc1
v oc1 v ic
v oc2 v ic
Rc
Rc
rbe(1)2ro
2 ro
ro Avc1 抑制零漂能力增强
（3）共模抑制比
KCMR
Avd Avc
KCMR20l
gAvd Avc
中规模集成电路（MSI）<103
大规模集成电路（LSI）<105、
超大规模集成电路（VLSI）>105、 (如：CPU 310万---330万)
Intel 奔腾4
四、集成电路的工艺特点：
（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而 特别有利于实现需要对称结构的电路。
（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功 耗很小，在毫瓦以下。
6.1 集成电路运算放大器
6.1.1 集成运算放大器组成
电路方框图
输入级
中间级
输出级
偏置电路
偏输中置出间尽电级级量路主应减提要有小供提足零合高够点适带大漂的负的移偏载电,流尽能压,量使力放提以，大高上给倍电出数路 足够K的C得输M到R出R合,电输适流入的io阻静，抗态输r工出i尽作阻可点抗能。r大o小。
差模信号相当于两个输入
端信号中不同的部分
两输入端中的共模信号 大小相等，相位相同；差模信 号大小相等，相位相反。
uI2
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1. 电路组成
两个BJT特性一致，参数相等。
1=2=
rbe1= rbe2= rbe VBE1=VBE2= VBE
差放一般有两个输入端： 双端输入—两输入端同时加信号
Rid 2 rbe
(4) 输出电阻
单端输出时: 双端输出时: (5)共模抑制比
Ro Rc
Ro 2Rc
双端输出时: 单端输出时:
KCMR
KCMR
ro rbe
6.1 集成运算放大器的组成 6.2 集成运放的单元电路(差分式放大电路) 6.3 模拟集成电路中的直流偏置技术 6.4 集成电路运算放大器介绍 6.5 特殊的集成运放 6.6 模拟乘法器
饱和区
非线性区： u+> u– +A 时， uo = +Uo(sat) u+< u– -A时， uo = – Uo(sat)
运算放大器外形图
6.1 集成运算放大器的组成 6.2 集成运放的单元电路(差分式放大电路) 6.3 模拟集成电路中的直流偏置技术 6.4 集成电路运算放大器介绍 6.5 特殊的集成运放 6.6 模拟乘法器
R
R
代表符号
当较小时，可用 带缓冲级的镜像电流源
增加T0，使IC更加接近IREF 镜像电流源特点 1 内阻ro一般在几百千欧以上 2. 电流受电源波动影响大； 3. 电流最低至mA级。
4. 具有温度补偿特性。
6.3.2 微电流源
IOIC2IE2 VBE1 VBE2 Re2
V BE R e2
2 v o1 R c
2 v i1
rbe
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力
接入负载时
1
Avd
=
β(Rc
// 2
rbe
RL)
4. 主要指标计算
（1）差模情况
<B> 双入、单出
Avd1
=
vo1 vid
v o1 2 v i1
RL
1 2
Avd
Rc 2 rbe
接入负载时
Avd
=
β(Rc //RL) 2rbe
一、集成电路(integrated circuit)：
在半导体制造工艺基础上，把整个电路中的器 件（电阻、电容、三极管等）制造在一块Si 基片上， 并引出相应的引线，构成特定功能的电子电路。 如：运放、各种芯片等。
二、按功能分类：
模拟集成电路
数字集成电路
三、集成度：
小规模集成电路（SSI）<102
3) 比较输入 ui1 、ui2 大小和极性是任意的。
例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV 可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV
ui2 = 8 mV － 2 mV
共模信号 差模信号
放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号—差动 放大电路。
这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制 系统中是常见的。
4.了解集成运算放大器的组成及工作原理。 5.了解集成运算放大器的主要参数。 6.了解模拟乘法器的组成和工作原理。
6.1 集成运算放大器的组成 6.2 集成运放的单元电路(差分式放大电路) 6.3 模拟集成电路中的直流偏置技术 6.4 集成电路运算放大器介绍 6.5 特殊的集成运放 6.6 模拟乘法器
dB
双端输出，理想情况 KCMR
单端输出
KCMR
A v d1 A v c1
ro rbe
KCMR 越大，抑制零漂能力 越强
单端输出时的总输出电压 vo1Avd1vid(1KCvM icvR id)
5. 差动放大器动态参数计算总结
(1)差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：
3. 输入失调电压 VIO 4. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 VICM
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
6.4.3集成运算放大器的电压传输特性
uo
线性区 u+– u–
线性区： uo = Auo(u+– u–)
3. 抑制零点漂移原理
温度变化和电源电压波 动，都将使集电极电流产 生变化。且变化趋势是相 同的，
其效果相当于在两个输 入端加入了共模信号。
差分式放大电路对共 模信号有很强抑制作用。
4. 主要指标计算
（1）差模情况
<A> 双入、双出
Avd
= vo v id
v o1 v o2 v i1 v i2
IC3IE3
IREFRe Re3
6.3.4 电流源作用
镜像电流源
提供直流偏置 作为有源负载
例P315 6.1.1
放大管
举例：P282 集成运放
微电流源直流偏置 镜像电流源有源负载 电流源直流偏置
6.3.5 FET电流源（P260）
(与BJT电流源比较，自学，了解)
一、 MOSFET镜像电流源： 二、 MOSFET多路电流源： 三、 JFET电流源：
v o ——共模信号产生的输出
总输出电压
vo =vo vo Avdvi dAvcvi c
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2. 有关概念
根据 vid=vi1vi2
vi c=12(vi 1vi 2)
有
vi1
=vic
vid 2
vi2
=vic
vid 2
共模信号相当于两个输入
端信号中相同的部分
由于 VBE 很小， 所以优IC点2也：很小21 。受内电阻源ro一波般动在影几响百小千；欧以上
3 IC2 uA级； 4 具有温度补偿特性。
6.3.3 多路电流源
T1、T2、T3的基极并联。
电路用一个基准电流IREF获得了多个电流输出。
IC1IE1
IREFRe Re1
IC2IE2
IREFRe Re2
vC = UCC－ iC RC
iC1
vC1
ui1
uBE1
iB1
t
UBE
IB
？ IC
UCE
t
t
t
t
ui2
uBE2
iB2
iC2
vC2
t
UBE
IB
t
t
？ IC
UCE
两管集电极电位一减一增，呈等量异t 向变化，t
uo= (VC1－VC1 )－(VC2 + VC１ ) =－2 VC1 即对差模信号有放大能力。
4. 主要指标计算 （1）差模情况
<C> 单端输入 ro re
等效于双端输入
指标计算与双端 输入相同。
4. 主要指标计算 （1）差模情况
<C> 单端输入
共模输入电压 差模输入电压
4. 主要指标计算
（2）共模情况
<A> 双端输出 共模信号的输入使两管集
电极电压有相同的变化。
所以 vocvoc 1voc 20
通用型集成电路运算放大器
6.1 集成运算放大器的组成 6.2 集成运放的单元电路(差分式放大电路) 6.3 模拟集成电路中的直流偏置技术 6.4 集成电路运算放大器介绍 6.5 特殊的集成运放 6.6 模拟乘法器