第十三讲 集成电路运算放大器 61电流源 62 差分放大电路PPT课件
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)。
6
集成运放的组成 ：输出级
输 入 级 中 间 级 输 出 级
偏 置 电 路
输出级要求具有一定的带负载能力（即输出电阻小） 和一定的输出电压及电流动态范围。因此输出级多采用射 极输出器、 互补对称电路。
7
集成运放的组成：偏置电路
输 入 级 中 间 级 输 出 级
偏 置 电 路
偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 一般采用镜像电流源，以及由其演变而成的微电流源、多 路输出电流源等。
（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。
（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。
（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用 直接耦合方式。如需大电容，只能外接。
（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。
（6）一般无二极管，用三极管代替(B、C 极接在一起)。 4
IR
VCC
V BE 1 R
V BE 4
15 2 0.6 1.38 mA 10
Io IR1.38mA
15
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源
IOID 2IRE F V D DV R SS V G S
当器件具有不同的宽长比时
IO
W2 W1
/ /
L2 L1
IRE
F
（=0）
ro= rds2
集成运放的组成：输入级
输 入 级 中 间 级 输 出 级
偏 置 电 路
输入级通常要求有尽可能低的零点漂移，较高的共模 抑制能力，输入阻抗高及偏置电流小，因此一般采用差分 放大电路。
5
集成运放的组成：中间级
输 入 级 中 间 级 输 出 级
偏 置 电 路
中间级主要承担电压放大的任务，多采用共射或共源放 大电路。 为了提高电压放大倍数， 经常采用复合管做放大 管， 用恒流源做有源负载。
IOIC2IE2 VBE1 VBE2 Re2
V BE R e2
由于 VBE 很小，
所以IC2也很小。
ro≈rce2（1＋
Re2 ）
rbe2 Re2
（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 R）o
14
例 图示电路为串级电流源，已知VBE=0.6 V，求输出电流Io。 解 由图可得
I R R V BE 1 V BE 4 VCC
IREFID0 Kn0(VGS0 VT0)2
ID2
W2 W1
/ /
L2 L1
IREF
ID3
W3 W1
/ /
L3 L1
IREF
ID4
W4 W1
/ /
L4 L1
IREF
18
6.1.2 FET电流源
3. JFET电流源
(a) 电路
(b) 输出特性
19
6.2 差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构 6.2.2 射极耦合差分式放大电路 6.2.3 源极耦合差分式放大电路
20
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
21
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
Biblioteka Baidu
当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略
Io＝IC2≈IREF＝
V CC V BE (V E)EV CC V EE
R
R
代表符号
12
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 动态电阻
ro
( iC2 )1 vC E2
IB2
rce
一般ro在几百千欧以上
13
6.1.1 BJT电流源电路
2. 微电流源
MOSFET基本镜像电路流
16
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源
用T3代替R，T1~T3特性相同，
且工作在放大区，当=0时，输出
电流为
ID2(W/L)2Kn 2(VGS2VT2)2 Kn2(VGS2VT2)2
常用的镜像电流源
17
6.1.2 FET电流源
2. MOSFET多路电流源
v o ——共模信号产生的输出
总输出电压
vo =vo vo
Avdvi dAvcvi c
KCMR =
Avd Avc
共模抑制比
反映抑制零漂能力的指标
22
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
集成电路
引言
采用硅平面制造工艺，将二极管、三极管、电阻、电容等 元器件以及它们之间的连线同时制造在一小块半导体基片上， 并封装在一个外壳内，构成具有特定功能的电路和系统。
3
集成运算放大器
高增益、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合的集成的具有 很高电压放大倍数的多级放大电路。
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。
在模拟集成电路中，广泛地使用电流源，为放大电路 提供稳定的偏置电流，或作为放大电路的有源负载。
• 镜像电流源 • 微电流源 • 多路电流源 • 电流源用作有源负载
11
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
T1、T2的参数全同 即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2
VB E2=VB E1 IE2 = IE1 IC2 =IC1
8
9
简化电路
偏置电路
输入级
T1、T3 和 T2、T4 T5、T6 有源负载
中间级 T7、T8
复合管，共发射极
具有高增益
输出级 T11 T13
输入级 中间级 输出级
甲乙类互补对称功率放大电路 (OCL)
采用单电源(OTL)时，输入端静态电位应为 0.5VCC。
10
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
vid 2
共模信号相当于两个输入
端信号中相同的部分
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。
23
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理
24
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理
静态
1 IC1=IC2IC2IO
引言 6.1 集成电路运算放大器中的电流源 6.2 差分式放大电路 6.3 集成电路运算放大器 6.4 集成电路运算放大器的主要参数 6.5 专用型集成电路运算放大器
1
整体概况
+ 概况1
您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。
概况2
+ 您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。
概况3
+ 您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。 2
集成运放的组成 ：输出级
输 入 级 中 间 级 输 出 级
偏 置 电 路
输出级要求具有一定的带负载能力（即输出电阻小） 和一定的输出电压及电流动态范围。因此输出级多采用射 极输出器、 互补对称电路。
7
集成运放的组成：偏置电路
输 入 级 中 间 级 输 出 级
偏 置 电 路
偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 一般采用镜像电流源，以及由其演变而成的微电流源、多 路输出电流源等。
（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。
（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。
（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用 直接耦合方式。如需大电容，只能外接。
（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。
（6）一般无二极管，用三极管代替(B、C 极接在一起)。 4
IR
VCC
V BE 1 R
V BE 4
15 2 0.6 1.38 mA 10
Io IR1.38mA
15
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源
IOID 2IRE F V D DV R SS V G S
当器件具有不同的宽长比时
IO
W2 W1
/ /
L2 L1
IRE
F
（=0）
ro= rds2
集成运放的组成：输入级
输 入 级 中 间 级 输 出 级
偏 置 电 路
输入级通常要求有尽可能低的零点漂移，较高的共模 抑制能力，输入阻抗高及偏置电流小，因此一般采用差分 放大电路。
5
集成运放的组成：中间级
输 入 级 中 间 级 输 出 级
偏 置 电 路
中间级主要承担电压放大的任务，多采用共射或共源放 大电路。 为了提高电压放大倍数， 经常采用复合管做放大 管， 用恒流源做有源负载。
IOIC2IE2 VBE1 VBE2 Re2
V BE R e2
由于 VBE 很小，
所以IC2也很小。
ro≈rce2（1＋
Re2 ）
rbe2 Re2
（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 R）o
14
例 图示电路为串级电流源，已知VBE=0.6 V，求输出电流Io。 解 由图可得
I R R V BE 1 V BE 4 VCC
IREFID0 Kn0(VGS0 VT0)2
ID2
W2 W1
/ /
L2 L1
IREF
ID3
W3 W1
/ /
L3 L1
IREF
ID4
W4 W1
/ /
L4 L1
IREF
18
6.1.2 FET电流源
3. JFET电流源
(a) 电路
(b) 输出特性
19
6.2 差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构 6.2.2 射极耦合差分式放大电路 6.2.3 源极耦合差分式放大电路
20
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
21
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
Biblioteka Baidu
当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略
Io＝IC2≈IREF＝
V CC V BE (V E)EV CC V EE
R
R
代表符号
12
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 动态电阻
ro
( iC2 )1 vC E2
IB2
rce
一般ro在几百千欧以上
13
6.1.1 BJT电流源电路
2. 微电流源
MOSFET基本镜像电路流
16
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源
用T3代替R，T1~T3特性相同，
且工作在放大区，当=0时，输出
电流为
ID2(W/L)2Kn 2(VGS2VT2)2 Kn2(VGS2VT2)2
常用的镜像电流源
17
6.1.2 FET电流源
2. MOSFET多路电流源
v o ——共模信号产生的输出
总输出电压
vo =vo vo
Avdvi dAvcvi c
KCMR =
Avd Avc
共模抑制比
反映抑制零漂能力的指标
22
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
集成电路
引言
采用硅平面制造工艺，将二极管、三极管、电阻、电容等 元器件以及它们之间的连线同时制造在一小块半导体基片上， 并封装在一个外壳内，构成具有特定功能的电路和系统。
3
集成运算放大器
高增益、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合的集成的具有 很高电压放大倍数的多级放大电路。
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。
在模拟集成电路中，广泛地使用电流源，为放大电路 提供稳定的偏置电流，或作为放大电路的有源负载。
• 镜像电流源 • 微电流源 • 多路电流源 • 电流源用作有源负载
11
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
T1、T2的参数全同 即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2
VB E2=VB E1 IE2 = IE1 IC2 =IC1
8
9
简化电路
偏置电路
输入级
T1、T3 和 T2、T4 T5、T6 有源负载
中间级 T7、T8
复合管，共发射极
具有高增益
输出级 T11 T13
输入级 中间级 输出级
甲乙类互补对称功率放大电路 (OCL)
采用单电源(OTL)时，输入端静态电位应为 0.5VCC。
10
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
vid 2
共模信号相当于两个输入
端信号中相同的部分
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。
23
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理
24
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理
静态
1 IC1=IC2IC2IO
引言 6.1 集成电路运算放大器中的电流源 6.2 差分式放大电路 6.3 集成电路运算放大器 6.4 集成电路运算放大器的主要参数 6.5 专用型集成电路运算放大器
1
整体概况
+ 概况1
您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。
概况2
+ 您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。
概况3
+ 您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。 2