工学第讲带有源负载的差分放大电路和集成电路.pptx

6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路（1）差模放大）差模放大 双出双出 单出单出6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路（1）共模抑制）共模抑制 双端输出双端输出共模增益共模增益 单端输出单端输出例例解：解：求求:(1)静态静态ic3解：解：(2)电压增益电压增益解解(3)差分电路的共模增益差分电路的共模增益共模输入电压共模输入电压不计共模输出电压时不计共模输出电压时解：解：(4)(4)当输出接一个当输出接一个12k 负载负载时的差模电压增益时的差模电压增益.4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路静态静态 IE6 IREFIO IE56.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路IC1 IC2 IC3 IC4=IO/2iO IC4IC2 04.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路动态动态 ve=0iC1 iC26.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路iO iC4iC2 2 iC1iC1 iC3 iC4带有源负载差分放大电路带有源负载差分放大电路的输出电流是基本单端输的输出电流是基本单端输出差放的两倍。出差放的两倍。4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模电压增益差模电压增益（负载开路）（负载开路）则则 单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模输入电阻差模输入电阻输出电阻输出电阻Rid2rbe6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路共模输入电阻共模输入电阻 Ric1/2rbe2(1)ro56.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益而而:所以：所以：6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路差分式放大电路单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益vo2(id4-id2)(ro2/ro4)gm vid（ro2/ro4）(ro2/ro4)gm(ro2/ro4)与双端输出相同与双端输出相同6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性根据根据iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2 又又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得传输特性曲线可得传输特性曲线 vO1，vO2f（vid）vO1，vO2f（vid）的传输特性曲线的传输特性曲线6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.4.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器CMOS MC14573 6.4.2 集成运算放大器集成运算放大器7416.4.1 CMOS MC14573 集成电路运算放大器集成电路运算放大器1.电路结构和工作原理电路结构和工作原理CMOS MC145736.4.2 BJT LM741http:/ 实际集成运算放大器的主要实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响参数和对应用电路的影响6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流误差特性（输入失调特性）1.输入失调电压输入失调电压VIO 在室温（在室温（25）及标准电源电压下，输入电压为零时，为）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿补偿电压叫做失电压叫做失调电压调电压VIO。一般约为。一般约为（110）mV。超低失调运放为（。超低失调运放为（120）V。高精度运放。高精度运放OP-117 VIO=4 V。MOSFET达达20 mV。2.输入偏置电流输入偏置电流IIB 输入偏置电流是指集成运放输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值两个输入端静态电流的平均值 IIB（IBNIBP）/2 BJT为为10 nA1 A；MOSFET运放运放IIB在在pA数量级。数量级。6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流误差特性（输入失调特性）3.输入失调电流输入失调电流IIO 输输入入失失调调电电流流IIO是是指指当当输输入入电电压压为为零零时时流流入入放放大大器器两两输输入入端的静态基极电流之差，即端的静态基极电流之差，即IIO|IBPIBN|一般约为一般约为1 nA0.1 A。4.温度漂移温度漂移（1）输入失调电压温漂）输入失调电压温漂 VIO/T（2）输入失调电流温漂）输入失调电流温漂 IIO/T6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数差模特性差模特性1.开环差模电压增益开环差模电压增益Avo和带宽和带宽BW 开环差模电压增益开环差模电压增益AvO开环带宽开环带宽BW(fH)单位增益带宽单位增益带宽 BWG(fT)741型运放型运放AvO的频率响应的频率响应 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数差模特性差模特性2.差模输入电阻差模输入电阻rid和输出电阻和输出电阻ro BJT输入级的运放输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放为输入级的运放rid1012超高输入电阻运放超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的一般运放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3.最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数共模特性共模特性1.共模抑制比共模抑制比KCMR和共模输入电阻和共模输入电阻ric 一般通用型运放一般通用型运放KCMR为（为（80120）dB，高精度运放，高精度运放可达可达140dB，ric100M。2.最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 13V。6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数大信号动态特性大信号动态特性1.转换速率转换速率SR放放大大电电路路在在闭闭环环状状态态下下，输输入入为为大大信信号号（例例如如阶阶跃跃信信号号）时时，输出电压对时间的最大变化速率，即输出电压对时间的最大变化速率，即 若信号为若信号为viVimsin2 ft，则运放的，则运放的SR必须满足必须满足SR2fmaxVom6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数大信号动态特性大信号动态特性2.全功率带宽全功率带宽BWP 指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和和BWP是是大大信信号号和和高高频频信信号号工工作作时时的的重重要要指指标标。一一般般通通用用型型运运放放SR在在nV/s以以下下，741的的SR=0.5V/s而而高高速速运运放放要要求求SR30V/s以上。目前超高速的运放如以上。目前超高速的运放如AD9610的的SR3500V/s。电源特性电源特性1.电源电压抑制比电源电压抑制比KSVR 衡量电源电压波动对输出电压的影响衡量电源电压波动对输出电压的影响 2.静态功耗静态功耗PV 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数1.1.集成运放的选用集成运放的选用 根根据据技技术术要要求求应应首首选选通通用用型型运运放放，当当通通用用型型运运放放难难以以满满足足要要求求时时，才才考考虑虑专专用用型型运运放放，这这是是因因为为通通用用型型器器件件的的各各项项参参数数比比较较均均衡衡，做做到到技技术术性性与与经经济济性性的的统统一一。至至于于专专用用型型运运放放，虽虽然然某某项项技技术术参参数数很很突突出出，但但其其他他参参数数则则难难以以兼兼顾顾，例例如如低低噪噪声声运运放放的的带带宽宽往往往往设设计计得得较较窄窄，而而高高速速型型与与高精度常常有矛盾，如此等等。高精度常常有矛盾，如此等等。6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题通用型通用型 高阻型高阻型 高速型高速型 低功耗型低功耗型 高压型高压型 大功大功率型率型 高精度型高精度型2.失调电压失调电压VIO、失调电流、失调电流IIO和偏置电流和偏置电流IIB带来的误差带来的误差 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题输入为零时的等效电路输入为零时的等效电路解得误差电压解得误差电压当当 时，可以时，可以消除偏置电流消除偏置电流 引起的引起的误差，此时误差，此时当电路为积分运算时，当电路为积分运算时，即即 换成电容换成电容C，则，则时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。引起的误差仍存在引起的误差仍存在3.调零补偿调零补偿6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题（a a）调零电路）调零电路 （b b）反相端加入补偿电路）反相端加入补偿电路6.6 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器6.7 放大电路中的噪声与干扰放大电路中的噪声与干扰减小噪声的措施：减小噪声的措施：首选低噪声集成运放，采用滤波和软件方法，首选低噪声集成运放，采用滤波和软件方法，对噪声进行处理。对噪声进行处理。减小干扰的措施：减小干扰的措施：合理布局合理布局，电源变压器要尽量远离放大电路，更应，电源变压器要尽量远离放大电路，更应远离输入电路，输入线、输出线、交流电源线要分开走远离输入电路，输入线、输出线、交流电源线要分开走线，不要平行走线。线，不要平行走线。屏蔽屏蔽 去耦合去耦合 正确安排接地点。正确安排接地点。