電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第六版）：ch07 模擬集成電路

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1、華中科技大學(xué)華中科技大學(xué) 2華中科技大學(xué) 張林電子技術(shù)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分基礎(chǔ)模擬部分1 1 緒論緒論2 2 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器3 3 二極管及其基本電路二極管及其基本電路4 4 場效應(yīng)三極管及其放大電路場效應(yīng)三極管及其放大電路5 5 雙極結(jié)型三極管及其放大電路雙極結(jié)型三極管及其放大電路6 6 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)7 7 模擬集成電路模擬集成電路8 8 反饋放大電路反饋放大電路9 9 功率放大電路功率放大電路10 10 信號處理與信號產(chǎn)生電路信號處理與信號產(chǎn)生電路11 11 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源華中科技大學(xué) 張林37 7 模擬集成電路模擬集成電路7.1 7.1 模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)模

2、擬集成電路中的直流偏置技術(shù)7.2 7.2 差分式放大電路差分式放大電路7.3 7.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性*7.4 7.4 帶有源負(fù)載的差分放大電路帶有源負(fù)載的差分放大電路7.5 7.5 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器7.6 7.6 實際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對應(yīng)用電實際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對應(yīng)用電 路的影響路的影響7.7 7.7 變跨導(dǎo)式模擬乘法器變跨導(dǎo)式模擬乘法器7.8 7.8 放大電路中的噪聲與干擾放大電路中的噪聲與干擾華中科技大學(xué) 張林47.1 模擬集成電路中的模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)直流偏置技術(shù)7.1.1 FET電流源電路電流源電路7.1.2

3、BJT電流源電路電流源電路5華中科技大學(xué) 張林7.1.1 FET電流源電路電流源電路1.MOSFET鏡像電流源鏡像電流源RVVVIIIGSSSDDREFD2O T1、T2的參數(shù)全同的參數(shù)全同 只要滿足只要滿足 VGS VTN 必有必有 VDS1 VGS-VTN T1一定工作在飽和區(qū)一定工作在飽和區(qū)又因為又因為 VGS2=VGS1=VGST2漏極接負(fù)載構(gòu)成回路后，只要漏極接負(fù)載構(gòu)成回路后，只要滿足滿足VDS2 VGS-VTN，就一定工，就一定工作在飽和區(qū)，且有作在飽和區(qū)，且有6華中科技大學(xué) 張林7.1.1 FET電流源電路電流源電路1.MOSFET鏡像電流源鏡像電流源RVVVIIIGSSSDDR

4、EFD2O 2TNGS1DREFVVKIIn 再根據(jù)再根據(jù)便可求出電流值便可求出電流值IO的電流值與的電流值與Rd無關(guān)無關(guān) Rd的值在一定范圍內(nèi)變化時的值在一定范圍內(nèi)變化時（VDS2 VGS-VTN），），IO的電流值將的電流值將保持不變，反映出保持不變，反映出IO的的恒流特性恒流特性。7華中科技大學(xué) 張林7.1.1 FET電流源電路電流源電路1.MOSFET鏡像電流源鏡像電流源當(dāng)器件具有不同的寬長比時當(dāng)器件具有不同的寬長比時12D1D2REFO)/()/(LWLWIIII （=0=0）動態(tài)電阻動態(tài)電阻(交流電阻交流電阻)2G12DS2Do)(SVir vD2ds21 Ir 8華中科技大學(xué) 張

5、林7.1.1 FET電流源電路電流源電路2TNGSnD2)(VVKI 用用T3代替代替R，T1T3特性相同特性相同1.MOSFET鏡像電流源鏡像電流源T1T3便可工作在飽和區(qū)便可工作在飽和區(qū)2TNGSnREFD3D1)(VVKIII 由于由于)(21SSDDGSGS3VVVV 所以所以只要滿足只要滿足TNSSDD2VVV 輸出電流為輸出電流為 9華中科技大學(xué) 張林7.1.1 FET電流源電路電流源電路動態(tài)電阻更大，恒流特性更好動態(tài)電阻更大，恒流特性更好2.串級鏡像電流源串級鏡像電流源ds2ds4mds4mds2ds4o)1(rrgrgrrr 需要注意，需要注意，T4漏極接負(fù)載構(gòu)漏極接負(fù)載構(gòu)成回

6、路后，需要滿足成回路后，需要滿足TN4GS4DS4VVV 10華中科技大學(xué) 張林7.1.1 FET電流源電路電流源電路3.組合電流源組合電流源除寬長比外，除寬長比外，T0T3特性相同，特性相同，T4、T5特性相同特性相同REF122)/()/(ILWLWI REF133)/()/(ILWLWI REF13453454455)/()/()/()/()/()/()/()/(ILWLWLWLWILWLWILWLWI 需保證所有管子工作在飽和區(qū)需保證所有管子工作在飽和區(qū)11華中科技大學(xué) 張林7.1.1 FET電流源電路電流源電路4.JFET電流源電流源JFET是耗盡型是耗盡型管，所以管，所以VGS=0

7、時工作在飽和時工作在飽和區(qū)區(qū)耗盡型耗盡型MOS管也可采用類似的方式構(gòu)成電流源管也可采用類似的方式構(gòu)成電流源)1(DSDSSODv IIiDSSo1Ir 12華中科技大學(xué) 張林7.1.2 BJT電流源電路電流源電路BE1BE2=VVREFI E1E2=IIC1C2=IIRVVBECC=RVCC Rc的值在一定范圍內(nèi)變化時，的值在一定范圍內(nèi)變化時，IC2的電流值將保持不變，反的電流值將保持不變，反映出映出IC2的的恒流特性恒流特性。T1、T2的參數(shù)全同的參數(shù)全同 1.鏡像電流源鏡像電流源13華中科技大學(xué) 張林7.1.2 BJT電流源電路電流源電路動態(tài)電阻動態(tài)電阻 2B12CE2Co)(Ivir 一

8、般一般ro在幾百千歐以上在幾百千歐以上ce r 1.鏡像電流源鏡像電流源14華中科技大學(xué) 張林7.1.2 BJT電流源電路電流源電路 IREF VCC VEE IC1 T1 T2 iC2=IC2=IO=IREF R 2IB c2 c1 b1 b2 vCE IREF VCC VEE IC1 T1 T2 iC2 R 2IB 其他形式其他形式 1.鏡像電流源鏡像電流源15華中科技大學(xué) 張林7.1.2 BJT電流源電路電流源電路e2BE2BE1RVV E2C2OIII e2BERV 由于由于很小，很小，BEV 所以所以IC2也很小。也很小。IREF VCC VEE IC1 T1 T2 IC2IO R

9、2IB+-VBE2 Re2 VBE1 rorce2（1 ）e2be2e2RrR （參考射極偏置共射放大電路的輸出電阻（參考射極偏置共射放大電路的輸出電阻 ）oR 2.微電流源微電流源16華中科技大學(xué) 張林7.1.2 BJT電流源電路電流源電路 R T1 IC15 IREF IB3 2IB T3 T2 IC25 IC3=IO VCC VEE 3.高輸出阻抗電流源高輸出阻抗電流源A1和和A3分別是分別是T1和和T3的相對結(jié)面積的相對結(jié)面積 動態(tài)輸出電阻動態(tài)輸出電阻ro遠(yuǎn)比微電流源的動態(tài)輸出電阻高遠(yuǎn)比微電流源的動態(tài)輸出電阻高RVVVVIEEBE23BECCREF REF13C2OIAAII 17華中

10、科技大學(xué) 張林7.1.2 BJT電流源電路電流源電路 T4 T5 T6 I5 I6 I2 I3 IREF R1 T1 T2 T3 R3 R2 VCC VEE T1、R1 和和T4支路產(chǎn)生基準(zhǔn)電流支路產(chǎn)生基準(zhǔn)電流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVI T1和和T2、T4和和T5構(gòu)成鏡像電流源構(gòu)成鏡像電流源T1和和T3，T4和和T6構(gòu)成了微電流源構(gòu)成了微電流源4.組合電流源組合電流源華中科技大學(xué) 張林187.2 差分式放大電路差分式放大電路7.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路7.2.3 BJT差分式放大電路差分式放大電

11、路19華中科技大學(xué) 張林1.差模信號和共模信號的概念差模信號和共模信號的概念7.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖+-vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv 差模信號差模信號)(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

12、比共模抑制比反映抑制零漂能力的指標(biāo)反映抑制零漂能力的指標(biāo)cdCMR=vvAAK20華中科技大學(xué) 張林7.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)根據(jù)根據(jù)2=idici1vvv 2=idici2vvv i2i1id=vvv)(21=i2i1icvvv 有有 共模信號相當(dāng)于兩個輸入共模信號相當(dāng)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(dāng)于兩個輸入差模信號相當(dāng)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。用用vid、vic表示表示v

13、i1和和vi2 1.差模信號和共模信號的概念差模信號和共模信號的概念21華中科技大學(xué) 張林7.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差模等效輸入方式差模等效輸入方式差放差放+-vid差放差放+-vid(a)(b)共模等效輸入方式共模等效輸入方式差放差放+-vic 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。差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖+-vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-vo22華中科技大學(xué) 張林7.2.1 差分式放大電路的一

14、般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)2.零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移輸入信號為零時，輸出電壓不為零且緩慢變化的現(xiàn)象。輸入信號為零時，輸出電壓不為零且緩慢變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生零漂的主要原因：產(chǎn)生零漂的主要原因：溫漂指標(biāo)：溫漂指標(biāo)：（1 1）溫度變化引起，也稱）溫度變化引起，也稱溫漂溫漂（2 2）電源電壓波動）電源電壓波動溫度每升高溫度每升高1C，輸出漂移電壓按電壓增益折，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。23華中科技大學(xué) 張林7.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)3.三端器件組成的差分式放大電路三端器件組成的差分式放大電路24華中科技大學(xué) 張

15、林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路1.MOSFET電路組成電路組成T1、T2對稱對稱源極共用電流源極共用電流源支路源支路25華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路靜態(tài)靜態(tài)ODQD2QD1Q21=IIII GSQGS2QGS1Q=VVVDDV d1DQRI)(GSQV 2TNGSQnDQ)(VVKI 2.工作原理工作原理s1d1DS2DS1VVVV 由由可求得可求得 VGSQ最后需要校驗是否工作在飽和區(qū)最后需要校驗是否工作在飽和區(qū)26華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路vi1和和vi2大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。vO

16、1和和vO2大小相等，大小相等，相位相反。相位相反。vO=vO1-vO2 0，信號被放大，信號被放大2.工作原理工作原理動態(tài)：動態(tài)：僅輸入差模信號僅輸入差模信號27華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路vi1和和vi2大小相等，相位相同。大小相等，相位相同。vO1和和vO2大小相等，大小相等，相位相同。相位相同。vO=vO1-vO2=0，雙端無信號輸出，雙端無信號輸出2.工作原理工作原理動態(tài)：動態(tài)：僅輸入共模信號僅輸入共模信號實際上單端輸出時也有很實際上單端輸出時也有很強(qiáng)的共模信號抑制能力強(qiáng)的共模信號抑制能力28華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式

17、放大電路 溫度變化和電源電壓波動，都將使兩個漏極電流產(chǎn)生變溫度變化和電源電壓波動，都將使兩個漏極電流產(chǎn)生變化，且變化趨勢相同?；?，且變化趨勢相同。其效果相當(dāng)于在兩個輸其效果相當(dāng)于在兩個輸入端加入了共模信號入端加入了共模信號2.工作原理工作原理抑制零點(diǎn)漂移原理抑制零點(diǎn)漂移原理29華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路（1）差模情況）差模情況 雙入、雙出雙入、雙出3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算vi1和和vi2大小相等，相位相反大小相等，相位相反iD1的增加量等于的增加量等于iD2的減小量的減小量（或者相反）（或者相反）流過源極公共支路的電流不變，流過源極公共支路的電流不變，

18、即公共源極即公共源極s電位沒變化電位沒變化相當(dāng)于相當(dāng)于s節(jié)點(diǎn)交流量為零，即節(jié)點(diǎn)交流量為零，即vs=0，故得交流通路故得交流通路雙端輸出接負(fù)載雙端輸出接負(fù)載30華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路（1）差模情況）差模情況 雙入、雙出雙入、雙出3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算電路左右完全對稱，相當(dāng)于左電路左右完全對稱，相當(dāng)于左右各帶二分之一的接地負(fù)載右各帶二分之一的接地負(fù)載電壓增益電壓增益 idodvvvAi2i1o2o1vvvv i1o1i1o122vvvv 等于單邊電壓增益等于單邊電壓增益31華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路（1）差模情況

19、）差模情況 雙入、雙出雙入、雙出3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算單邊小信號等效單邊小信號等效電路（電路（=0）)2|(Ld1mRRg i1o1dvvv A若若 0)2|(Ld1ds1mdRRrgA vDQds11Ir 其中其中DQnTNGSQnm2)(2IKVVKg 以雙倍的元器件換以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力32華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路（1）差模情況）差模情況 雙入、雙出雙入、雙出3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算輸出電阻輸出電阻d2d1oRRR 由兩個漏極之間看進(jìn)去的等效電阻由兩個漏極之間看進(jìn)去的等效電阻d2ds2d1ds1o|RrRrR

20、或或輸入電阻輸入電阻 由兩個柵極之間看進(jìn)去由兩個柵極之間看進(jìn)去的等效電阻。兩個管子?xùn)旁吹牡刃щ娮?。兩個管子?xùn)旁礃O之間是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，但由于極之間是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，但由于柵極是絕緣的，所以輸入電柵極是絕緣的，所以輸入電阻趨于無窮。阻趨于無窮。33華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路（1）差模情況）差模情況 雙入、單出雙入、單出3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算 ido1d1vvvAi2i1o1vvv i1o12vv)|(21Ld1mRRg 輸出電阻輸出電阻d1oRR 漏極到地之間看進(jìn)去的漏極到地之間看進(jìn)去的等效電阻等效電阻d1ds1o|RrR 或或注意：單端輸出時，負(fù)載的接入將影響被

21、接漏極的直流電位注意：單端輸出時，負(fù)載的接入將影響被接漏極的直流電位(vo2輸出時無負(fù)號輸出時無負(fù)號)34華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路輸入等效變換輸入等效變換（1）差模情況）差模情況 單端輸入單端輸入3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算根據(jù)疊加原理，左側(cè)激勵源根據(jù)疊加原理，左側(cè)激勵源置零后，等效于雙端輸入置零后，等效于雙端輸入而左側(cè)激勵源對兩輸入端來而左側(cè)激勵源對兩輸入端來說相當(dāng)于共模信號說相當(dāng)于共模信號vic，此處，此處僅考慮差模信號僅考慮差模信號，故差模情故差模情況等效于雙端輸入況等效于雙端輸入差模指標(biāo)與雙端輸入時相同差模指標(biāo)與雙端輸入時相同35華中科技大學(xué) 張

22、林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算（2）共模情況）共模情況交流通路交流通路vi1和和vi2大小相等，相位相同大小相等，相位相同id1和和id2同時等量增加或等量減同時等量增加或等量減小小流過源極公共支路的變化電流流過源極公共支路的變化電流是單邊的是單邊的2倍，所以電流源內(nèi)倍，所以電流源內(nèi)阻需要保留，公共源極阻需要保留，公共源極s電位電位將明顯變化，這與差模輸入情將明顯變化，這與差模輸入情況有本質(zhì)的區(qū)別況有本質(zhì)的區(qū)別36華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算（2）共模情況）共模情況交流通路交流通路可將

23、源極公共支路等效到各可將源極公共支路等效到各自的源極自的源極 雙端輸出雙端輸出共模信號的輸入使兩管漏極共模信號的輸入使兩管漏極電壓有相同的變化電壓有相同的變化理想情況下有理想情況下有0o2o1oc vvv0icocc vvvA共模增益共模增益37華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路icoc1c1vvv A抑制零漂能力增強(qiáng)抑制零漂能力增強(qiáng)icoc2vv)2(1omdmrgRg od2rR or c1vA 單端輸出單端輸出3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算（2）共模情況）共模情況共模時，兩邊單端輸出完全相同共模時，兩邊單端輸出完全相同其中其中d2d1dRRR ro 是電流源的

24、輸出電阻（內(nèi)阻）是電流源的輸出電阻（內(nèi)阻）若若 0，則還要考慮，則還要考慮rds的影響（與的影響（與Rd并聯(lián)）并聯(lián)）38華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路cdCMRvvAAK dB lg20cdCMRvvAAK 雙端輸出，理想情況雙端輸出，理想情況 CMRK 單端輸出單端輸出 CMRKc1d1vvAAomrg 越越大大，CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越強(qiáng)越強(qiáng)單端輸出時的總輸出電壓單端輸出時的總輸出電壓3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算（3）共模抑制比）共模抑制比icc1idd1o1vvvvvAA (Avd1和和Avc1均有負(fù)號均有負(fù)號)1(idCMRicidd1vv

25、vvKA 39華中科技大學(xué) 張林7.2.2 FET差分式放大電路差分式放大電路3.主要指標(biāo)計算主要指標(biāo)計算（4）頻率響應(yīng)）頻率響應(yīng) 差模增益的高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大差模增益的高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號。直流信號。由于公共源極上電流源的等效阻抗隨信號頻率升高由于公共源極上電流源的等效阻抗隨信號頻率升高而減小，所以共模增益將隨頻率升高而增大，則共模抑而減小，所以共模增益將隨頻率升高而增大，則共模抑制比隨之下降。制比隨之下降。四種工作方式歸納比較見表四種工作方式歸納比較見表7.2.140華中科技大學(xué) 張林7.2.3 BJT差分式放大電路差分式放大電路1.電路組成電路組成4

26、1華中科技大學(xué) 張林7.2.3 BJT差分式放大電路差分式放大電路2.工作原理工作原理靜態(tài)靜態(tài)OCC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)V7.0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 42華中科技大學(xué) 張林7.2.3 BJT差分式放大電路差分式放大電路差模情況差模情況 雙入、雙出雙入、雙出beLcd)21|(=rRRA vbeLcd12)|(=rRRA v 雙入、單出雙入、單出 ic1 vo1 c2 Rc Rc c1 T1 T2-vi2-vid/2+vi1+vid/2 RL ic2 b1 b2 e-+-+單端輸入等效于雙端輸入單端輸入等效于雙端輸入bedi2=rR

27、輸入電阻輸入電阻（與（與MOS管最明顯的差別）管最明顯的差別）2.工作原理工作原理43華中科技大學(xué) 張林7.2.3 BJT差分式放大電路差分式放大電路2.工作原理工作原理共模情況共模情況 雙出雙出oLd12rRA v 單出單出 voc1 voc2 voc c2 Rc Rc c1 T1 T2 b1 b2 vi1vic vi2vic 2ro 2ro 0icocc vvvALcL|RRR )2)(1(21=obeicrrR 輸入電阻輸入電阻其它指標(biāo)與其它指標(biāo)與MOS管差分式放大電路類似管差分式放大電路類似華中科技大學(xué) 張林447.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性7.3.1 MOS

28、FET差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性7.3.2 BJT差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性45華中科技大學(xué) 張林7.3.1 MOSFET差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性根據(jù)根據(jù)2TN1GS1nD1)-(VKiv vid=vGS1-vGS2可得傳輸特性曲線可得傳輸特性曲線 iD1，iD2f（vid）2TN2GS2nD2)-(VKiv 46華中科技大學(xué) 張林7.3.1 MOSFET差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性nOTNGSOV2-KIVVV 47華中科技大學(xué) 張林7.3.2 BJT差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性vid

29、=vBE1-vBE2根據(jù)根據(jù)TVIi/ESE1BE1ev TVIi/ESE2BE2ev 可得傳輸特性曲線可得傳輸特性曲線 iC1，iC2f（vid）48華中科技大學(xué) 張林7.3.2 BJT差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性華中科技大學(xué) 張林49*7.4 帶有源負(fù)載的差分放大電路帶有源負(fù)載的差分放大電路7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分差分 式放大電路式放大電路7.4.2 帶有源負(fù)載的帶有源負(fù)載的BJT射耦合差分式放射耦合差分式放 大電路大電路50華中科技大學(xué) 張林7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路

30、1.基本電路基本電路51華中科技大學(xué) 張林2.工作原理工作原理根據(jù)電路結(jié)構(gòu)有根據(jù)電路結(jié)構(gòu)有 IREFID5ID6ID7只要滿足只要滿足T5T7就工作在飽和區(qū)就工作在飽和區(qū)VDD+VSS VTN5+VTN6+VTN7則根據(jù)則根據(jù)IDKn(VGSVT)2 TN7n7REFGS7TN6n6REFGS6TN5n6REFGS6GS7GS6GS5SSDDVKIVVKIVVKIVVVVVV若已知各管參數(shù)，便可求出若已知各管參數(shù)，便可求出IREF 可列方程可列方程7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路52華中科技大學(xué) 張林2.工作原理工作原理如果如果T7與與T

31、8特性相同，特性相同，則則IO=IREF由于電路對稱，即由于電路對稱，即T1與與T2特性相同，特性相同，T3與與T4特特性相同性相同所以所以 ID1=ID2=ID3=ID4=IO/2可求出可求出VGS1 VGS4 由于由于T3的柵極與漏極并接在一起，所以通常由的柵極與漏極并接在一起，所以通常由T2和和T4的漏極輸出。的漏極輸出。當(dāng)輸入差模電壓時，即當(dāng)輸入差模電壓時，即vi1-vi2vid/2，iD1的增加量等于的增加量等于iD2的減小量，的減小量，源極公共支路電流不變，相當(dāng)于源極公共支路電流不變，相當(dāng)于T1和和T2源極交流對地短路源極交流對地短路 7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源

32、極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路53華中科技大學(xué) 張林3.動態(tài)指標(biāo)動態(tài)指標(biāo)輸入差模電壓時的交流通路輸入差模電壓時的交流通路 當(dāng)當(dāng) =0，T1T4特性相同，特性相同，且?guī)規(guī)L負(fù)載負(fù)載時，各支路電流如圖時，各支路電流如圖當(dāng)當(dāng) 0時，可得右側(cè)時，可得右側(cè)T2、T4支路的小信號支路的小信號等效電路等效電路7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路54華中科技大學(xué) 張林3.動態(tài)指標(biāo)動態(tài)指標(biāo)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)d2（d4）的）的KCL為為 若滿足若滿足(rds2|rds4)RL，則電壓增益為，則電壓增益為 得差模電壓增益得差模電壓增益0)2()2(Lo2ds

33、2o2idmds4o2idm Rrgrgvvvvv)|(Lds4ds2mido2d2RrrgA vvvD22ds21Ir D44ds41Ir 其中其中Lmido2d2RgA vvv 帶有源負(fù)載的差分放大電路單端輸出的差模電壓增益不再是雙端帶有源負(fù)載的差分放大電路單端輸出的差模電壓增益不再是雙端輸出增益的一半，而是與雙端輸出電壓增益相同，即單端輸出等效于輸出增益的一半，而是與雙端輸出電壓增益相同，即單端輸出等效于雙端輸出。雙端輸出。7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路55華中科技大學(xué) 張林3.動態(tài)指標(biāo)動態(tài)指標(biāo)以上分析結(jié)果的前提條件是假設(shè)以上分析

34、結(jié)果的前提條件是假設(shè)T1 T4的互導(dǎo)相同，即的互導(dǎo)相同，即 Kn1Kn2Kp3Kp4K gm1gm2gm3gm4gm電路的共模電壓增益仍然很小，共模抑制很高電路的共模電壓增益仍然很小，共模抑制很高參數(shù)不同時，結(jié)果將有所變化參數(shù)不同時，結(jié)果將有所變化7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路56華中科技大學(xué) 張林7.4.2 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合BJT差分式放大電路差分式放大電路靜態(tài)靜態(tài) IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO IE557華中科技大學(xué) 張林差模電壓增益差模電壓增益（負(fù)載開路）（負(fù)載開路

35、）0ce4o2ce2o2c2c4 rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2ido2d2)|(rrrA vvv則則 單端輸出的電壓增益接近單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益于雙端輸出的電壓增益 7.4.2 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合BJT差分式放大電路差分式放大電路58華中科技大學(xué) 張林差模輸入電阻差模輸入電阻 Rid2rbece4ce2o|rrR 輸出電阻輸出電阻7.4.2 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合BJT差分式放大電路差分式放大電路59華中科技大學(xué) 張林共模輸入電阻共模輸入電阻 )1(221o5beic

36、rrR 7.4.2 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合BJT差分式放大電路差分式放大電路華中科技大學(xué) 張林607.5 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器7.5.1 CMOS MC14573集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器7.5.2 BJT型型LM741集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器7.5.3 BiJFET型集成運(yùn)算放大器型集成運(yùn)算放大器LF35661華中科技大學(xué) 張林7.5.1 CMOS MC14573集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理電路結(jié)構(gòu)和工作原理引腳排列頂視圖引腳排列頂視圖62華中科技大學(xué) 張林7.5.1 CMOS MC14573集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器(1)(1)直流分

37、析直流分析REFGS5SSDDREFSG5SSDDoREF RVVVRVVVII 2TPGS5p5REF)(VVKI 已知已知VTN 和和Kp5，可求出，可求出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。2.技術(shù)指標(biāo)分析計算技術(shù)指標(biāo)分析計算63華中科技大學(xué) 張林7.5.1 CMOS MC14573集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器(2)(2)小信號分析小信號分析2idgs1vv 2idgs2vv 設(shè)設(shè) gm1=gm2=gm)|(ds4ds2mido21rrgA vvv輸入級電壓增益輸入級電壓增益 2.技術(shù)指標(biāo)分析計算技術(shù)指標(biāo)分析計算)|)()|(4o2o

38、2d4d4o2oogs7o2rriirri vv則則)|()|)(2()2(ds4ds2idm4o2oid2mid1mrrgrrggvvv 64華中科技大學(xué) 張林7.5.1 CMOS MC14573集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器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=40884.8（92.2 dB）(2)(2)小信號分析小信號分析2.技術(shù)指標(biāo)分析計算技術(shù)指標(biāo)分析計算65華中科技大學(xué) 張林7.5.2 BJT型型LM741集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器原理電路原理電路 66

39、華中科技大學(xué) 張林7.5.2 BJT型型LM741集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器簡化電路簡化電路67華中科技大學(xué) 張林7.5.3 BiJFET型集成運(yùn)算放大器型集成運(yùn)算放大器LF356簡化電路簡化電路JFET差分式差分式放大電路放大電路BJT差分式差分式放大電路放大電路共集電極共集電極放大電路放大電路復(fù)合管復(fù)合管共集電極共集電極放大電路放大電路互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱輸出級輸出級過流保過流保護(hù)電路護(hù)電路外接調(diào)外接調(diào)零電阻零電阻68華中科技大學(xué) 張林7.5.3 BiJFET型集成運(yùn)算放大器型集成運(yùn)算放大器LF356簡化電路簡化電路很高的輸入電阻，很低的輸入偏置電流，高速、寬帶和低噪聲很高的輸入電阻，很低的

40、輸入偏置電流，高速、寬帶和低噪聲 華中科技大學(xué) 張林697.6 實際集成運(yùn)算放大器的主要實際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對應(yīng)用電路的參數(shù)和對應(yīng)用電路的影響影響7.6.1 實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題70華中科技大學(xué) 張林7.6.1 實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）1.輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIO 輸入電壓為零時，為了使輸出電壓為零，在輸入端加輸入電壓為零時，為了使輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓。一般約為的補(bǔ)償電壓。一般約為（110）mV。超

41、低失調(diào)運(yùn)放為。超低失調(diào)運(yùn)放為（120）V。高精度運(yùn)放。高精度運(yùn)放OP-117 VIO=4 V。MOSFET達(dá)達(dá)20mV。2.輸入偏置電流輸入偏置電流IIB IBN IBP IBN IBP VCC VEE VO 集成運(yùn)放兩個輸入端靜態(tài)電集成運(yùn)放兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值流的平均值 IIB（IBNIBP）/2 BJT為為10nA1 A；MOSFET運(yùn)放運(yùn)放IIB在在pA數(shù)量級。數(shù)量級。71華中科技大學(xué) 張林7.6.1 實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)3.輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO 輸入電壓為零時流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流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，即之

42、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/T輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）72華中科技大學(xué) 張林7.6.1 實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)差模特性差模特性1.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 20lgAvo/dB 106 dB 100 80 60 40 20 0 10 0 fH7 Hz 20 dB/十倍頻程十倍頻程 fT1.4 MHz f/Hz fH 10 102 103 104

43、105 106 fT 107 741型運(yùn)放型運(yùn)放Avo的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng) 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益Avo開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW(fH)單位增益帶寬單位增益帶寬 BWG(fT)73華中科技大學(xué) 張林7.6.1 實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)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(yùn)放輸入級的運(yùn)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(yùn)放為輸入級的運(yùn)放rid1012超高輸入電阻運(yùn)放超高輸入電阻運(yùn)放rid1013、IIB0.040pA一般運(yùn)放的一般運(yùn)放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05

44、。3.最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Vidmax差模特性差模特性74華中科技大學(xué) 張林7.6.1 實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)共模特性共模特性1.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(yùn)放一般通用型運(yùn)放KCMR為（為（80120）dB，高精度運(yùn)放，高精度運(yùn)放可達(dá)可達(dá)140dB，ric100M。2.最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Vicmax 運(yùn)放作為電壓跟隨器時，使輸出電壓產(chǎn)生運(yùn)放作為電壓跟隨器時，使輸出電壓產(chǎn)生1%跟隨誤差跟隨誤差的共模輸入電壓幅值。高質(zhì)量的運(yùn)放可達(dá)的共模輸入電壓幅值。高質(zhì)量的運(yùn)放可達(dá) 13V。75華中科技大學(xué) 張林7.6

45、.1 實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)大信號動態(tài)特性大信號動態(tài)特性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 Vimax Vimax t R1 R2 vi R3 vO 741 Vomax Vomax t 斜率決定斜率決定 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 若信號為若信號為viVimsin2 ft，則運(yùn)放的，則運(yùn)放的SR必須滿足必須滿足SR2fmaxVom76華中科技大學(xué) 張林7.6.1 實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實際集成運(yùn)

46、放的主要參數(shù)2.全功率帶寬全功率帶寬BWP 運(yùn)放輸出最大峰值電壓時允許的最高頻率，即運(yùn)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(biāo)是大信號和高頻信號工作時的重要指標(biāo)一般通用型運(yùn)放一般通用型運(yùn)放SR在在1V/s以下，以下，741的的SR=0.5V/s高速運(yùn)放要求高速運(yùn)放要求SR30V/s以上。以上。目前超高速的運(yùn)放如目前超高速的運(yùn)放如AD9610的的SR 3500V/s。omRmaxP2 VSfBW 大信號動態(tài)特性大信號動態(tài)特性77華中科技大學(xué) 張林7.6.1 實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實際集成運(yùn)放的主要參數(shù)電源特性電源特性1.電源電壓抑制比電源電壓抑制比K

47、SVR 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 2.靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗PV 1.電源電壓范圍電源電壓范圍3.最大輸出電流最大輸出電流IOmax 2.最大耗散功耗最大耗散功耗PCO 極限參數(shù)極限參數(shù)78華中科技大學(xué) 張林7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題1.集成運(yùn)放的選用集成運(yùn)放的選用 根據(jù)技術(shù)要求應(yīng)首選通用型運(yùn)放，當(dāng)通用型運(yùn)放難以根據(jù)技術(shù)要求應(yīng)首選通用型運(yùn)放，當(dāng)通用型運(yùn)放難以滿足要求時，才考慮專用型運(yùn)放，這是因為通用型器件的滿足要求時，才考慮專用型運(yùn)放，這是因為通用型器件的各項參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。各項參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性

48、與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。雖然專用型運(yùn)放某項技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則雖然專用型運(yùn)放某項技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼顧，例如低噪聲運(yùn)放的帶寬往往設(shè)計得較窄，而高難以兼顧，例如低噪聲運(yùn)放的帶寬往往設(shè)計得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾，如此等等。速型與高精度常常有矛盾，如此等等。79華中科技大學(xué) 張林7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題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 輸入為零時的等效電路輸入為零時的等效電路2IOIBP)2(RIIV f11ONRRRVV NPVV )|)(2(f1IOIBRRII IOV

49、解得誤差電壓解得誤差電壓)|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV （IIBIIO/2）（R1|Rf）R1|Rf VIO Vn Vp R2 VO（IIBIIO/2）R2 f1O1RRVR 80華中科技大學(xué) 張林7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題)|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV )(/1(2IOIO1fORIVRRV 當(dāng)當(dāng) 時，可以時，可以消除偏置電流消除偏置電流 引起的引起的誤差，此時誤差，此時f12|RRR IBI當(dāng)電路為積分運(yùn)算時，當(dāng)電路為積分運(yùn)算時，即即 換成電容換成電容C，則，則

50、fR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)(1)()()(2IOIO12IOIOO時間越長，誤差越大，且易使輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)。時間越長，誤差越大，且易使輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)。IOIO IV和和引起的誤差仍存在引起的誤差仍存在81華中科技大學(xué) 張林7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題3.調(diào)零補(bǔ)償調(diào)零補(bǔ)償（a a）調(diào)零電路）調(diào)零電路 （b b）反相端加入補(bǔ)償電路）反相端加入補(bǔ)償電路 LM741 2 3 1 5 6 RL VEE VCC VCC VEE vO VCC VEE Rp R1 R2 Rp10k VC補(bǔ)償 VIO和 VIO（a）（b）VC 82華中科技大學(xué) 張林7.

51、6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題741中的調(diào)零電路中的調(diào)零電路 83華中科技大學(xué) 張林7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實際問題356中的調(diào)零電路中的調(diào)零電路 3.調(diào)零補(bǔ)償調(diào)零補(bǔ)償華中科技大學(xué) 張林847.7 變跨導(dǎo)式模擬乘法器變跨導(dǎo)式模擬乘法器7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用85華中科技大學(xué) 張林7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理1.變跨導(dǎo)二象限乘法器變跨導(dǎo)二象限乘法器與差分式放與差分式放大電路的差大電路的差別：別：（a）原理電路）原理電

52、路 （b）同相（或反相）乘法器代表符號）同相（或反相）乘法器代表符號電流源電流源iEE受受輸入電壓輸入電壓vY的控制的控制86華中科技大學(xué) 張林7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理單入雙出方式單入雙出方式becXO1drRA vvv即即XbecO1vvrR 又又EQbbebbbbe)1(IVrrrrT EQ)1(IVT E1)1(iVT 所以所以mXcO1gR vv m1)1(g 1.變跨導(dǎo)二象限乘法器變跨導(dǎo)二象限乘法器87華中科技大學(xué) 張林7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 對于對于T3、T4構(gòu)成的鏡像電流構(gòu)成的鏡像電流源，當(dāng)

53、源，當(dāng)vY VBE時時RiYEEv 所以所以YXcO12vvvTRVR YXvvK 其中其中TRVRK2c（乘法運(yùn)算）（乘法運(yùn)算）mXcO1gR vv YEEE1m212vTTTRVViVig 而而由由vY 控制跨導(dǎo)控制跨導(dǎo)gm變化，所以稱為變跨導(dǎo)乘法器變化，所以稱為變跨導(dǎo)乘法器1.變跨導(dǎo)二象限乘法器變跨導(dǎo)二象限乘法器88華中科技大學(xué) 張林7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理電路的最后輸電路的最后輸 O112OvvRR YX12vvRRK 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：精度差精度差 vY必須大于必須大于0V，只能實現(xiàn)兩個象限的乘法運(yùn)算，只能實現(xiàn)兩個象限的乘法運(yùn)算1.變跨導(dǎo)二象限乘

54、法器變跨導(dǎo)二象限乘法器89華中科技大學(xué) 張林7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 T1、T2和和T3、T4為兩為兩個并聯(lián)的差分式電路，個并聯(lián)的差分式電路，T5、T6為壓控電流源電路。為壓控電流源電路。由于由于)1e(BEESEC TVIiiv所以所以TTVVii/)(C2C1XBE2BE1eevvv 而而 iC1iC2iC5，iC4iC3iC6 TVIBEeESv 1eXC5C2 TViivC5C11eeXXiiTTVV vv2.雙平衡四象限乘法器雙平衡四象限乘法器90華中科技大學(xué) 張林7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理C5C1

55、1eeXXiiTTVV vv1eXC5C2 TViiv1e1eXXC5C2C1 TTVViiivvTVi2thXC5v 同理同理TViii2thXC6C3C4v TVIii2thYEEC6C5v 又又 i1,3iC1iC3，i2,4iC2iC4 2.雙平衡四象限乘法器雙平衡四象限乘法器91華中科技大學(xué) 張林7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理c2,41,3O1)(Rii v最后可得最后可得TTVVIR2th2thYXEEcvv 當(dāng)當(dāng)vX 2VT、vY 2VT時時TTVVIR22YXEEcO1vvv YXYX2EEc4vvvvKVIRT 其中其中2EEc4TVIR

56、K （乘法運(yùn)算）（乘法運(yùn)算）信號大時增加非線性補(bǔ)償電路信號大時增加非線性補(bǔ)償電路2.雙平衡四象限乘法器雙平衡四象限乘法器92華中科技大學(xué) 張林7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用乘方乘方 1.運(yùn)算電路運(yùn)算電路93華中科技大學(xué) 張林7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用除法除法 只有當(dāng)只有當(dāng)vX2為正極性時，才能保證運(yùn)算放大器是處于負(fù)反為正極性時，才能保證運(yùn)算放大器是處于負(fù)反饋工作狀態(tài)，而饋工作狀態(tài)，而vX1則可正可負(fù)，故屬二象限除法器。則可正可負(fù)，故屬二象限除法器。利用虛短和虛斷概念有利用虛短和虛斷概念有0221X1 RRvvX2o2vvvK X2X112ovvv KRR得得由乘

57、法器的功能有由乘法器的功能有1.運(yùn)算電路運(yùn)算電路94華中科技大學(xué) 張林7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用開平方開平方 利用虛短和虛斷概念有利用虛短和虛斷概念有02i RRvv2o2vvK Kiovv 得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有vi必須為負(fù)值時，電路才能正常工作。必須為負(fù)值時，電路才能正常工作。1.運(yùn)算電路運(yùn)算電路95華中科技大學(xué) 張林7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用2.壓控放大器壓控放大器 乘法器的一個輸入端加一直流控制電壓乘法器的一個輸入端加一直流控制電壓VC，另一輸入端，另一輸入端加一信號電壓加一信號電壓vs時，乘法器就成了增益為時，乘法器就成了增益為KVc

58、的放大器。當(dāng)?shù)姆糯笃鳌．?dāng)Vc為可調(diào)電壓時，就得到可控增益放大器。為可調(diào)電壓時，就得到可控增益放大器。調(diào)制和解調(diào)在通信、廣播、電視和遙控等領(lǐng)域中得到調(diào)制和解調(diào)在通信、廣播、電視和遙控等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。利用模擬乘法器的功能很容易實現(xiàn)調(diào)制和解廣泛的應(yīng)用。利用模擬乘法器的功能很容易實現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)的功能。調(diào)的功能。3.調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)華中科技大學(xué) 張林967.8 放大電路中的噪聲與干擾放大電路中的噪聲與干擾7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲7.8.2 放大電路中的干擾放大電路中的干擾7.8.3 低噪聲放大電路舉例低噪聲放大電路舉例97華中科技大學(xué) 張林*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電

59、路中的噪聲1.噪聲的種類及性質(zhì)噪聲的種類及性質(zhì)（1）電阻的熱噪聲）電阻的熱噪聲 由電子無規(guī)則熱運(yùn)動而產(chǎn)生隨時間而變化的電壓稱為由電子無規(guī)則熱運(yùn)動而產(chǎn)生隨時間而變化的電壓稱為熱噪聲電壓。熱噪聲電壓。一個阻值為一個阻值為R（）的電阻未接入電路時，在頻帶寬度）的電阻未接入電路時，在頻帶寬度B內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值為內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值為 K 玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，T 熱力學(xué)溫度（熱力學(xué)溫度（K），），B 頻頻帶寬度（帶寬度（Hz）。）。BkTRRIV 42n2n2n功率和電壓的形式分別為功率和電壓的形式分別為kTBRVP42nn kTRBV4n 98華中科技大學(xué) 張林*7.8.1 放

60、大電路中的噪聲放大電路中的噪聲具有均勻的功率頻譜的噪聲稱為白噪聲具有均勻的功率頻譜的噪聲稱為白噪聲熱噪聲電壓密度熱噪聲電壓密度 熱噪聲電壓本身是一個非周期變化的時間函數(shù)，它的頻率熱噪聲電壓本身是一個非周期變化的時間函數(shù)，它的頻率范圍是很寬廣的。因而噪聲電壓范圍是很寬廣的。因而噪聲電壓Vn將隨放大電路帶寬的增加將隨放大電路帶寬的增加而增加。所以在設(shè)計放大電路時要綜合考慮增益、帶寬等諸而增加。所以在設(shè)計放大電路時要綜合考慮增益、帶寬等諸多因素。多因素。kTBRVP42nn kTRBV4n 熱噪聲的功率頻譜密度熱噪聲的功率頻譜密度kTBP4n kTRBV4n 1.噪聲的種類及性質(zhì)噪聲的種類及性質(zhì)（1

61、）電阻的熱噪聲）電阻的熱噪聲99華中科技大學(xué) 張林*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 熱噪聲熱噪聲 由于載流子不規(guī)則的熱運(yùn)動通過由于載流子不規(guī)則的熱運(yùn)動通過BJT內(nèi)三個區(qū)的體電內(nèi)三個區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線電阻時而產(chǎn)生。其中阻及相應(yīng)的引線電阻時而產(chǎn)生。其中rbb 所產(chǎn)生的噪聲是主所產(chǎn)生的噪聲是主要的。要的。FET主要是溝道電阻的熱噪聲。主要是溝道電阻的熱噪聲。（2）三極管的噪聲）三極管的噪聲1.噪聲的種類及性質(zhì)噪聲的種類及性質(zhì)100華中科技大學(xué) 張林*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 散粒噪聲散粒噪聲 由于通過發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個瞬時由于通過發(fā)射結(jié)注入到基

62、區(qū)的載流子數(shù)目，在各個瞬時都不相同，因而引起發(fā)射極電流或集電極電流有一個無規(guī)則都不相同，因而引起發(fā)射極電流或集電極電流有一個無規(guī)則的波動，產(chǎn)生散粒噪聲。散粒噪聲電流為的波動，產(chǎn)生散粒噪聲。散粒噪聲電流為 q 每個載流子所帶電荷量的絕對值，每個載流子所帶電荷量的絕對值，I 通過通過PN結(jié)結(jié)電流的平均值，電流的平均值，B 頻帶寬度。頻帶寬度。qIBI2n 散粒噪聲具有白噪聲的性質(zhì)散粒噪聲具有白噪聲的性質(zhì)（2）三極管的噪聲）三極管的噪聲1.噪聲的種類及性質(zhì)噪聲的種類及性質(zhì)101華中科技大學(xué) 張林*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 閃礫噪聲閃礫噪聲 這種噪聲與頻率成反比，故又稱為這種噪聲與

63、頻率成反比，故又稱為1/f 噪聲或低頻噪聲。噪聲或低頻噪聲。也稱為接觸噪聲。也稱為接觸噪聲。在有源器件中，主要原因是陷阱。當(dāng)電流流過時，它會在有源器件中，主要原因是陷阱。當(dāng)電流流過時，它會隨機(jī)地捕獲和釋放電荷載流子，因此會引起電流本身隨機(jī)地隨機(jī)地捕獲和釋放電荷載流子，因此會引起電流本身隨機(jī)地波動。在波動。在BJT中，這些陷阱與發(fā)射結(jié)里的雜質(zhì)和晶體缺陷有中，這些陷阱與發(fā)射結(jié)里的雜質(zhì)和晶體缺陷有關(guān)。在關(guān)。在MOSFET中，它們與硅和二氧化硅邊界上的額外電子中，它們與硅和二氧化硅邊界上的額外電子能態(tài)有關(guān)。在有源器件中，能態(tài)有關(guān)。在有源器件中，MOSFET所含的這種噪聲最多。所含的這種噪聲最多。這也是

64、在低噪聲這也是在低噪聲MOS應(yīng)用中最關(guān)注的一點(diǎn)。應(yīng)用中最關(guān)注的一點(diǎn)。（2）三極管的噪聲）三極管的噪聲1.噪聲的種類及性質(zhì)噪聲的種類及性質(zhì)102華中科技大學(xué) 張林*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 閃礫噪聲閃礫噪聲 閃爍噪聲總與直流電流有關(guān)，它的功率密度的形式為閃爍噪聲總與直流電流有關(guān)，它的功率密度的形式為（2）三極管的噪聲）三極管的噪聲1.噪聲的種類及性質(zhì)噪聲的種類及性質(zhì) 式中式中K是器件常數(shù)，是器件常數(shù)，I是直流電流，是直流電流，a是器件的另一種常數(shù)是器件的另一種常數(shù)，范圍從，范圍從1/2到到2。一般而言，一般而言，F(xiàn)ET的噪聲比的噪聲比BJT小。此外。電阻元件中碳膜小。此外。電

65、阻元件中碳膜電阻的電阻的1/f 噪聲最大，繞線電阻的噪聲最大，繞線電阻的1/f 噪聲最小。噪聲最小。fIKIan 2103華中科技大學(xué) 張林*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 雪崩噪聲雪崩噪聲 雪崩噪聲存在于工作在反向擊穿模式的雪崩噪聲存在于工作在反向擊穿模式的PN結(jié)中。在空間結(jié)中。在空間電荷層中的強(qiáng)電場的作用下，電子獲得足夠的動能，它們碰電荷層中的強(qiáng)電場的作用下，電子獲得足夠的動能，它們碰撞晶格產(chǎn)生出新的電子空穴對。這些新的電子空穴對以雪崩撞晶格產(chǎn)生出新的電子空穴對。這些新的電子空穴對以雪崩的形式產(chǎn)生出新的其他的電子空穴對。最終的電流是由流經(jīng)的形式產(chǎn)生出新的其他的電子空穴對。最終

66、的電流是由流經(jīng)反向偏置結(jié)的隨機(jī)分布噪聲尖峰組成的。與散粒噪聲類似，反向偏置結(jié)的隨機(jī)分布噪聲尖峰組成的。與散粒噪聲類似，雪崩噪聲也要求有電流流動。然而，雪崩噪聲一般要比散粒雪崩噪聲也要求有電流流動。然而，雪崩噪聲一般要比散粒噪聲更加劇烈，這也是齊納二級管（穩(wěn)壓管）的噪聲聞名遐噪聲更加劇烈，這也是齊納二級管（穩(wěn)壓管）的噪聲聞名遐爾原因。爾原因。（2）三極管的噪聲）三極管的噪聲1.噪聲的種類及性質(zhì)噪聲的種類及性質(zhì)104華中科技大學(xué) 張林*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 （3）集成運(yùn)放的噪聲，是由組成運(yùn)放內(nèi)部電路的元器件集成運(yùn)放的噪聲，是由組成運(yùn)放內(nèi)部電路的元器件產(chǎn)生的噪聲源以及內(nèi)部電路連接的噪聲源累計的結(jié)果。一般產(chǎn)生的噪聲源以及內(nèi)部電路連接的噪聲源累計的結(jié)果。一般是通過實驗方法進(jìn)行測量，也可用仿真技術(shù)算出。在放大高是通過實驗方法進(jìn)行測量，也可用仿真技術(shù)算出。在放大高內(nèi)阻信號源的信號時，一般要求放大電路有較小的輸入噪聲內(nèi)阻信號源的信號時，一般要求放大電路有較小的輸入噪聲電流，故在集成運(yùn)放電路中多用電流，故在集成運(yùn)放電路中多用FET作輸入級。而對于低內(nèi)作輸入級。而對于低內(nèi)阻的信號源