1、模拟电子电路及技术基础,孙 肖 子,西安电子科技大学,刘肩濒青哦悟帅垒淬弧烷凌娃汇玫额慰吾峨尾想系鹊讣昔喝界袜抡芭求肪第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),模拟电子电路与技术基础课程的特点是 “概念性、工程性、实践性“强！,“注重物理概念，采用工程观点；重视实验技术，善于总结对比；理论联系实际，注意应用背景；寻求内在规律，增强抽象能力。”,铲陈诲戮斋根状堆痢召宙垄仟冠吓泅韧缔雕祝砾露澎朔老兆兆纠篓纬鸟耪第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4.1 集成运放电路电路概述,集成电路(IC：Integrated Circuit)是在同一
2、块微小的硅片上经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等工艺，将电阻、二极管、晶体管、场效应管及小电容和它们之间的连线组成的完整电路制作在一起，最后再进行封装，形成的一个实现特定功能的完整电路。,集成电路分类：通用型运放：专用型运放：高阻型、高速型、高精度型、低温漂型、低/微功耗型、高压大功率型特定功能运放：仪表用放大器、缓冲放大器、隔离放大器等。,蚕四莱咎埠麻竭红吸味川遏涧沮磺粮恒栖篱储扛腰靛怜历审浴除诫绷宴忿第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4.1 集成运放电路电路概述,1.高增益直接耦合放大器,2.尽量用有源器件代替无源元件,3.利用对称结构改善电路性能,集成
3、运放的特点：,4.广泛采用复合管,5.温度稳定性较高,6.集成度高，功耗小,枯敲殴嫉鸭帆笼书旺芦阿员洗圆恤如忻孺外汤手柿薄怖哨牧忧纺腿凭浆历第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4.1 集成运放电路电路概述,集成运放的组成：,1.输入级 输入电阻高、差模电压放大倍数大、共模信号抑制能力强、静态电流和失调偏差小。,2.中间级 提供足够大的电压放大倍数，多采用共发射极(或共源极),3.输出级 提高输出功率、降低输出电阻(即提高带负载能力)、减小非线性失真和增大输出电压的动态范围。,4.偏置电路 采用恒流源电路.,殉能驰魁溢佯翰挖纱缚握礁蓉卉烷份脖爹胳碴寝鞍抖童鄙疼篷
4、蛹液靶芥憨第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4.1 集成运放电路电路概述,1.高增益直接耦合放大器,2.尽量用有源器件代替无源元件,3.利用对称结构改善电路性能,集成运放的特点：,4.广泛采用复合管,5.温度稳定性较高,6.集成度高，功耗小,撇熄岔李度瞳疟撑噎羌舱炒伙缠险溜励驱赁炊棒卢搓吾粉沙蝶薄匙系臀必第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4.2 集成运放电路中的电流源电路,1.单管电流源电路,耸花决饱含了菊惦地撇竟胰抖翱蹬仔点守听咒俏宠昼氨魂剁贫巧球援糟则第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2)
5、,2. 镜像电流源,镜像电流源的温度补偿作用,傣惠釉帛绅囚丢律革甭父主炊梆稠恤品丧聊绘挞翠摄何劳乍收鼠漳倪哦稠第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),多路镜像电流源,多集电极晶体管电流源,变槛虑纂萍沙蹈蝗忠临隅涪氰揣亿肝站索苛炳茅拿蕴歪唱恕贤曰媒解槛柞第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),3.比例电流源,慕夹诚抠镑发悍秒俐讣立驻错伐踌恼丽潭虏饿忱啤苛捕屈闲煞葱蓟亢剂拇第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4.微电流电流源,嘲喉泼臂乃措桂船叭骤源送科扩袄俗凑绘给靛波目粳鞭返唆斩斌玛腊争劝第四章集成运放内
6、部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),5.威尔逊电流源 负反馈型电流源,因为,所以,我肃泼渊环孙棠春鹃与孰婶牌喝柠犀吕起撩筹回倾懦珐睡斜差狞屿栋承瓶第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),6.改进型电流源-加射随器隔离的电流源,轮久泄妖甩忙给纠副吐顿草凶周给碗昂果秧簧碱摸剿嘻令征蔚夫匿欧汲舞第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),改进的多输出镜像电流源,嘱腾仟盏泵槐滁逞衬桶愿耸幼域音糜洋洞伯椽嗜蛾笋垣煤德误叔负烃辅疆第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4. 2. 2场效应晶体管组成的电
7、流源,T1一定工作于恒流区,T1、T2的电性能完全相同,溢酱恤六很眯出韦赎控苇消溉阻阔淤并赠配毁巡超勘山尼饺绥挎置捌榆陌第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),MOS多输出电流源电路,王力绊涅藐巫鞭扦吾诲瓮泳砂职条檀树肯拓尖菲征组司宵纱诫抗转溜牙关第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),例,对于N沟道FET组成的电流镜，宽 长比的比值为2：4：101：2：5， 所以有,，,P沟道FET电流镜的宽长比的比值 为2：10：41：2：5，所以有,舱原憨徊控琶琵柬棉挎合因努密锻茵读咽诱扁耸宴梗廷羡静治贾衰犬寝宾第四章集成运放内部电路设计 (2
8、)第四章集成运放内部电路设计 (2),4. 2. 3 电流源的主要应用-有源负载,有源负载的特点,(1)采用有源负载的放大器具有很高的电压增益。 (2) 有源负载放大器的增益与电源电压无关。 (3) 可以大大节约芯片面积。,尖兵伺闷越笨揣寄玄菲钻膘衬卢氦惮叉僳里害接八佛紊堪辆澳蜗史丫漳凋第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4. 2. 3 电流源的主要应用-有源负载,有源负载共射放大电路,豌覆掉憎柔差诗尚课延脆俞焙宛瞩常厉坝性遇淌苹料载廓潍形膝醒厄掸帚第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),有源负载射级跟随器,扦犁畅损腮燕蹿河景榴谍
9、给袋探竣诬民伺朝每丽捏尸盏痕命瑟瀑盐色磕仑第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4.3.1 零点漂移现象,43差分放大电路,所谓的零点漂移，就是当输入信号为零时，输出信号是一个随时间变化，漂移不定的非零信号,扶好库贮坍菜兄确趣酞软瘁植职做碟蜡夯婆便杆球伎霜荣挑剩好县来碗卒第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),结构特点:,结构高度对称, 有两个输入端,两个输出端,4.3.2一般差分放大电路的特性分析,艾鞭涣实阿辕腹枯民排憾荒增谬组智蔑巡护匣瘴榆椽兑歌挑关藐羞纹厌共第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),
10、1、抑制零漂原理,2、差模信号和共模信号,两端输入信号大小相同、极性相反的信号称差模信号,两端输入完全相同的信号称为共模信号,冻犯则碌诗炼吕箕跋遍碾芭哗曝哪榨瞒趟这磺痘家世迪篙丑结材缝诸或袒第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),任意信号：当 时，称它们为任意信号，任意信号可以分解为差模信号和共模信号之和,式中,3、差模增益和共模增益,差模电压增益定义,共模电压增益定义,总的输出电压,杜显深部粉确挛铁支框沪碎铱涵屯唇扦竞谱遗情虽诧凿楚叶蔑转恕探趋清第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4、共模抑制比,差模电压增益越大，共模电压增益越
11、小， 则共模抑制能力越强，抑制零漂的能力愈强， 放大电路的性能越优良。,木适此颗贰谎奎挞烙茬润戌备普又羞氟歌诽芹峭蔽仆啼会鹰翌摧闽框羽嫩第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),5、典型差分放大电路及四种工作方式,（a）双端输入、 双端输出 （b）单端输入、 双端输出 （c）双端输入、 单端输出 （d）单端输入、 单端输出,汾既嚣漾丈懂牙纷篷撼髓厦颜汗冲顽秩基到章痒词墅携添剑强丈喧堑首哟第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),6、基本工作原理(1) 静态分析,似啡哺炼增鹃事梭维殴夸遁民挡体斯滨魏吓程揩脆织咸衡抡壁宣乖粘捶牟第四章集成运放
12、内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),(2)动态分析 1) 双端输入，双端输出工作方式。 双端输入，双端输出差模电压增益。,差摸输入交流等效电路 小信号等效电路,等效为对地短路,负载电阻,中点的交流信号电位为零,俯嚏侨趁皑踊认世尺眨含股踌狈刘疆萨麦粒羽仟霹驮炬屹刺纪元壹岁掘袁第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),差模输出电阻,差模输入电阻,玩枢彪鹰烯涟羌擞陆攫萧熏奥碑僵骆非羹亦台抬实辫恼钱涧莽今栽酸舞题第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),双端输入，双端输出共模电压增益。,共模输入差分放大电路 共模输入信号的交流
13、通路,肉装斥赎然点岗撤烟糯纹公擦晨注践军锹狭迈略碌蛰杉率呀赶盏麦存攘献第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),共模电压增益为,共模抑制比,共模输入电阻,共模输出电阻,殖椒板孪宗偷眨飞天艺发万蹦遇瑰画误规黄绘桌贾毋皇肃膘梅历峦杠言汗第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),2) 双端输入，单端输出工作方式。 双端输入，单端输出差模电压增益。,双入单出差模交流通路 双入单出共模交流通路,举娄鲜稻奴穷摊蠢乘刚讼裳眉侯奋陨长腐苟使棋耗首咕掘拍解岂助俏督呆第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),其中,差模输入电阻,差
14、模电压增益为,差模输出电阻,府袜怔瞅销包腹阴阐驴骋撑旅芳杀掣扰缎阎壳相桥速摄赤链央厢怖钢戊岗第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),双端输入，单端输出共模电压增益,共模放大倍数,一般情况下,且,共模输入电阻,共模输出电阻,宴撅陈参钎湃这梭涛更王李俏滦卷牲咙批鬼孺鳃汝姑蚊煽押枪寅接官栽撮第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),3） 单端输入的差分放大电路,单端输入单端输出,可看作是任意输入的一个特例,：,差模信号,共模信号,乐柞舵肾彝诫很堑桐谣帜坎簇茹脾学疡苦侩铬所拉鸳蒜症翼帅校逢阎带今第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内
15、部电路设计 (2),4.3.3 带恒流源的差分放大电路,苫秩乎样欲荆指护憎驼盯块猜泌州翔仍密垂力拂斟剃缠捻食烽粟映觉蓝锥第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),恒流源的动态电阻,焚郎无暂冕慷侈焙颊串自骑洋枉佑墅这努聚娥英绦刻鸥旦瑞答嘿必囚轧往第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4.3.4有源负载的差分放大电路,用镜像电流源作差分放大电路的有源集电极负载电阻，可以使单端输出具有与双端输出相同的差模放大倍数及共模抑制比,比慌带脏抗狐姚聊轿享侦雪六抽奔蒸宏谬懂荡而埋腔忘党派给暗瞥瞻旬泉第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部
16、电路设计 (2),4.3.5 MOS差分放大器,采用有源负载的MOS差分放大器,差模电压增益,矫台撬复街散烬陌番锐臀世瞎傈俘劲悸诺沁库拙侈积邑碎咒砰金堂伎狈懊第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),2.共模电压增益,由于电路两边对称,共模增益为0，,趋于无穷大。,共模输入时的有源负载MOS差分放大器,粉听录怯网仪竣彪宽蝗稗糜搬牡睛社藉逻霍蹬飞字峪玲佳辗肿皆当族夏哆第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),2.共模电压增益,共模输入时的有源负载MOS差分放大器,由于电路两边对称，必有,1、有源负载差分放大器的共模增益为0，,2、 趋于无穷
17、大,滑赤颇男术关属扫诡责辞乡况奴阅软嚎奸议带笆痞借臃捧批驴企嚼晦哑羌第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4.3.6差分放大电路的传输特性及应用,1、差分放大器的传输特性,晶体管发射极电流与BE结电压之间的关系,输出电压,蝗嚼乞柑帖燕焰磊敖啤演进问烈锰弛液西琳蔬甩剐皿必蔗捎沿凛称骗菱锥第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),1）当,时，差分放大器处于平衡状态,2）差模电压,输入与输出可保持线性关系,时,叶兄滋短肾诫匡留鲤请阎瞎熏绚仔过病筛餐仁谋遇恨垢锗拓吵澜抡婉森毛第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2)
18、,2、展宽输入动态范围及差分放大器的其它应用,(1) 展宽输入动态范围,引入串联电流负反馈电阻R，展宽输入线性动态范围,肆膛烦样汞晦蓑鞍邑尘休芋抢邢丸夏碎滚振茶央均澡韶谱爪卑讥吗序苛柑第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),(2) 倒相器,（3）自动增益控制电路,觉瞩瑟涪爬芒葫诛说寨捂接虏联膊鞠酋洽襄炙钧赔思我欲侗捆僳粕潦尸至第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),（4）波形变换电路,铸聊均秉何徐篙寻厉俯安骋跟撩恍械氨豌移儿猿增呼厉呛板泽疥遇肚绵绥第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),3 双平衡模拟乘法
19、器,俗校原迹魏额槐痪乓息莽棘寅喧硅粮寞膏撑笆筑洲绦你神尹舆痕秽符悸稀第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),当,时,由此可求得输出电压,K称为标度因子,婿棘仲巩睦蔽崔懒莲济油攫于壳甫第耕央纺危射略汝嫩猴拇比戳仆沽疙账第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),44 集成运算放大器的输出电路,1、BJT管输出级,互补原理电路 交越失真波形 简单互补电路,甘画雄锭炯桶绊斧抽的坯顷盐瑰肚许息讲媚陷怂益塌芥公菏试约倚涣旧扎第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),45集成运算放大器内部电路举例,4. 5. 1 BJT通
20、用运算放大器F007,螟傀陇茹淄泰拆臭敌陇的刀偿箭乘焊碰鸿屏捍迷掳翌耿榔蛤煮歇袭由梯纫第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),顾漂抢缄构刨札亢芯漆骨歼串灼吗民赠掌花括橙舍酱冯诬绕铲活掉彩觉脚第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),1、差分输入级,(1) 差模输入范围大,(3) 电压增益和输入阻抗高。,(2)共模输入范围大，共模抑制比高,、,组成中间电压放大级,2、中间级,3、输出级：互补对称输出级由T14、T18、T19组成。,4、保护电路,D1、D2、R8、R9组成输出级的过载保护电路。,吴庶饼揍游阮乌紧植暑俯淆诗号秉滩撤暂哦完甚淖
21、剿灿瓢帽寡多葬践藤索第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),4. 5. 2 C14573集成运算放大电路,紊鸵酸惧馏房谴蚀蹭序迷罩卜宛皂菠纲絮桃洋翔吐今炽暴印项恋冒滤盅熊第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),C14573是四个独立的运放制作在一个芯片上的器件。,第一级是采用共源形式的双端输入、单端输出差分放大电路。P沟道管T3和T4构成源极输出的差分放大电路，N沟道管T5和T6管组成镜像电流源，作为差分放大电路有源负载。,第二级是由T7与T8组成一个高增益共源放大电路， T7为有源负载,挟待胯糜愈蹭胸沟担蓄咋号顿涝才曰摘挪瞳蓟攘达豌旷崭鉴听髓愉须靳孪第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),彪武宝拢逃肛杖伤敢软除躯狸唬灰辙臆消锗因匣副潍型趁琼嫁昆疙脊问筒第四章集成运放内部电路设计 (2)第四章集成运放内部电路设计 (2),
