模拟电子技术基础,清华大学出版第4章 模拟集成电.ppt

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1、第4章模拟集成电路4.1集成运算放大器概述4.2电流源电路4.3差动放大电路4.4集成电路的输出级电路4.5集成电路运算放大器4.6实际集成运算放大器的主要参数前面讨论了二极管、晶体管、场效应管，它们都是分立的器件。目前应用最广泛的还是将二极管、晶体管或场效应管、电阻等元器件及连接导线同时制作在一块半导体基片上，构成一个具有某种功能的完整电路，这就是集成电路。集成电路按其功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路。4.1集成运算放大器概述1.相邻元件的特性一致性好2.用有源器件代替无源器件3.二极管大多由晶体管

2、构成4.只能制作小容量的电容4.1.1集成电路中元器件的特点集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。集成运放是一种多级放大电路，其内部通常包含四个基本组成部分：输入级、中间级、输出级以及偏置电路。4.1.2集成运放的典型结构偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点，为各级提供合适的工作电流。采用各种电流源电路。输入级：前置级，多采用差动放大电路。要求Ri大，Ad大，Ac小，输入端耐压高。中间级：主放大级，多采用复合晶体管共射极放大电路。要求有足

3、够的放大能力。输出级：功率级，多采用互补推挽电路。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。图示为集成运算放大器的电路符号。左图是国家标准规定的符号，右图是国内外常用的符号。两种符号中的表示信号从左(输入端)向右(输出端)传输的方向。uo端为输出端，输出信号在此端与地之间输出。u－端为反相输入端，当信号由此端与地之间输入时，输出信号与输入信号相位相反，这种输入方式称为反相输入。u+端为同相输入端，当信号由此端与地之间输入时，输出信号与输入信号相位相同，这种输入方式称为同相输入。如果将两个输入信号分别从u－和u

4、+两端与地之间输入，则信号的这种输入方式称为差动输入。常见的集成运算放大器有圆形、扁平型、双列直插式等，有8管脚、14管脚等，如图所示。集成运放的输出电压uo与输入电压ud（ud=u+－u－）之间的关系称为集成运放的电压传输特性，包括线性区和饱和区两部分，如图所示。4.1.3电压传输特性在线性区内uo与ud成正比关系。即：当uo增加到一定值后进入了正负饱和区。正饱和区，负饱和区。4.2.1镜像电流源特点是T1和T2两管的参数完全一致。尽管T1集电极和基极被短接，集电结在零偏置情况下依靠内电场的作用下仍具有吸

5、引电子的能力。因此两管的集电极电流相等。4.2电流源电路当时表明改变基准电流Ir，输出电流IC2也就改变，Ir与IC2之间就像一面镜子，故称为镜像电流源电路或电流镜电路。4.2.2比例电流源从电路可知由于三极管T1、T2管是同工艺同材料制出来的管子，故基极和发射极的管压降基本相等，故有即可见改变R1和R2的阻值，就可以改变IC2和Ir的比例关系。式中基准电流4.2.3微电流源在集成电路中，有时需要微安级的小电流，可采用微电流源电路。根据晶体管发射结电压与发射极电流的近似关系可得则代入第一个式子整理得取R1=

6、0时得4.2.4电流源用作有源负载在集成运放中，放大器多以电流源作负载。这样在电源电压不变的情况下，既可获得合适的静态电流，对于交流信号，又可得到很大的等效的RC。由于晶体管是有源器件，电路中又以它为负载，故称之为有源负载。典型的有源负载共射放大电路如图所示。图中，T2、T3管构成镜像电流源作T1管的集电极负载。由于该电流源的动态内阻为rce3，所以此时T1管的电压增益只需将共射增益表达式中的RC用rce3取代即可。当实际负载RL通过射随器隔离后接入，则该级放大器可获得极高的电压增益。4.3.1直接耦合放大

7、电路中的主要问题如果一个电路的输入信号为零时，而输出信号却不为零，将这种现象称为零点漂移，简称零漂。4.3差动放大电路零漂是直接耦合放大电路中存在的主要问题。当温度变化时，三极管各项参数也随之变化，从而造成静态工作点的漂移。由于直接耦合放大电路中各级静态工作点相互影响，故前级的漂移可经放大后送至末级，造成输出端产生较大的电压波动，即产生零漂。若零漂很严重，有用信号将完全淹没于噪声中，电路将不能正常工作。在直接耦合多级放大电路中，第一级电路的零漂决定整个放大电路的零漂指标，故为了提高放大电路放大微弱信号的能力

8、，在提高放大倍数的同时，必须减小输入级的零点漂移。集成运算电路的输入级多采用差动放大电路，能有效抑制因温度变化引起的零点漂移。集成运放为了追求高增益的目标，其必然是一个多级放大电路。由于集成电路内部不宜制作较大容量的电容，因而集成运放中的多级放大电路只能采用直接耦合方式。4.3.2差动放大电路工作原理差动放大电路基本特点是只有两个输入端的输入信号间有差值时才能进行放大，即差动放大电路放大的是两个输入信号的差。1、