第六章 模拟集成电路

三、动态分析（Av、Ri、Ro）
1、共模参数（Avc、Ric、Ro） 2、差模参数（Avd、Rid、Ro）

抑制共模(零漂、干扰)
（1）双端输出时，通过对称性实现；
（2）单端输出时，通过射极大电阻 Re降低共模信号放大倍数来实现。 联体处为 “差模地”

放大差模 iRe=0 双出vo=2vo1(vo2 )(单出)
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本章知识结构图
本章教学要求
正确理解集成运放的组成结构及各组成部分的作用；熟练掌握
各类电流源的工作原理及计算方法；熟练掌握四种不同输入输出方
式差分式放大电路的工作原理以及性能特点；熟练掌握各类差分式 放大电路静态工作点、差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻以
二、电流源电路的用途
1、给集成电路各级电路提供直流偏置电流，以获得稳定的Q点；
2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、增大动态范围； 3、由电流源给电容充电，可获得随时间线性增长的电压输出； 4、电流源还可单独制成稳流电源使用。
6.1.1 BJT电流源电路
一、镜像电流源
I REF VCC VEE VBE R VCC VEE R
vi1 = －vi2 = vi /2 单入=双入 RC Avd ro 对 Ie 分流 rbe 极小，可忽
② 差模输入电阻
略！
Rid 2rbe
③ 输出电阻
Ro 2 Rc
4、单端输入、单端输出 ① 差模电压增益
Avd 1 Avd 2
RC 1 Avd 2 2rbe
RC 1 Avd 2 2rbe
特点： 1. 利用△VBE（较小）控制输出电流； 2. 3. 提高了恒流源对电源变化的稳定性； 提高了恒流源对温度变化的稳定性 。
6.1.2 FET电流源
一、MOSFET镜像电流源
I 0 I D 2 I REF VDD VSS VGS R
W2 / L2 I0 I REF W1 / L1
I 0 I C 2 I REF
特点：
1. 2. 3. 4. 结构简单； 具有一定的温度补偿作用 ； 不适合于直流电源在大范围变化的集成运放； 若输入级要求微安级偏置电流，在集成电路中无法实现。
偏置电路用作有源负载
T1为放大管，T2、T3组成 镜像电流源作为T1的有源 负载，利用三极管集电极 等效电阻较大的特点提高 电压增益，此外T2管的电 流还可确定T1管的工作电 流。
vi1 vi 2 vid / 2
一管电流增加，另一管电流减小，所以 两个输出端有信号电压输出，为
vo vC1 vC 2 0
输入共模信号：两个输入端各加一个 大小相等，极性相的信号电压，即
干扰信号或 有用信号
vi1 vi 2 vic
vo vC1 vC 2 0
二、动态分析
Rc 2ro
共模电压增益越小，抑制共模信号的 能力越强，放大电路的性能越好。
2、共模输入电阻
1 Ri c rbe 1 2r0 2
2
I D2 I D3 I D4
I REF I D 0 K n 0 VGS 0 VT 0
特点：
当器件具有不同的宽长比时，可获得不同比例的输出电流。
三、JFET电流源
JFET电流源的动态输出电阻等于输出特性的斜率的倒数。
6.2.1
一、一般结构
差分放大电路的组成
差分放大电路是由两个特性基本相同的三极管组成， 电路参数对称相等。
（一）差模参数（Avd、Rid、Ro） 1、双端输入、双端输出 ① 差模电压增益 v v v 2v RC Avd o o1 o 2 o1 vid vi1 vi 2 2vi1 rbe 加负载电阻RL
Avd RL rbe R Rc // L RL 2
二、微电流源
接入Re2电阻得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，适用微功 耗的集成电路和集成放大器的前置级中。
当R取 几k 时， IREF 为mA量级，而IC2可降至A量级的微电流源 。且IC2 的稳定性也比IREF 的稳定性好。
VBE 1 VBE 2 VBE I E 2 Re 2 I0 IC 2 I E 2 VBE Re 2
恒流源 ①提供直流偏置 ②具有高阻值动态内阻 ③抑制共模信号
二、共模信号和差模信号
直流信号
vid vi1 vi 2 1 共模电压： vic (vi1 vi 2 ) 2
差模电压：
差模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相反的信号。 共模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相同的信号。
rbe1= rbe2= rbe
ICBO1=ICBO2= ICBO
RC1=RC2= RC
Rs1=Rs2= Rs
一、输入和输出方式
两个输入端：
双端输入(two-sided input) 单端输入(single-sided input) 两个输出端：
双端输出(two-sided output) 单端输出(one-sided input) 四种接法： 双入双出 双入单出 单入双出 单入单出
及共模抑制比的计算；掌握集成运放主要技术指标的含义。
本章重点难点
1．集成电路运算放大器的基本组成 集成电路运算放大器的实质是高电压增益、高输入电阻和低输 出电阻的多级直接耦合放大电路。通常由输入级、中间级、输出级
以及偏置电路组成。
输入级通常采用恒流源式的差分式放大电路，通过发挥集成运 放内部参数匹配性好的特点，降低零点漂移、温度漂移；采用恒流
忽略IB1、IB2，即：VB1=VB2=0 入手点： IRe
I Re
VB1 ( VEE ) VBE = Re
0 ( VEE ) VBE VEE VBE = = Re Re
I C1 = I C2
I Re 2
I B1 = I B2
I C1

VCE = VC VE = (VCC I C Rc ) ( VBE ) VCC I C Rc VBE
② 差模输入电阻
Rid 2rbe
③ 输出电阻
Ro 2Rc
特点：
① 电路多用一个三极管，电压增益未增加； ② 通过共模负反馈对共模信号（主要为电源电压中的干扰以及温度的 变化）进行抑制； ③对差模信号（有用信号）进行放大。
2、双端输入、单端输出 ① 差模电压增益
Rc 1 Avd 1 Avd 2 2rbe
一、静态分析
输入信号为零，即
vi1 vi 2 0
I CQ1 I CQ 2 I CQ I 0 / 2
VCEQ = VCC I CQ RC VBE
Vo VCQ1 VCQ 2 0
二、动态分析
有用信号
输入差模信号：两个输入端各加一 个大小相等，极性相反的信号电压 ，即
输入共模信号：两个输入端各加一个大小相等，极性相同的信号电压， 即
干扰信号或 有用信号
vi1 vi 2 vic
零点漂移：放大电路的输入端短路时，输出端还有电压输出。 抑制零点漂移的原理：温度的变化，电 源电压的波动都会引起两管集电极电流、
集电极电压的变化，其效果相当于在差
分电路两个输入端加入了共模信号，由 于电路对称，理想的情况下，输出电压 不变，从而抑制了零点漂移。 多级直接耦合放大电路的输入级常 采用差分式放大电路来抑制零点漂移 ， 放大差模信号。
第六章
模拟集成电路
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 6.2 差分式放大电路 6.3 差分式放大电路的传输特性 6.4 实际集成运放的主要参数和应用电路的影响
运算放大器外形图
运算放大器外形图
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术
电流源电路：输出电流恒定，具有很高输出电阻的电路。 一、特点
1、由BJT、FET构成电流源电路，由于其工作在放大状态时，其输出 电流都是具有恒流特性的受控电流源； 2、在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 镜像电流源、精密电流 源、微电流源、多路电流源等； 3、电流源电路一般都加有电流负反馈； 4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性，对电流源电路进行温度补 偿，以减小温度对电流的影响。
源引入共模负反馈，抑制共模信号，提高共模抑制比。
中间级又称电压放大级，其主要任务是提供足够大的电压增益， 向输出级提供大的推动电流，因此通常由共射或共源放大电路组成。 输出级一般不要求提供高的电压增益，而要求向负载提供足够大 的输出电流。通常输出级采用电压跟随器或互补对称的电压跟随器。 偏置电路起到为输入级、中间极和输出级提供偏置电流，确定各 级静态工作点以及在放大电路中充当有源负载的作用。
2．偏置电路 偏置电路主要由电流源电路组成，常用的有镜像电流源、比例 电流源和微电流源等，前两者提供的偏置电流较大，后者则可产 生较小的偏置电流，适用于输入级偏置电路。 3．差分式放大电路 差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路，这源于电路的对 称性。 差分放大电路主要有双端输入双端输出、双端输入单端输出、 单端输入双端输出、单端输入单端输出四种典型电路。 差分式放大电路的性能指标主要有：差模电压增益、共模电压 增益、共模抑制比、差模输入电阻、共模输入电阻、输出电阻等。 上述指标通常是在正确画出半电路的直流通路、差模等效电路和 共模等效电路的基础上求取的，在画这些等效电路时应注意： （1）负载电阻在单端输出和双端输出时的等效处理有所不同，射极 共用电阻在差模输入和共模输入时的等效处理有所不同。 （2）单端输入由于可等效为双端差模输入和共模输入的叠加，其效 果与双端输入基本相同。
② 差模输入电阻
Rid 2rbe
③ 输出电阻
Ro Rc
（二）共模参数（Avc、Ric、Ro）