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1、6.1 模擬集成電路中的直流偏置技術模擬集成電路中的直流偏置技術6.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性6.4 集成電路運算放大器集成電路運算放大器6.5 實際集成運算放大器的主要參數(shù)和對應實際集成運算放大器的主要參數(shù)和對應 用電路的影響用電路的影響6.2 差分式放大電路差分式放大電路BE1BE2=VVE1E2=IIC1C2=IIT T1 1、T T2 2的參數(shù)全同的參數(shù)全同 即即12，ICEO1ICEO2 當當BJT的的較大時，基極電流較大時，基極電流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF RVVRVVVEECCEEBECC)(代表符號代表符號動態(tài)電阻動態(tài)電阻 2B12CE

2、2Co)(Ivir ce r e2BE2BE1RVV E2C2OIII e2BERV BEV rorce2（1 ）e2be2e2RrR oR A1和和A3分別是分別是T1和和T3的相對結面積的相對結面積 動態(tài)輸出電阻動態(tài)輸出電阻ro遠比微電流源的動態(tài)輸出電阻為高遠比微電流源的動態(tài)輸出電阻為高RVVVVIEEBE23BECCREF REF13C2oIAAII T1、R1 和和T4支路產(chǎn)生基準電流支路產(chǎn)生基準電流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVI T1和和T2、T4和和T5構成鏡像電流源構成鏡像電流源T1和和T3，T4和和T6構成了微電流源構成了微電流源當器件具有不同的寬長比時當器件

3、具有不同的寬長比時RVVVIIIGSSSDDREFD2O REF1122O/ILWLWI （=0=0）ro=rds2 MOSFET基本鏡像電路流基本鏡像電路流 2T2GS22n2T2GS22n2D2)()()/(VVKVVKLWI 用用T3代替代替R，T1T3特性相同，特性相同，且工作在放大區(qū)，當且工作在放大區(qū)，當=0時時，輸出，輸出電流為電流為 常用的鏡像電流源常用的鏡像電流源 REF1122D2/ILWLWI REF1133D3/ILWLWI REF1144D4/ILWLWI 2T0GS0n0D0REF)(VVKII end(a)電路電路 (b)輸出特性輸出特性 i2i1id=vvv 差模

4、信號差模信號)(21=i2i1icvvv 共模信號共模信號idod=vvv A差模電壓增益差模電壓增益icoc=vvv A共模電壓增益共模電壓增益icciddooo =vvvvvvvAA 總輸出電壓總輸出電壓其中其中ov 差模信號產(chǎn)生的輸出差模信號產(chǎn)生的輸出ov 共模信號產(chǎn)生的輸出共模信號產(chǎn)生的輸出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指標反映抑制零漂能力的指標cdCMR=vvAAK根據(jù)根據(jù)2=idici1vvv 2=idici2vvv i2i1id=vvv)(21=i2i1icvvv 有有 共模信號相當于兩個輸入共模信號相當于兩個輸入端信號中相同的部分端信號中相同的部分 差模信號相當于兩個輸

5、入差模信號相當于兩個輸入端信號中不同的部分端信號中不同的部分 兩輸入端中的共模信號兩輸入端中的共模信號大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信號大小相等，相位相反。號大小相等，相位相反。靜態(tài)靜態(tài)OCC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)V7.0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 動態(tài)動態(tài)僅輸入差模信號，僅輸入差模信號，i2i1vv和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。O2O1vv和和大小相等，大小相等，0O2O1o vvv信號被放大。信號被放大。相位相反。相位相反。iC1 iC2 溫度溫度 iC1 iE1 iC2 iE2 vE （vB1、vB2

6、不變）不變）vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 （1）差模情況）差模情況 idod=vvvAi2i1o2o1vvvv 接入負載時接入負載時i1o122vv becrR beLcd)21/(=rRRA v（1）差模情況）差模情況 ido1d1=vvvAi1o12vvd21vA bec2rR 接入負載時接入負載時beLcd2)/(=rRRA v（1）差模情況）差模情況eorr 等效于雙端輸入等效于雙端輸入 指標計算與雙指標計算與雙端輸入相同。端輸入相同。（2）共模情況）共模情況 共模信號的輸入使兩管共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。集電極電壓有相同的變化。所以所以0oc2oc1o

7、c vvv0icocc vvvA共模增益共模增益icoc1c1vvv A抑制零漂能力增強抑制零漂能力增強icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or c1vA（2）共模情況）共模情況（3）共模抑制比）共模抑制比cdCMRvvAAK dB lg20cdCMRvvAAK CMRK CMRKc1d1vvAAbeorr 越越大大，CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越強越強)1(idCMRicidd1o1vvvvvKA （4）頻率響應）頻率響應mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3 RIVVV。時，時，當當，均為硅管，均為硅管，、V008050TTTOi321

8、321 vv?mV5)3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23C vvvvv時，時，當當?shù)闹档闹导凹?、AAARVVIII k3.2mV26)1(200E33be3Ir mA37.0c2BE3e3E3C2 RVRII V9V)7.0(1037.012V12E2c2C2CE2 VRIVmA74.022C2E2E III k2.5k 74.0121074.07.0)12(Ee1EEe2IRIVR k78.3mV26)1(200E22be2Ir k3.245)1(e33be3i2RrR 50)(2)/(b1bei2c22d2 RrRRAv9.3)1()/(e33beL3c32 RrRRA

9、v1952d2 vvvAAAmV5.2)0mV5(21)(21i2i1ic vvv3.0)(2)1()/(e2e12b1bei2c22c2 RRRrRRAvmV972)9.3(5.2)3.0(550)(2icc2idd22O2O vvvvvvvvAAAAmV975O v時時 k12LR95.1)1()/(e33beL3c32 RrRRAv5.972d2 vvvAAA靜態(tài)靜態(tài) IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO IE5差模電壓增益差模電壓增益（負載開路）（負載開路）0ce4o2ce2o2c2c4 rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rv

10、rvrvrv bece4ce2ido2d2)/(rrrvvAv 則則 單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益 差模輸入電阻差模輸入電阻 Rid2rbece4ce2o/rrR 輸出電阻輸出電阻共模輸入電阻共模輸入電阻 Ricrbe2(1)ro5雙端輸出差模電壓增益雙端輸出差模電壓增益ido1i2i1o2o1d2vvvvvvv A)/(2 )/(o1o3idmo1o3i1mo1rrgrrgvvv 而而:)/()/(ds1ds3mo1o3mdrrgrrgA v所以：所以：單端輸出差模電壓增益單端輸出差模電壓增益vo2(id4-id2)(ro2/ro4)g

11、m vid（ro2/ro4）)2(2idmidmvvgg (ro2/ro4)ido2dvvv A gm(ro2/ro4)與雙端輸出相同與雙端輸出相同end根據(jù)根據(jù)TBE/ESEeVIiv iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2 又又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得傳輸特性曲線可得傳輸特性曲線 vO1，vO2f（vid）vO1，vO2f（vid）的傳輸特性曲線的傳輸特性曲線endREFGS5SSDDREFSG5SSDDoREF RVVVRVVVII 2TGS5P5REF)(VVKI 已知已知VT 和和KP5，可求出，可求出

12、IREF 根據(jù)各管子的寬長比根據(jù)各管子的寬長比，可求出其它支路電流。，可求出其它支路電流。2idgs1vv 2idgs2vv 設設 gm1=gm2=gm)/)()/(4o2o2d4d4o2oogs7o2rriirri vv則則)/()/)(2()2(ds4ds2idm4o2oid2mid1mrrgrrggvvv )/)(4o2o2d1drrii )/(ds4ds2mido21rrgAv vv輸入級電壓增益輸入級電壓增益 總電壓增益總電壓增益 Av=Av1Av2 Av2=vo/v gs7 =gm7(rds7/rds8)第二級電壓增益第二級電壓增益 將參數(shù)代入計算得將參數(shù)代入計算得 Av=4088

13、4.8（92.2 dB）原理電路原理電路 簡化電路簡化電路end1.輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIO 在室溫（在室溫（25）及標準電源電壓下，輸入電壓為零時，為）及標準電源電壓下，輸入電壓為零時，為了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓叫做失了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓叫做失調(diào)電壓調(diào)電壓VIO。一般約為（。一般約為（110）mV。超低失調(diào)運放為（。超低失調(diào)運放為（120）V。高精度運放。高精度運放OP-117 VIO=4 V。MOSFET達達20 mV。2.輸入偏置電流輸入偏置電流IIB 輸入偏置電流是指集成運放輸入偏置電流是指集成運放兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值兩個

14、輸入端靜態(tài)電流的平均值 IIB（IBNIBP）/2 BJT為為10 nA1 A；MOSFET運放運放IIB在在pA數(shù)量級。數(shù)量級。3.輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO是指當輸入電壓為零時流入放大器兩輸入是指當輸入電壓為零時流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即端的靜態(tài)基極電流之差，即IIO|IBPIBN|一般約為一般約為1 nA0.1 A。4.溫度漂移溫度漂移（1）輸入失調(diào)電壓溫漂）輸入失調(diào)電壓溫漂 VIO/T（2）輸入失調(diào)電流溫漂）輸入失調(diào)電流溫漂 IIO/T1.開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬和帶寬BW 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益AvO開環(huán)

15、帶寬開環(huán)帶寬BW(fH)單位增益帶寬單位增益帶寬 BWG(fT)741型運放型運放AvO的頻率響應的頻率響應 2.差模輸入電阻差模輸入電阻rid和輸出電阻和輸出電阻ro BJT輸入級的運放輸入級的運放rid一般在幾百千歐到數(shù)兆歐一般在幾百千歐到數(shù)兆歐MOSFET為輸入級的運放為輸入級的運放rid1012超高輸入電阻運放超高輸入電阻運放rid1013、IIB0.040pA一般運放的一般運放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3.最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Vidmax1.共模抑制比共模抑制比KCMR和共模輸入電阻和共模輸入電阻ric 一般通用型運放一般通用型運放KC

16、MR為（為（80120）dB，高精度運放，高精度運放可達可達140dB，ric100M。2.最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Vicmax 一般指運放在作電壓跟隨器時，使輸出電壓產(chǎn)生一般指運放在作電壓跟隨器時，使輸出電壓產(chǎn)生1%跟跟隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質(zhì)量的運放可達隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質(zhì)量的運放可達 13V。1.轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號（例如階躍信號）時，放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號（例如階躍信號）時，輸出電壓對時間的最大變化速率，即輸出電壓對時間的最大變化速率，即 maxoRd)(dttSv 若信號為若信號為viVimsin2 ft，則運放的

17、，則運放的SR必須滿足必須滿足SR2fmaxVom2.全功率帶寬全功率帶寬BWP 指運放輸出最大峰值電壓時允許的最高頻率，即指運放輸出最大峰值電壓時允許的最高頻率，即 SR和和BWP是大信號和高頻信號工作時的重要指標。一般通用是大信號和高頻信號工作時的重要指標。一般通用型運放型運放SR在在nV/s以下，以下，741的的SR=0.5V/s而高速運放要求而高速運放要求SR30V/s以上。目前超高速的運放如以上。目前超高速的運放如AD9610的的SR3500V/s。omRmaxP2 VSfBW 1.電源電壓抑制比電源電壓抑制比KSVR 衡量電源電壓波動對輸出電壓的影響衡量電源電壓波動對輸出電壓的影響

18、 2.靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗PV 1.1.集成運放的選用集成運放的選用 根據(jù)技術要求應首選通用型運放，當通用型運放難以滿根據(jù)技術要求應首選通用型運放，當通用型運放難以滿足要求時，才考慮專用型運放，這是因為通用型器件的各足要求時，才考慮專用型運放，這是因為通用型器件的各項參數(shù)比較均衡，做到技術性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一。至于專用項參數(shù)比較均衡，做到技術性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一。至于專用型運放，雖然某項技術參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼型運放，雖然某項技術參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼顧，例如低噪聲運放的帶寬往往設計得較窄，而高速型與顧，例如低噪聲運放的帶寬往往設計得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾，如此等等。高精度常常

19、有矛盾，如此等等。2.失調(diào)電壓失調(diào)電壓VIO、失調(diào)電流、失調(diào)電流IIO和偏置電流和偏置電流IIB帶來的誤差帶來的誤差 2IOIBP)2(RIIV f11ONRRRVV NPVV )/)(2(f1IOIBRRII IOV )/(21)/()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV)(/1(2IOIO1fORIVRRV f12/RRR IBIfR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)(1)()()(2IOIO12IOIOOIOIO IV和和end3.調(diào)零補償調(diào)零補償（a a）調(diào)零電路）調(diào)零電路 （b b）反相端加入補償電路）反相端加入補償電路謝謝觀看/歡迎下載BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH