第六章 模拟集成电路
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集成电路原理第六章S知识分享
（1）接电阻增加输出电阻的技术
VGG为固定偏置，则 vg2=0
vgs2 vg2 vs2 vs2
vbsvs2
i0gd2s(v0vs2)gm 2( vs2)gm2b (s vs2)
vs2ri0
（6-3）
图6-3
接电阻增加输出电阻 的结构与等效电路
2020/10/19
而饱和区衬底跨导
gm
b2sviDBSS
假设：VDD=10V，VBV=6.5V，rz=100，R=35k，则此基准电压源的灵敏 度为0.0044。
2020/10/19
3、CMOS带隙基准源
CMOS带隙基准源电路见 图6-13，此结构实现了一种较 为精确的基准电压源。主要利 用了MOSFET的亚阈区工作时电 流的正温度系数特性与BJT的 BE结导通电压VBE的负温度特 性相互补偿，达到恒定的基准 电压输出。
模拟集成运算放大器电路分层说明
2020/10/19
10Bits 105MSPS 3V ADC 原理图
2020/10/19
无缓冲二级CMOS运放电路
电流镜 源耦合对 偏置电路
共源放大器
2020/10/19
多路电流放大器
6.2.1 电流源与电流沉（Current Source and Sink） 所谓电流源或电流沉，是指一种在任何时间内，其电流值
2020/10/19
6.2.3 基准源
理想的基准电压源或电流源应不受电源和温度变化的影响。 “基准”即是强调基准源的输出数值比一般电源的数值有更高 的精度和稳定性。通常基准与其连接的负载有关，可用缓冲放 大器使其和负载隔开，同时保持良好的性能。
1、简单的电压分压器
VREFVDD
R2 R1 R2
VGG为固定偏置，则 vg2=0
vgs2 vg2 vs2 vs2
vbsvs2
i0gd2s(v0vs2)gm 2( vs2)gm2b (s vs2)
vs2ri0
（6-3）
图6-3
接电阻增加输出电阻 的结构与等效电路
2020/10/19
而饱和区衬底跨导
gm
b2sviDBSS
假设：VDD=10V，VBV=6.5V，rz=100，R=35k，则此基准电压源的灵敏 度为0.0044。
2020/10/19
3、CMOS带隙基准源
CMOS带隙基准源电路见 图6-13，此结构实现了一种较 为精确的基准电压源。主要利 用了MOSFET的亚阈区工作时电 流的正温度系数特性与BJT的 BE结导通电压VBE的负温度特 性相互补偿，达到恒定的基准 电压输出。
模拟集成运算放大器电路分层说明
2020/10/19
10Bits 105MSPS 3V ADC 原理图
2020/10/19
无缓冲二级CMOS运放电路
电流镜 源耦合对 偏置电路
共源放大器
2020/10/19
多路电流放大器
6.2.1 电流源与电流沉（Current Source and Sink） 所谓电流源或电流沉，是指一种在任何时间内，其电流值
2020/10/19
6.2.3 基准源
理想的基准电压源或电流源应不受电源和温度变化的影响。 “基准”即是强调基准源的输出数值比一般电源的数值有更高 的精度和稳定性。通常基准与其连接的负载有关，可用缓冲放 大器使其和负载隔开，同时保持良好的性能。
1、简单的电压分压器
VREFVDD
R2 R1 R2
模拟电子线路第6章集成电路运算放大器
电路组成及工作原理 抑制零点漂移原理
主要指标计算
几种方式指标比较
6.3.3 FET差分式放大电路
6.3.4 差分式放大电路的传输特性
6.3.1 概述
1. 直接耦合放大电路
既可放大直流信号，也可放 大交流信号 鉴于集成工艺难以制作电感 和较大的电容，集成运算放 大器都要采用直接耦合方式
6.1 集成电路运算放大器概述 6.2 集成电路中的电流源 6.3 差分式放大电路 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 *6.6 放大电路中的噪声与干扰
6.1 集成运算放大器概述
集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半
导体基片上。
集成电路的优点：
工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、 功耗小。
所以IC2也很小
3. 多路电流源
IE Re I R REF e IE1Re1 IE2 Re 2
IC1 IE1 IREF Re/ Re1,
IC2 IE2 IREF Re/ Re 2
4. 电流源作有源负载
镜像电流源
共射电路的电压增益为：
A V
=
Vo Vi
(Rc // RL )
差放
+
-vo
+
+ vo1
vo2 -
-
差分式放大电路输入输出结构示意图
总输出电压 vo =
根据上面两式有
vod
vi1
v=ocvic AvV2iDd vid
vi2
AVCvic
= vic
vid 2
KCMR =
AVD AVC
共模抑制比
电子科大微固学院专业课集成电路原理与设计课件第六章——考研专业全
• 由光刻及套刻精度的影响使几何尺寸不能完全匹配。
王向展
2024年10月17日12时22分
18
集成电路原理与设计 2、威尔逊电流镜 – Wilson Current Mirror
通过电流负反馈提高输出电阻，是一种改进型电流镜。
Iout I DS 2 VGS 2 VGS1 I DS1
参考电流Ir恒定
VDS1 (VGS 3 VGS 2 )
VGS3Iout并趋于原稳定值，即Iout 受Vout影响减弱，输出电阻提高。
图6.7威尔逊电流镜
王向展
2024年10月17日12时22分
19
集成电路原理与设计
Rout
ro3
ro
2
1
ro3
gm
3
(13 ) gm1
1 gm2 ro2
rds1
gm
3
ro
集成电路原理与设计
第六章 MOS模拟集成电路
§ 6.1 MOS模拟集成电路基础 6.1.1 MOS模拟集成电路中的元件
§ 6.2 MOS模拟IC子电路 6.2.1 电流源与电流沉 6.2.2 电流镜和电流放大器 6.2.3 基准源 6.2.4 MOS差分放大器 6.2.5 反相放大器 6.2.6 输出级
VDD
R2 R1 R2
VREF对VDD的灵敏度：
VREF
S
VREF
VREF
VREF VDD
1
VDD
VDD VDD
VDD VREF
（a）电阻分压器
（b）有源器件分压器
图6.9 简单分压器
王向展
2024年10月17日12时22分
24
集成电路原理与设计
2、pn结基准电压源 （1）简单的pn结基准源
王向展
2024年10月17日12时22分
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集成电路原理与设计 2、威尔逊电流镜 – Wilson Current Mirror
通过电流负反馈提高输出电阻，是一种改进型电流镜。
Iout I DS 2 VGS 2 VGS1 I DS1
参考电流Ir恒定
VDS1 (VGS 3 VGS 2 )
VGS3Iout并趋于原稳定值，即Iout 受Vout影响减弱，输出电阻提高。
图6.7威尔逊电流镜
王向展
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集成电路原理与设计
Rout
ro3
ro
2
1
ro3
gm
3
(13 ) gm1
1 gm2 ro2
rds1
gm
3
ro
集成电路原理与设计
第六章 MOS模拟集成电路
§ 6.1 MOS模拟集成电路基础 6.1.1 MOS模拟集成电路中的元件
§ 6.2 MOS模拟IC子电路 6.2.1 电流源与电流沉 6.2.2 电流镜和电流放大器 6.2.3 基准源 6.2.4 MOS差分放大器 6.2.5 反相放大器 6.2.6 输出级
VDD
R2 R1 R2
VREF对VDD的灵敏度：
VREF
S
VREF
VREF
VREF VDD
1
VDD
VDD VDD
VDD VREF
（a）电阻分压器
（b）有源器件分压器
图6.9 简单分压器
王向展
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集成电路原理与设计
2、pn结基准电压源 （1）简单的pn结基准源
第06章 模拟集成电路及其应用【精选】
vO
( RF R2
vI1
RF R3
vI2 )
6.5.2 减法运算电路
差分输入减法电路
vO vO1 vO2
R3 R2 R3
(1
RF R1
)vI1
RF R1
vI2
R1//RF=R2//R3
若 R1 R2, R3 RF
vO
RF R1
(vI1 vI2)
当
vI1
=0
i1
iF
vI
R1 vO vI
RF
Avf
vO vI
1
RF R1
vO
(1
RF R1
)vI
6.4.2 集成运放的基本输入方式
同相输入
电压串联负反馈， Rif ， Rof 0
Avf与运放的内部参数项无关，保证 了运算的精度和稳定性
vO
(1
RF R1
6.4 集成运放的同相和反相放大电路
6.4.1 运放的线性与非线性应用
运放的线性应用
工作在传输特性的线性区 构成深度负反馈电路
线性放大电路：实现信号的放大。 运算电路：实现信号的运算。 利用虚短、虚断的概念解题。
运放的非线性应用
工作在传输特性的限幅区 处于开环或者正反馈工作状态
电流源
6.1 集成运放的组成及基本特性
集成运放的符号
同相输入端 vP : 输出与输入信号同相 反相输入端 vN : 输出与输入信号反相 输出端 vo : 输出电压信号
vP
vo
vP
vo
vN
【2019年整理】第六章 模拟集成电路86124
第六章 模拟集成电路例题与习题
5、选择正确答案填空
（1）集成运放电路采用直接耦合方式是因为_______。
a.可获得很大的放大倍数； b.可使温漂小； c.集成工艺难于制造大容量电容。 （2）通用型集成运放适用于放大_______。 a.高频信号；b.低频信号；c.任何频率信号
（3）集成运放制造工艺使得同类半导体管的_______。
3、差动放大电路的基本功能是对差模信号 的_______作用和对共模信号的_______作 用。（注：本题为1998年北京理工大学研究 生入学考试“模拟与数字电路”考题）
答案：放大；抑制
4、差动放大电路抑制零点漂移的原理是 ____________________。（注：本题为往 年考题）
答案：利用电路的对称性和发射极电阻Re 的共模负反馈
第六章 模拟集成电路例题与习题
解：1.静态工作点： 思路：因为求静态工作点是电 路的直流工作状态。所以ＶI1=
ＶI2=0 (画出直流通路）。
简化分析，可近似认为两三极管 基极电位ＶB=0 。 发射极电位ＶE=-ＶBE =-0.7V 射极电阻Re上电流ＩE=（ＶE+ＶEE）/Re =1.04mA ， 因为T1、T2对称性， 所以 ＩCQ1=ＩCQ2 =1/2×ＩE =0.52mA ＶCEQ1 =ＶCEQ2 =ＶC -ＶE =(6-Rc.ＩCQ )-(-0.7) =3.58V
第六章 模拟集成电路
——例题及习题
第六章 模拟集成电路例题与习题
例题
例1．集成运放的输入级为什么采用差分式放大电 路？对集成运放的中间级和输出级各有什么要求？ 一般采用什么样的电路形式？
答： 集成运算放大器是一个高增益直接耦合多级放大电路， 直耦多级放大电路存在零点漂移现象，尤以输入级的 零点漂移最为严重。差动放大电路利用电路的对称性 和发射级电阻Re或恒流源形成的共模负反馈，对零点 漂移有很强的抑制所用，所以输入级常采用差分放大 电路，它对共模信号有很强的抑制力。
6、模拟集成电路
vic =2(vi1vi2)
+
- 差分 放大
+ vo
-
例：vi15V 19mC V
总输出电压 v o= v o v o A V v iD d A V v iC cvi25V 19mC V
差模电压增益
AVD=vviod
vo vi d
vi
c0
分析思路：叠加定理
vi1
IC2IC1=1IR2EFIRE 问F 题VR C 2 C 若 较小，则分流造成
的误差不能忽略！
同IC 样对1TI1R 的CE点F列IB KC3 L方IR 程：EF2IB1
IC 2IC 1=1IR2EF2 IREF
IR
EFVC
C 2VB R
E1VCC R
为了避免T3的电流过小而使 3下降，
同相输入端 反相输入端
应用背景：电桥测量
R+R
R-R
+
vi1 -
+ -vi2
+
- 差分 放大
+
Vo = AVvi
–
+ vo -
V
R R VV
10V
vi1 2 RV 22 R R 5 V 19 m C V
R-R
R + R vi2 R 2 R R V V 22 V R R 5 V 19 m C V
学习要求
能辨认电路（电流源结 构的变化规律）
会计算电流源的输出 电流（求Q）
多路电流源
电流源用作有源负载
3
iC VCC Rc
ICQ iC
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
1. 概述
恒流源：Rs = ， iO = Is ，与RL无关 三极管工作在放大区，其输出特性 具 有恒流特性。
电子线路基础课件第6章模拟集成电路原理及其应用
号相反，即
ui
iB1
iB2
Rs
2 hie
输入电压的增量为
ui ui1ui22iB1(Rshie) uo uC1uC2 2hfeRCiB1
第6章 模拟集成电路原理及其应用
由于输出电压取自两管集电极之间，输出端任一端均不 接地，这种输出形式称作双端输出。于是差动放大器双端输出 电压放大倍数为
Auduuoi
图中REE为射极耦合电阻，假设电路完全对称，则两管的 静态工作电流为
IE1
IE2
EE UBE
Rs
1
2REE
通常，［Rs/(1+β)］<< 2REE， 故有
IE1
IE2
EE 0.7 2REE
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) REE
差模信号：输入信号为Δui1=-Δui2, 即两管输入信号大小相 等、相位相反，我们把这样一对信号称为差模输入信号，记 为Δuid。
ui1
ui＋ 2－ ＋
ui 2－
ui2
Rs iB1 hie
hfe iB1
Rs hie
hfe iB2
Rid
iB2
图 6-4 差动放大器增量等效电路
uC1 ＋ RC
uo
RC － uC2
Ro
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) 电压放大倍数Aud 由图6-4不难看出，两管的基极电流增量大小相等、符
第6章 模拟集成电路原理及其应用
6.2 直流信号的放大
1. 级与级之间的直流工作状态互相影响
RB1 RC1
Rs V1
RC2
V2 RE1
＋EC RC3
＋
V3 RE2
Uo －
(第10讲)06_01第六章模拟集成电路耦合方式
n
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Av的数值 大，最大不失真输出电压大。
Ver. 2013 第六章
分析举例
vi vi
vo
vo
Av1 = −
β ( R3 ∥ Ri2 )
rbe1
Ri2 = R5 ∥[rbe2 +(1+ β2)(R6 ∥RL)]
(1＋β 2 ) ( R6 ∥ RL ) Av 2 = rbe2 + (1＋β 2 ) ( R6 ∥ RL ) Av = Av1 ⋅ Av 2
Ri = R1 ∥ R2 ∥ rbe1
R3 ∥ R5 + rbe2 Ro = R6 ∥ 1+ β
Ver. 2013 第六章
讨论
放大电路的选用
按下列要求组成两级放大电路： • ① Ri＝1～2kΩ，Av 的数值≥3000； • ② Ri ≥ 10MΩ，Av的数值≥300； • ③ Ri＝100～200kΩ，Av的数值≥150； • ④ Ri ≥ 10MΩ ，Av的数值≥10，Ro≤100Ω。 ①共射、共射；②共源、共射； ③共集、共射；④共源、共集。
从变压器原 边看到的等 效电阻
Ic
N2
Ver. 2013 第六章
二、多级放大电路的动态分析
1.电压放大倍数
vs vi vin vo
vo vo1 vo2 vo Av = = ⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ = ∏ Avj vi vi vi2 vin j =1
2. 输入电阻 3. 输出电阻
Ri = Ri1
Ro = Ron
Ver. 2013 第六章
如何设置合适的静态工作点？
对哪些动态参 数产生影响？ vo vi
Re
用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二 级放大倍数不至于下降太大？ 二极管导通电压VD＝？动态电阻rd＝？ 若要VCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？
模拟电子技术自学课件 第6章 AIC3
v o2 A Vd2 v id 0.434V
带负载时： A Vd R c // R L A Vd2 10.86 2 2( rbe (1 )R e ) v o2 A Vd2 v id 0.217 V
(2)(考虑无负载情况)： A Vd Rc A Vd2 21.71 2 2( rbe (1 )R e ) A VC2 K CMR Rc 0.028 rbe (1 )(2rO R e ) A Vd 783.61 A VC
例 电路如图,单端输出时，求： (1)无负载时及RL=5.6K时，分别求 vO2 (2)单端输出时：AVd 、 AVC 、 KCMR (3)差模输入电阻、共模输入电阻 及输出电阻。
C2
解： (1) 无负载时： A Vd2 A Vd Rc 21.71 2 2( rbe (1 )R e )
第六章模拟集成电路习题i11500uvi2500uv时差模输入电压vid共模输入电压vicvd100vc01求输出vod输入电压为vid时若从c2端输出输入输出相位关系
第六章 模拟集成电路习题
例 T1、T2及R组成何种电路？在电路中作用。 解：T1、T2及R组成镜像电流源； 作为T3管电路的有源负载。
(3)接负载时： RL R L1 2.8k 2 R c // R L1 A Vd rbe (1 )R e v o A Vd v id 0.289V
(4)差模输入电阻（vid 1 =-vid 2 Rid 2(rbe (1 ) Re ) 25.6k 共模输入电阻（vic1 =vic 2 Ric =vic /iic）： 1 Ric (rbe (1 )( Re 2ro )) 10.1M 2 输出电阻（从交流小信号电阻可看出）： RO 2R C 11.2K Rid =vid /iid）：
模电第六章_ppt课件
v o1 v o2 vo Avd = v i1 v i2 vid
Rc 2 v o1 rbe 2 v i1
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力
接入负载时
1 β(R c || R L) 2 A vd = r be
<B> 双入、单出
v o1 vo 1 Rc 1 Avd1 = Av d vid 2 v i1 2 2 rbe
V = V BE2 BE1
则 I =I E2 E1 , IC2= IC1
I R EF I C 1 2 I B IC2 2 IB
2 I C 2 (1 ) 当 2 时，IC2和IREF是镜像关系。
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略
6.2 差分式放大电路
6.2.0 概述 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
6.2.0 概述
1. 直接耦合放大电路
# 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
可以放大直流信号
2.直接耦合放大电路 电源电压波动 的零点漂移 也是原因之一
V V ( V ) V V CC BE E E CC E E Io＝IC2≈IREF＝ R R
无论C2支路的负载值如何， IC2的电 流值将保持不变。
代表符号
动态(交流)电阻
i 1 C 2 r ( ) o I B 2 v CE 2
rce
一般ro在几百千欧以上
差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放 大电路的两倍。
R r id = 2 be
Rc 2 v o1 rbe 2 v i1
以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力
接入负载时
1 β(R c || R L) 2 A vd = r be
<B> 双入、单出
v o1 vo 1 Rc 1 Avd1 = Av d vid 2 v i1 2 2 rbe
V = V BE2 BE1
则 I =I E2 E1 , IC2= IC1
I R EF I C 1 2 I B IC2 2 IB
2 I C 2 (1 ) 当 2 时，IC2和IREF是镜像关系。
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略
6.2 差分式放大电路
6.2.0 概述 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
6.2.0 概述
1. 直接耦合放大电路
# 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
可以放大直流信号
2.直接耦合放大电路 电源电压波动 的零点漂移 也是原因之一
V V ( V ) V V CC BE E E CC E E Io＝IC2≈IREF＝ R R
无论C2支路的负载值如何， IC2的电 流值将保持不变。
代表符号
动态(交流)电阻
i 1 C 2 r ( ) o I B 2 v CE 2
rce
一般ro在几百千欧以上
差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放 大电路的两倍。
R r id = 2 be