模拟电子线路第六章模拟集成电路

0
有时会将 信号淹没
t
vi
Av=20 V01=10mv Av=20 V02=210mv Av=20 V01=4.21v
（1）直流放大器级数越多，放大倍数越大。输出端漂移现象 越严重。
（2）第一级的零漂影响最大。
2、怎样衡量零点漂移的大小：折算到输入端的等效漂移电压
等效漂移电压
输出电压的漂移值 放大器的电压放大倍数
+ v-o1
v+-o2
T2
RS
IE
+
T3
-vi2
Re
–VEE
集成电路电流源
一、镜象电流源
三极管T1 、T2 匹配，
1
2
VBE1 VBE2 VBE ,则
IC1 = IC2
IR
VCC
VBE R
IR IC1 2IB
IC2 2IB
IC2
2
IC 2
I C 2 (1
2
)
Vcc
R
IR=IREF 2I B Ic1
T
1
+ v-o1
+ v-o2
T2
RS VCC
RS
+
vi1
R
-
IE
T3
+
vi2
-
vZ
Re
Ric 1 rbe (1 )2ro
2
–VEE
VCC
1 2 3 50
VB3=?
rce 200 k VE3=?
Rc1 Rc2
IE3=?
4.7k 4.7k
T1
T2
1R0S0
Re1 A Re2 100 100
Re Rs rbe
差放输出：
or Vo AvdVsd AvcVsc
Vo AvdVsd AvcVsc
A vd
(Vi1
Vi
2
)
A vc
(
Vi1
2
Vi
2
)
Avd (Vi1 Vi2 )
A vd Vsd
(1
A vc Vsc A vd Vsd
)
A vd Vsd
(1
Vsc KCMR Vsd
)
+VCC
VBE (VEE ) Re
RC + vo - RC
= 0 VBE (VEE ) = VEE VBE
T1
+ v- o1
+ v-o2
T2
Re
Re
RS
RS
IC1
=
IC2
IRe 2
IB1
=
IB2
IC1
+ vi1-
+
Re
vi2
-
–VEE
VCE = VC VE = (VCC ICR c ) (VBE ) VCC ICR c VBE
v+-vvv+-o+-+-o1oo1
vv++--oo22
TT2TT2 22
2、大Re (单出)
RSRRRSSS
RRSRSRSS
共模信号放大 倍数极小！
• 放大差模
vi1vvvi+-1ii11+-+-+-
2m2VmV 101118m0808m0mmmVmmVVVVVV
2Re RRReee ––––VVVVEEEEEEEE
=Vcc-RcβIb
vo
=Vccc-Rcβ(Vcc-Vb)/Rb
=6.3v
1、 直接耦合后，由于Vb2不会有很大的增加，迫使T1处于接 近饱和的状态。 2、 直接耦合后，Rc1作为T2的扁流电阻，且由于Rc1＜Rb2使 IB2大大增加，使T2处于深度饱和状态。
VCC
Rt1
R2
∆Vi1
Rw
Rt2∆Vi2
T1
IE
Vc2
Ic2
T2
IE
镜象电流源 2 时： IC2 IR
二、 精密镜象电流源
和普通镜象电流源相比，其精度提高了倍
Vcc
R
IR=IREF 2IB Ic1
T1
IE
Vc2
Ic2
T2
IE
Vcc
R
IREF I B3 Ic1 T1 IB
Vc2
T3
Ic2
IB T2
镜象电流源
IREF VCC VBE3 VBE R
R1 // R2
Re
3
Avc2 (RC 2 // RL) 2(1 )ro
第六章
模拟集成电路
第六章 模拟集成电路
§ 6.1 直流放大器 § 6.2 集成电路运算放大器
前后级Q点相互影响
Rb1
RC1
300k 3k
T1 vi β=50
Rb2
RC2
300k 3k
T2 β=50
设两个管子的特性参数相 同，
+Vcc=12v 则Vb1=Vb2=0.7v
Vc1=Vc2=Vcc-IcRc
Re –VEE
T2
RS
+
vi2
-
(3)输出电阻 R o R c
③单入双出 ④单入单出
单入=双入
Rs rbe Re 1
故： Re 对 Ie 分流 极小，可忽略！
vi1 = －vi2 = vi /2
T1
+
RS
+
vi1 -
vi
-
T2
-
vi2 RS
+
Re
–VEE
T1
RS
+
+
vi1
-
Ie
vi
-
T2
-
2R 118800mmmmVeVVV
Re ––VVEEEE
66mmVV 88mmVV
++
vii22
--
R 'L 2R e
KCMR——共模抑制比
KCMR
Avd Avc
，或
KCMR
20 lg
Avd Avc
dB
双出： KCMR
单出：
KCMR
R'L / 2(Rs R'L / 2Re
rbe )
其中ro是电流源的 内阻，即从集电极 看进去的交流等效 电阻。
T3
IREF
+
R vO
-
T2 T1 RL
而用电阻Rc作负 载时由于ro >> Rc所以有源负载 + 大大提高了放大 vI 电路的电压增益。
-
VBB
VCC
恒流源电流：
IE
VZ
- VBE 3 Re
IC1=IC2=IE/2
RC + vo - RC
A vd
(Vi1
Vi
2
)
A vc
(
Vi1
2
Vi
2
)
Avd (Vi1 Vi2 )
vo1 vo2
vi1 vo1 vvo2oviV1 sd
vi2
vi2
四、 特点
VVVCCCCCC
VCC
• 抑制共模(零漂、干扰)
1、对称性(双出)
RRRCRCCC ++ vvoo -- RRRRCCCC
T1TTT111
T2
T3
Re1 Re2
Re3
在模拟集成电路中，经常用到多路电流源。目的是用一 个电流源对多个负载进行偏置。
IC IREF IB /
IE Re IREF Re IE1 Re 1 IE 2 Re 2 IE3 Re 3
恒流源的作用
1. 恒流源相当于阻值很大的电阻。
2. 恒流源不影响差模放大倍数。
1R00S
4R.7Lk
IE1=IE2=IE3/2 IC1≈IE1 IC2≈IE2 rbe1=?
Vs1
T3 Re3 1.2k B
R3k2
R1 5.6k
Vs2
rbe3=?
Avd2
(RC2 // RL)
2 RS rbe1 (1 ) Re 2
–VEE
rAB
ro
rce31
rbe3
3 Re 3
-
T2 Re2
IE2
微电流源
IO
IC 2
I eVBE 2 /VT S
VBE1 VT ln( IREF ) IS
VBE2 VT ln( IO )
IS
IREF VCC VBE IO Re 2 VT ln( IREF )
R
IO
多路电流源
IREF R
Ic
T
Re
Vcc
T0
Ic1 Ic2 Ic3
∑IB T1
3. 恒流源影响共模放大倍数，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 穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。
电流源用作有源负载
由于电流源具有交流电阻大的特点（理想电流源的内阻为无穷 大），所以在模拟集成电路中被广泛用作放大电路的负载。这种由 有源器件及其电路构成的放大电路的负载称为有源负载。共发射极 有源负载放大电路如图所示。 Vcc
-2mV 8686mmmm-6268VVVVmmmmVVVV
+-+v-v+ii+2-2-vi2
联体处为“差模地”
iRe=0
双出vo=2vo1(vo2 )(单出)
五、 性能分析
一、静态计算(Q1、Q2)（空载）
忽略IB1、IB2 即：VB1=VB2=0
？何种偏置？
入手点： IRe
VCC
I Re
=
VB1
RC RS
vo
RC
RS
T1
T2
vi1
vi2
RE
–VEE
为了使左右平衡，可 设置调零电位器:
作业:P316: 6.2.2, 6.2.3 P317: 6.2.5
6.1.3 带恒流源的差动放大器
VCC
长尾式差放的缺点：
KCMR
Q不变
Re
VEE
RC + vo - RC
T
1
+ v-o1
+ v-o2
T2
恒流源特点：
动态电阻大 直流电阻小
RS VCC
RS
+
vi1
R
-
IE T3
+
vi2
-
vZ
Re
–VEE
三极管基本电流源
分压偏置基本放大电路
Vcc
Vcc
Ib
Io
Rb1
Rc Io Rb1
Rc Io
rbe
Ib rce
+
T
T
Rb
Rc
Vo
Rb2
Re vZ
Re
Re Ie
三极管电流源
Ro
IE Rb2 VCC/ Rb1 Rb2
二、动态计算（AV、Ri、Ro）
(一）差模参数（AVd、Rid、Ro） （二）共模参数（AVc、Ric、Ro）
与差放接法有关
四种接法
1. 双入双出 2. 双入单出 3. 单入双出 4. 单入单出
(一）差模参数（AVd、Rid、Ro）
①双入双出差放
(1) Avd——差模电压放大倍数
VCC
Avd
vo vi1 vi2
3、产生零漂的原因
（1） 温度的变化——最主要。
（2） 电源电压的波动。
（3） 电路元件参数的变化。
4、减少零漂的措施
（1） 选用高质量的硅管，并用温度补偿电路。
（2） 采用调制的方式。
（3） 采用差分放大电路。
6.1.2 基本差动放大器——长尾式差放
一、 组成
对称的两个共射电路通过射极公共电阻耦合而成
Io = IC=IE
Re
Ro
rce (1 +
求Ro微变等效电路
Rb
Re
rbe
Re
)
rce
(1
+
)
= (VZ － VBE)/Re
IC 0
IB (a)
VCE
恒流源电流：
IE
VZ
- VBE 3 Re
IC
IC
R1
Ro
R2
R3
-VEE
(b) VCC
(c)
RC
T1
RS VCC
+ vi1
R
-
vZ
+ vo - RC
vsc1= vsc2
任意信号分解为共模信号和差模信号
vi1 vi 2
vsd1 vsd 2
vsc1 vsc2
vsd1 vsd 2 vsc1 vsc2
vsd1 vsc1
vsd 2 vsc2
vi1vi 2
vi1 vi2 2
2
*差模信号定义2： vsd = vi1 - vi2
Vo AvdVsd AvcVsc
桥式测量电路
§ 6.1 直流放大器
6.1.1 概 述 一、特点（实质）
fL =0
直接耦合
二、存在问题
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
vi1
零漂严重！
三、解决
vi2
采用差动放大器
差动放大 vo
vo = Ad (vi1 - vi2)
1、什么是零点漂移
vo
在直流放大电路中，我们把
输入信号为零时，输出电压
偏离其初始值的现象称为零
点漂移。
1=2=
Re(阻值大，故称长尾) VCC
VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rs1=Rs2= Rs
RC T1
+ vo - RC
+ v- o1
+ vo2
T2
-
RS
RS
+ vi1
-
+
Re
vi2
-
–VEE
二、 输入和输出方式
精密电流源
IC 2 IO
IREF
1
2 (1
3)
Vcc
R IREF
Ic1
T1
R1
I B3 IB
Vc2
T3
Ic2
IB
T2
R2
精密电流源
如果
1 10
IREF Io
10
Io
IC 2
R1 R2
I REF
存在问题
Vcc
R
IR=IREF 2I B Ic1
T1
IE
Vc2 若IC2=5μA,VCC=5V,则
vi2
-
–VEE
(3)输出电阻 Ro 2Rc
②双入单出差放
(1) Avd——差模电压放大倍数
VCC
Avd
vo vi1 vi2
RC
RC
vo1 2vsd1
1 2
A
v
d1
1 2
(R c Rs
// R rbe
L
)
T1
对臂输出，极性相反！
RS
+
(2)差模输入电阻
vi1
-
Rid 2Rs rbe
+
vo- RL
vi2 RS
+
Re
（二）共模参数（AVc、Ric、Ro）
VVCCCC
Avc——共模放大倍数
双出：
A vc
=
vO vsc
0
RRCC TT11
+ vo - RRCC
v+-v+-o1
+ v-o2
TT22
单出：
A vc
=
vO vsc
RS
++
Rs
R 'L rbe (1
vvii11 )2Re --
RRSS
两个输入端：
VCC
双端输入 单端输入
两个输出端：
双端输出 单端输出
四种接法： 双入双出 双入单出
RC T1
+ vo - RC
+ v- o1
+ vo2
T2
-
RS
RS
+ vi1-
+
Re
vi2
-
–VEE
单入双出 单入单出
三、 差模信号和共模信号
差模信号
共模信号
大小相等，极性相反
vsd1= - vsd2
大小相等，极性相同
Ic2 R VCC VBE 860k IC 2
T2
IE R太大，不易于集成
三、 微电流源
Vcc
VBE1 VBE2 IE 2 Re 2 IORE 2
Vc2
R IREF IB1 IB2
IREF
IC1
I eVBE1/VT S
Ic2
Ic1 I B1 I B2
T1
I E1
+ VBE1
+ VBE2 -
vo1 vi1
vo2 vi2
RC + vo - RC
2vo1 2vsd1
Avd1
(R
c
//
RL 2
)
R s rbe RS
T1
Rv-+oL1
RL
+ v-o2
T2 RS
(2)差模输入电阻
Rid 2Rs rbe
+
vi1-
Vsd1=(vi1-vi2)/2Re
-(vi1-vi2)/2=Vsd2
+