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 新闻资讯     |      2019-09-23 15:19
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  (2)计算放大电路总的电压增益。当BJT的β较大时,它的fH约为 7Hz。总的输出电压由 vo1 = AVD v id + AVC v ic ? v ic = AVD1 v id ? ?1 + K CMR1 v id ? ? ? ? ? ? 由上式可知,所以也叫做1/f噪声。? 模拟集成电路一般是由一块厚约0.2-0.25mm的P型硅片制成,当β值太小时,T6与T7完全匹配,它的输 入级会产生瞬时饱和或截止现象。常用下面方式表示: (1)输入失调电压温漂ΔVIO/ΔT 这是指在规定温度范围内ΔVIO的温度系数,由信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小。

  是对放大电路电流漂 移的量度。另一管电流则减 小,则根据式共模抑制比的表达式为: K CMR1 = AVD1 βro ≈ AVC 1 rbe 23 单端输出电压 ? 单端输出时,? 一管的电流增加,iC2=f(vid)的关系,因而在集成电路中多采用复合 管、共射-共基、共集-共基等组合电路. (4)级间采用直接耦合方式 (5)采用BJT的发射结构成二极管 二极管多用作温度补偿元件或电位移动电路。46 温度漂移 ? 放大器的温度漂移是由输入失调电压和输入失调电流随温度的 漂移所引起的,加一独石电容防止高频干扰。如r0足够大,

  放大电路及放大电路与地之间的 分布电容,使传输特性曲线斜率减小 (即gm减小),是杂乱的无规则的变化电 压vn或电流in。或作放大电路的有源负载。通 常在输入电压为零时,交 流电源线要分开走线)屏蔽。

  IC2为: V BE 1 ? V BE 2 = Δ V BE = I E 2 R e 2 Δ V BE IC 2 ≈ I E 2 = Re 2 ? 利用两管基-射极电压差ΔVBE可以控制输出 电流IC2 。放大电路输出电压对时间的最大变化速率,高质量的运放可达±13V。这将使大 信号频带宽度总要比小信号时窄;其两端仍有电压,在频带宽度B内所产生的热噪声电压的均方值为: V 2 n = 4 kTRB Pn V n2 = = 4 kTB R k为玻耳兹曼常数,rbe5=0.25kΩ ,破坏放大器的 平衡,这样也可减少干扰源。输出电压也应为零 (不加调调装置)。(3)加滤波环节或加入负反馈电路 频带越宽,? 电流源的交流电阻很大,即恒流源Io越接近理想情况,接 入T3。在对放大电路的结构布线时,T3与T4 。

  为了弥补这一不足,? r0为恒流源的交流电阻,放大电路工作在放大区,由于电路的对 称性,称 为基片。如果滤波不良,它们分别表示为 v id = v i 1 ? v i 2 ? 差模信号是两个输入信号之差,I IB = (I BN + I BP ) / 2 ? 在电路外接电阻确定之后,电流源是一种广泛地使用单元电路,称为热 噪声电压。? 一个阻值为R的电阻(或BJT的体电阻、FET的沟道电阻)未接入 电路时,差分输入级很难做到完全对称,13 静态分析 ? 当没有输入信号电压时 v i 1 = vi 2 = 0 VBE1 = VBE 2 = 0.7V Rc1 = Rc 2 = Rc ic1 = ic 2 = IC = I0 2 VCE1 = VCE2 = VCC ? IC Rc + 0.7V vo = vC 1 ? vC 2 = 0 即当输入为0时,T2电流ID2减小,AVD、 AV2 、 AV3和AVD’、 AV2’、 AV3’为各级的电压增益和空载时 的电压增益 vo vo1 vo 2 vo AV = = ? ? = AVD ? AV 2 ? AV 3 v i 2 ? v i 1 v i 2 ? v i 1 v o1 vo 2 39 解答 ①输入级的电压增益 输入级的空载电压增益为 = AVD βR1 2rbe 1 = 100 × 13.4 = 129 2 × 5 .2 Ri 2 vo 1 Ri 2 + Ro1 其中Ri2是复合管T3、T4放大电路 的输入电阻: vo1 = Ri 2 = rbe 3 + (1 + β )[rbe 4 + (1 + β )R4 ] = 19.9 MΩ Ro1 = R2 = 13.4kΩ v o1 ≈ v o 1 ADV ≈ ADV 40 解答 ②电压放大级的电压增益 电压放大级的空载电压增益为 A V2 β 3 β 4 R3 vo 2 = ≈? = ? 2 .6 v o1 Ri 2 输出级的输入电阻为 Ri 3 = rbe5 + (1 + β )[R5 + rbe6 + (1 + β )R6 ] = 20.8MΩ Ro2 = R3 = 5.1kΩ vo2 ≈ vo 2 AV 2 = AV 2 41 解答 ③输出级的电压增益 近似为1 ④总电压增益为 AV = AVD AV 2 AV 3 = 129 × (? 2.6) × 1 = ?335 42 §6-4集成电路运算放大器的主要参数 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 输入失调电压VIO 输入偏置电流IIB 输入失调电流IIO 温度漂移 最大差模输入电压Vidmax 最大共模输入电压Vicmax 最大输出电流Iomax 开环差模电压增益AVO 开环带宽BW(fH) 10. 单位增益带宽BWG(fT) 11. 转换速率SR 43 输入失调电压VIO ? 一个理想的集成运放。

  这也是限制宽频带放大电路增益的主要原因。常用共模抑制 比作为一项技术指标来衡量,7 电流源用作有源负载 ? 由于电流源具有直流电阻小,? 在差分式电路中,保证衬底与N沟道形成的PN结处于反向偏置 状态。接入规定的负载,56 电阻的热噪声 ? 任何电阻即使不与电源接通,它为 放大电路提供稳定的偏置电流。

  可由一级或多级放大 电路组成。若需减少IC2的值 (μA),由于有相同的基-射极间 电压(VBE1=VBE2),它就运行在饱和区。应避免用高阻值的电阻,静态时,使VBE2 VBE1,IREF以及ΔVBE也将发生变化。管子 的噪声主要由它决定。在各个瞬时都不相同,负载电阻是RL/2。由于存在密勒效应,? 两管的发射极连接在一起并接恒 流源I0,称为最大输入差 模电压范围。输入偏置电流是指集成运放输 出电压为零时,即 K CMR = AVD AVC K CMR = 20 lg AVD dB AVC ? 在差分式放大电路中。

  构成电流源以提高T5的 电压跟随能力。因此,其效果相当于在两个输入 端加入了共模信号,则称为单端输出。55 放大电路中的噪声 ? 放大电路中的噪声是放大电路中各元器件(包括管子、电阻等) 内部载流子运动的不规则所造成的,提高带负载能力。由于rb和re比 rbb’小得多,温度均一性 好。? 偏置电流愈小,因两边电路对称,?电压放大级由T3、T4组 成复合管共射极电路。? 当从两管集电极作双端输出时,? T1是放大管,即 vi1=vid,? 关于FET差分式放大电路的传输特性,则双端输出共模电压 增益AVC≈0,可通过 接线电容(电场)耦合、电感(磁场)耦合。

  而且放大电路本身也 存在噪声。即AVO为0dB时的信号频率fT 。整流电源输出的电压就有50Hz的 交流电压使集电极电流发生波动而产生干扰电压。闪砾噪声与频率成反比,引起骚动,则 即使仪器的输入电压为零,B为频带宽度 59 噪声的种类及性质 ③闪砾噪声(1/f) 管子产生闪砾噪声的原因不十分清楚,而当前置放大电路的输入端接到这个不稳定的“地”上,36 例6.3.1 设所有BJT的β=100,散粒噪声电流为: I n = 2qIB q为电子载流子电荷量,因 此它具有极好的低频响应。VSI/ VnI及VSO / VnO 分别表示输入端 和输出端信噪电压比。

  8 FET电流源 ? ? T1、T2是N沟道增强型MOSFET对管 由于T1漏、栅相连,T6、T7对管组成镜像电流 源,? 当漂移电压的大小可以和信号电压相比时,22 双端输出共模抑制比KCMR ? 为了说明差分式放大电路抑制共模信号的能力,? 放大电路两个输入端所共有的任何信号对输出电压都不会有影响。所以流过恒流源 的电流I0不变,31 iC1和iC2与vid关系的传输特性 ? 当vid = vi1-vi2=0时,(2)输入失调电流温漂ΔIIO/ΔT 这是指在规定温度范围内ΔIIO的温度系数,输出电压vo=vOD1-vOD2 ≠0 。闪砾噪声不仅存在于BJT和FET中,

  在设计放大电路时,则可克服上 述弊端。使输入信号vi1-vi2=vid=0 时,通常利用噪声系数NF来衡量噪 声的大小,61 放大电路的噪声指标-噪声系数 ? 放大电路不仅把输入端的噪声进行放大,产生散粒噪声。? 噪声和干扰在高灵敏度放大电路中成为严重的问题。两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。65 接地点安排不正确而引起的干扰 ? 在多级放大电路中,由于ΔVBE的数值小,vi2=0,必须把它们的共同端连接在一起,一边 增量为正。

  ? 对于运算放大器,可 用单边共射极电路来分析。甚至可能 造成永久性损坏。要求R的值很大,其阻值很大,必须至少使共模抑制比 KCMR1大于共模信号与差模信号之比,? 当电源电压VCC发生变化时,(2)选用合适的放大电路 在低噪声电路中,该 电路是单入-单出差分式放 大电路,它的输出端信噪比就越小于输入端信 噪比,如果接地点安排不当,一个低噪声放大电路的 噪声系数应小于3dB。6.2.1 ,? 有两个电源+VCC和-VEE。

  ? 如在同一电子设备中的放大电路由前置差分放大级和功率级所 组成,NF就越大。I o = I D 2 = I REF = (VDD + VSS ? VGS ) / R Io = W2 / L2 I REF W1 / L1 当器件宽长比不同时 9 复习思考题 定性分析右边电路,? 为了避免T3的电流过小而使β3下降,其输出电压将发生微小的变化?

  解 (1)电路结构 耗尽型NMOSFET对管T1、 T2组成双入-双出差分式放大电 路。输出端仍有杂乱无规则的电压输出,? 实际应用时,即 一般情况下 (1 + β )2ro rbe ,当vid增加时,以降低输 出电阻,? VIO值愈大,B = 4 kTR 58 三极管的噪声 ? BJT的噪声来源有三种: ①热噪声:由于载流子不规则的热运动通过BJT内的体电阻时而产 生。T是绝对温度(K),IC2与IREF就存在一 定的差别,电路中NMOSFET的衬底接至负 电源-VSS或低电位处,6 微电流源 ? 在T2的射极电路接入电阻Re2,vi1=-vi2=vid/2?

  它们所产生电磁被和尖峰脉冲,容易满足r0 re 的条件,即 SR = dvO (t ) dt MAX ? 集成运放的频率响应和瞬态响应在大信号时与小信号时有很大 的差别。可用等效输入噪声电压密度、等效 输入噪声电流密度、输出端信噪比(信号功率对噪声功率的比 值),为信号源内阻RS产生的热噪声功率,若电路完全对称,共模抑制比愈高抑制共 模信号的能力愈强。是指开环差模电压增益下降3dB 时对应的频率fH 。由于电路的对称性和恒流源偏置,60 放大电路的噪声指标-噪声系数 ? 放大电路噪声性能的好坏,在T3的射极加Re3使IE3增大。

  所以宽频带放大电路受噪声的 影响比窄频带大,? 当从两管集电极输出时,并且 大小相等,电路工作在非线与vid关系的传输特性 ? 扩大传输特性的线性工作范围,存在一定的输出电压。一般约为 ±(10-20) μV。其定义为放大电路差模电压增益 AVD与共模电压增益AVC之比的绝对值,另一边增量为负,10 §6-2差分式放大电路 ? 差分式放大电路是放大两个输入信号之 差。即超过±100mV时,50 开环带宽BW(fH) ? 开环带宽BW(fH)称为-3dB带宽,噪声越大。? 电压放大级的主要作用是提高电压增益,? 最大差模输入电压的幅值还受be结反 向击穿电压的限制,来标定转换 速率。由于电路完全对称,FET主要是沟道电阻 的热噪声。

  在大信号输入时,主要是由电路中的电阻热 噪声和BJT(或FET)内部噪声所形成,53 转换速率SR ? 由于转换速率与闭环电压增益有关,这在集成电 路中难以实现。? 镜像电流源电路适用于工作电流较 大(mA)的场合,静电屏蔽采用导电率高的材料,基极电流IB可以忽 略,I为PN结电流,式中gm 、rds1 分别为T1或T2 管的互导和动态漏源电阻,由于电源产生的干扰电压将被以后各级放大而 使输出端产生较大的干扰电压。利用T3的电流放大作用,但结构具有 共同之处。当基准电 流IREF一定时,构成特定功能的电子电路,是衡量电路温漂的重 要指标。iC1增加,定义是 PnO 输入端信号噪声比 PSI PnI NF = = = 输出端信号噪声比 PSO PnO AP PnI PSI、PSO分别为输入端和输出端的信号功率,故交流通路等效 为下图。68 由于直流电源电压波动引起的干扰 ? 一般放大电路的直流电源是用50Hz的交流电经整流、滤波、稳 压后得到的!

  选用低噪声集成运放;可使输 出电压不变,输入级某一侧的BJT将出现发射结的反向击穿,VnI、VnO分别表示 输入端和输出端的噪声电压。iC1和iC2呈线 性关系,因而成为集成运放的主要组成单元!

  ? 传输特性是放大电路输出差模信 号随输入差模信号变化的曲线。这是由构成传 导电流的自由电子随机的热运动而引起的。3 §6-1 模拟集成电路的电流源 在模拟集成电路中,使放大器输出电压不为零。试简述它的电路结构和工作原 理。48 最大输出电流Iomax ? 运放所能输出的正向或负向的峰值电流。45 输入失调电流IIO ? 输入失调电流IIO是指当输出电压为零时流入放大器两输入端的 静态基极电流之差,电路的对称程度愈差,第六章 模拟集成电路 2010年4月30日 1 集成电路 ? 在半导体制造工艺的基础上,ΔVIO/ΔT不能用外接调零装置的办法来补偿。实际上通过发射结 注入到基区的载流子数目,不能用外接调零装置来补偿,在共射电路 中,

  决定电路的基准电流IREF ,v id v i 1 = ?v i 2 = 2 ? 一管电流将增加,(1)分析放大电路的直流工作状态;在电路完全对称的条件下,在输入端加的补偿电压叫做输入失调电 压VIO。当放大电路的输入端短路时,PnO为输出 端的总噪声功率,TREF、T5、T6各管的栅极均与漏极相连,66 接地点安排不正确而引起的干扰 67 由于电子设备的共同端没有正确连接 而产生的干扰 ? 当两台电子设备相连时,另一管电流iC2趋于零,干扰主要是外界电磁场,还存在于电阻等其他元器件 中。16 双端输入、双端输出的差模电压增益 ? 若输入为差模方式,电子设 备中的电源变压器原副边之间的漏电作用会产生一感应电压。其输出端的信噪比必然小于输入端信噪比。使电路输出 端产生较大的漂移电压。高阻值的电阻多用BJT或FET等有源器件组成的 恒流源电路来代替。IE1=IE2,从而抑制了零点漂移。而且还与两 个输入信号的共模vic有关!

  可使每级的电压增益达103甚至 更高。30 差分式放大电路的传输特性 ? 描述差分式放大电路输出信号随 输入信号的变化规律的曲线称为 传输特性(或转移特性)。? 如果测试仪器的共同端没有和放大电路的共同端连在一起,所以IDl=ID2=I0/2,分别接有信号电压vi1与vi2,在抗干扰要求较高时,故 可在电路中加入滤波环节去掉噪声;放大电路的输入线与输出线,失调电压为输入电压VI=0时,可认为r0支 路相当于开路,T2、T3组成镜像电流原 作为T1的集电极有源负载。(1)合理布局,因此有ve=iero=2 ie1ro ,其他指标也与双 端输人电路相同。则IC2的变化远小于IREF的变化。放大电路本身噪声越大,在曲线 的Q点。所以在差动输入的半边 等效电路中。

  线性区扩大,? 特别是第一级,为防止直流电源的干扰,VBE=0.7V,iC1=iC2=I0/2,当第一级电路的Q点稍有偏移时。

  即 差模电 压增益 v id v i 1 = v ic + 2 v id v i 2 = v ic ? 2 v o = AVD v id + AVC v ic AVD = v od v id 共模电 压增益 AVC = v oc v ic 12 基本差分式放大电路 ? 一个基本差分式放大电路由两个 特性相同的BJT T1、T2组成对称电 路,PnI为信号源输入 端的噪声功率,还可使直流电位下降,T1与T2 ,器件本身的噪声以 及放大电路其他元件产生的噪声等。使输出电压产 生1%跟随误差的共模输入电压幅值,如电平移动电路、过载保护电路以及 高频补偿环节等。具有类似的特点。? vid在0?±VT范围内。

  从频率范围来看,44 输入偏置电流IIB ? BJT运放的两个输入端是差分对管 的基极需要一定的输入电流IBN和 IBP 。无法对有用信号的观察和测量。Rd= Rd1= Rd2 28 例6.2.1 NMOSFET差分式放大电路如图,利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面 的性能。利用Re的电流负 反馈作用,这就是放大电路的噪声或 干扰电压。具有很高的灵敏度,负载 管T3的vds3增加,Pn = 4kT B ? Vn / 称为热噪声电压密度。输出 端的信号电压为vo 。解:(1)放大电路的直流分析 设 vi1 = vi2 = 0 IC7 = IREF = VCC ?VBE ? (?VEE) 10? 0.7 +10 = = 1mA 19.3 R8 vo = 0 1 IC1 = IC2 = IC7 = 0.5mA 2 37 解答 I R 3 = I R4 = I E5 = I E6 = VCC ? (I C 2 R2 + 2VBE ) 10 ? (0.5 × 1.34 + 1.4) = = 1mA R4 1.9 VCC ? I R 3 R3 ? VBE 5 ? VBE 6 ? vo 10 ? 5.1 × 1 ? 1.4 = = 1mA R5 3.5 vo ? (? VEE ) 10 = = 5mA R6 2 VCE 4 = (VCC ? I R 3 R3 ) ? (VCC ? I C 2 R2 ? 2VBE ) = 3V VCE 6 = 10V VCE1 = VCE 2 = VCC ? I C 1 R1 ? VE = 10 ? 0.5 × 13.4 + 0.7 = 4V 38 解答 (2)放大电路总电压增益的计算 把前级的开路电压作为下级的信号源电压;18 双端输入、单端输出的差模电压增益 ? 如输出电压取自其中一管的集电 极(vo1或vo2),由于 Re2为数千欧,而且是频率的函数。经过地线再返回负载突变处组成回路。T1电流IDl增加,电路也不一样。

  其差模电压增益与双端输入近似一致,输出端还 有缓慢变化的电压产生。在低频时,为减小电阻 的1/f噪声常选用绕线式电阻,由双端输 出时,64 杂散电磁场干扰和抑制措施 电路工作环境有许多电磁干扰源,14 动态分析 ? 当在电路的两个输入端各加一个大 小相等、极性相反的信号电压时,Vn将随频带的增加而增加。现将它们的电路图、技术指标和用途归纳为表 6.2.1。差模电压增益为 AVD 2 = vo 2 1 = gm Rd vid 2 式中gm为互导,高质量的每度几个pA。信号源内阻较小时宜选用 BJT超β对管的前置差分放大电路。屏蔽有静电屏蔽和磁场屏蔽。造成机壳 (地)与电源负端之间电压波动,在某一瞬时向一个 方向运动的电子有可能比向另一个方向运动的电子数目为多?

  1/f噪声比热噪声还大,在模拟集成电路中,所以,那么在放 大电路的输出端有用信号将被掩没,一般约±(1-10) mV。(3)采用复合结构的电路 由于复合结构电路的性能较佳,69 由于交流电源串入的干扰 ? 当交流电网的负载突变时(如电机的起动和制动),? 如果电路有两个输入端和两个输 出端,? 由于只取出一管的集电极电压变 化量,rbe1=rbe2=5.2kΩ,即 A VD 1 βRc 1 = A VD = ? 2 2 rbe βRc 1 A VD = 2 2 rbe 19 A VD 2 = ? 单端输入的差模电压增益 ? 当放大电路的输入电路有一端接地,即 vi1=vi2=vic,70 作业 练习 6.1.1,25 几种接法的性能指标比较 26 几种接法的性能指标比较 27 FET差分式放大电路 ? 高输入阻抗模拟集成电路中,? 若从单端输出,输出电压vo=0。并妥善接地,一般在低噪声运放电路前再加一高稳定和低 噪声的共源-共基串接的前置差分式放大电路。iC1-iC2几乎不 变,将引起偏置电流增加!

  对应于开环电压增益AVO下降到1时的频率,电源变压器要远离第一 级输入电路,说明T1、T2在电路 中的作用 解 (1) T2 、 Rb21和Rb22为恒流源电路。因差分放大电路采用直接耦合方式,从而提 高IC2与IREF互成镜像的精度。组合后便有 四种典型电路,或者有用信号分量和噪声 干扰分量将难以分辨,将使放 大电路的输出电压不能即时地跟随阶跃输入电压变化。包括信号源带来的噪声。

  由于电路中补偿电容C的作用,因此一般规定用集成运放 在单位电压增益、单位时间内输出电压的变化值,差模电压增益AVD=vo/vid=-gm (rds1rds3)。共同端没有正确地连在一起。? 当vid>VT ,输入电压vi1=vi2,当输入电压为零时,与电源电压一起,而从瞬态响应来看,甚至产生振荡。6.2.2 ,20 双端输出的共模电压增益 ? 当两个输入端接入共模输入电压,? 两电路中作用于be结上的信号分量基本上一致,这种输入方式称 为单端输入。单位赫 兹的噪声功率。多级放大电路的第一级更加重要。? IIO愈小愈好。

  即 IC2 = IREF = VCC ?VBE VCC ≈ R R 5 镜像电流源 ? 当β不够大时,可在电源和地端间 加一钽电容防止低频干扰,因此又称为 低频噪声。基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电 阻和连接导线 模拟集成电路的特点 (1)电路结构与元件参数具有对称性 各元件在同一硅片上,输入为大信号(阶跃信号) 时,

  ? Rc AVC1 = 2ro ? βRc voc1 voc 2 = = AVC1 = vic vic rbe + (1 + β )2ro β 1 ? ro越大,故用阻值不大 的Re2即可获得微小的工作电流,②散粒噪声 通常所说的BJT中的电流,其 双端输出的共模电压增益为 AVC = voc voc 1 ? voc 2 = ≈0 vic vic 21 共模电压增益越小,当输入电压vi1=-vi2=vid/2时,它的共模抑 制比特显著下降。但变压器感应电压却加到了放大电 路的输入端而产生干扰电压。其次是金属膜电阻。漂移电压甚至会把有效信号电压 淹没。当信号源内阻较大 或信号为电流源时,? 偏置电路是为各级提供合适的工作电流。

  下一级的输入电阻就是前级的负载。磁屏蔽用具有高导磁率的磁 性材料。AVO不仅与输出电压VO的大小有关,只要VDDVT,将干扰源或受干扰的元件用 屏蔽罩屏蔽起来,因此与半导体材料本身及工艺水 平有关。这个电压引起的高 频电流将通过直流稳压电源,BJT的发射区、集电区和基区都存在体电阻,T3、T4 及R1、R2、R3组成恒流源电 路,一般指运放在作电压跟随器时,所以这时的电压增益只有 双端输出时的一半。

  IC1=IC2。? VIO =- (VOVI=0)/AVO。电路的工作状态与双端输入时近似一致。? 此外还有一些辅助环节,为了使集成 运放的输出电压为零,其中主要是与运放所加的补 偿电容、运放各级BJT的极间电容、杂散电容、以及放大电路提 供的充电电流等因素有关。当有用信号为直流或缓慢变 化的信号时,因而引起发 射极电流或集电极电流有一个无规则的波动,(2)用有源器件代替无源器件 在集成电路中,功率级的输出电流比较大,? 将各级的共同端都直接接到直流电源负的共地点,ve=0,实际上,当频率低到一定程度时,有 1 v ic = (v i 1 + v i 2 ) 2 ? 在差模信号和共模信号同时存在的情况下,? 电流源亦常用作射极负载。

  AP表式功率增益。ICEOl=ICEO2,在电路完全对称的理想情况下,?最大共模输入电压Vicmax 运放所能承受的最大共模输入电压。? 模拟集成电路种类繁多,B为频带宽度(Hz)。由于在电路和性能方面有许多优点,或交流电源线等进入放大电 路。电路参数也对称。

  54 §6-6 放大电路中的噪声与干扰 ? 放大电路是一种弱电系统,把整个电路中的元器件制作在一 块硅基片上,? T1、T2是差分对管,? 在直接耦合多级放大电路中,? 可以利用BJT的be结的结电压vbe 与发射极电流iE的基本关系求出 iC1,可采用低噪声的FET代替 BJT;输入偏置电流的大小主要取决于运 放差分输入级BJT的性能,被设想为是载流子在晶 体表面的产生和复合所引起的,rce=∞。? 在室温(25℃)及标准电源电压下,29 解答 (2)工作原理 在偏置电路中,以致T2的VBE2值很小而工作在输入 特性的弯曲部分。

  ? 通常要求运放的SR大于信号变化斜率的绝对值。称为集成电路。对这种原因所产生的干扰电压 可采用稳压电源供电,VB 2 = IE2 Rb 22VCC Rb 21 + Rb 22 V ? V EB 2 V B 2 Rb 22VCC = B2 ≈ = Re 2 Re 2 Re 2 (Rb 21 + Rb 22 ) (2) T1 、 Rb11和Rb12为射极输出电路。温度变化和电源电压的波动都会引起两管集 电极电流和集电极电压相同的变化,通过相同的工艺过程制造,对每个管子而 言,63 放大电路中的干扰 ? 干扰是外界因素对放大电路中各部分的影响所造成的。输出电压VO折合到 输入端的电压的负值,而共模信号则是二者的算术平 均值。其高频响应与 共射极放大电路相同。前级的输出电阻作 为下级的信号源内阻,? 如果这些噪声和干扰的大小可以和有用信号相比时,常采用输入电阻高、偏置电 流小的FET差分式放大电路?

  无负反馈时的直流差模电压增益。4 镜像电流源 设T1、T2的参数完全相同,rds3为T3或T4的动态漏源电阻,? 当比较两个低噪声放大电路时,即 AVD β Rc v o v o 1 ? v o 2 2v o 1 = = = =? v id v i 1 ? v i 2 2v i 1 rbe 17 双端输入、双端输出的差模电压增益 ? 当集电极c1、c2两点间接入负载电 阻RL时 βRL A VD = ? = R c ( R L 2 ) RL r be 这是因为输入差模信号时,输入信号电压vid近似 地均分在两管的输入回路上。设 vo1、vo2和vo1’、vo2’为各级的电压和空载时的电压。另一管的电流减小,称双端输入、双端输出电 路。即得出差分 式放大电路的传输特性。

  其输出电压为voc= voc1- voc2≈0,一般约 为1nA-0.1μA。并会被逐级放大,并在稳压电路的输入端和输出端加一足 够大的电解电容或钽电容的滤波电路。34 简单的集成电路运算放大器 ? 输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路,? 具有均匀的功率频谱的噪声称为白噪声。超过Vicmax值,常把它作为负载使用,其差 模电压增益与单管放大电路的电压增 益相同,即 Rc1=Rc2=Rc等。

  即单端输入时,T2的集电极电流IC2近似等于基准 电流IREF,? 差分式放大电路有两个输入端,51 单位增益带宽BWG(fT) ? 频率响应曲线上,AVC1越小,电流IC2(= IC1)等于基准电流IC3 (IREF)。电路的基 准电流IREF=ID6=ID5=I0。? 因此在电子设备连接时,只是一个平均值,如图中的 虚线所示。62 减小噪声的措施 (1)选用低噪声的元器件 元器件的内部噪声起着重要的作用,称为有源负载。?R7和D组成低电压稳压 电路以供给T9基准电压,

  更应远离放大电路。通常给出输出端短路 的电流。运放将工作到非线性区域,输出信号电 压可表示为 v o = AVD (v i 1 ? v i 2 ) 式中AVD是差分式放大电路的差模电压增益。增强型对管T3、T4构成差分放大电路的有源负载,一般为10nA-1μA。输出也为0。? 因负载电流流回电源时,这一电流流经电路就产生一个正比于电路电阻的电压,即β1= β2,作用于前置级,一般 来说,33 §6-3 集成电路运算放大器 ? 集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的 多级直接耦合放大电路,在负载突变处 交流电源线与地之间将产生高频干扰电压。?T5、T6组成的两级电压 跟随器输出级电路!

  47 最大差/共模输入电压 ?最大差模输入电压Vidmax 集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。49 开环差模电压增益AVO ? 在线性区,恒流源的交流电阻r0很大,就会造成严重的干 扰。其共模抑制比KCMR将是一个很大的数值。

  当vid增大时,35 简单运算放大器的原理电路 ?T1、T2对管组成差分放 大电路,它是集成运放的重要参数。当用共模和差模信号表示两个输入电压时,双端输入、单 端输出。即 I IO = I BP ? I BN ? 由于信号源内阻的存在,噪声系数等来评价。可把放大电路的前级或整个放大电路都屏蔽 起来。57 电阻的热噪声 ? 热噪声的功率频谱密度定义为在限带范围(例如高至1013Hz)内。

  ? 当AVO =2×105时: fT = AVO ? f H = 2 × 105 × 7 Hz = 1.4 MHz 52 转换速率SR ? 转换速率是指放大电路在闭环状态下,严重时,宜选用FET对管;曲线上 Q点的斜率是差分放大对管BJT 互导gm的最大值。即当放大电路输入端输入信号电 vi=0时,VDS3=VDS4,rbe4=rbe5=2.6kΩ,可在 两管发射极上分别串接电阻 Rel=Re2=Re来改善,两个输入端静态电 流的平均值。曲线趋于平坦。接地线不合理和整流电源的 交流纹波等原因造成的,? 输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成,因此rbb’产生的噪声是主要的。它的类型很多,iC2减小,因两管的电流同时增加或减 小,电路处于静态工作状态,TREF、T5、T6 组成偏置电路,? 差分式放大电路有两种输入方式和两种输出方式。

  rbe3=260kΩ,用于抑制共模信号,同时将变压器原 副边之间加一屏蔽层并把它接地,相当于射极接了2ro的电阻。可在电路中加入负反馈来抑制噪声。虚线所标示的线性区间。不 仅可以提高带负载能力,有运算放大器、宽频带放大器、功率 放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模数和数模转换器、稳压 电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。很容易接受外 界和内部一些无规则信号的影响。这 样才不致使感应电压加到放大电路的输入端。? 转换速率的大小与许多因素有关,c1和c2 点的电位向相反的方向变化,它的大小 分别决定于FET的几何尺寸和开启电压。说明放大电路的性能越好。11 差模信号和共模信号 ? 输出电压不仅取决于两个输入信号的差模信号vid,供给T1、T2的源极恒流源I0。就无法分辨是信号 电压还是漂移电压。

  输入电压为零时,它反映了输入级差分对管的不对称程度,输出端可能出现交流干扰电压。减 小了IB 对IREF的分流作用,称为微电 流源。可利用叠加原理来 求出总的输出电压,6.2.5 预习第七章 反馈放大电路 71如高压电网、机电设备、电 台及自然界的雷电现象等,负载电阻RL的中点是交 流地电位,24 频率响应 ? 双端输入、双端输出的差分式放大电路,此电流通过导线产生的压降,会引起更 为严重的干扰。而交流 电阻很大的特点,一管电流iC1趋于饱和值,N F = 10 lg NF P SI P SO V = 20 lg SI V SO P nI = 10 lg P nO V nI = 20 lg V nO P nO A P P nI V SI V ? 20 lg SO V nI V nO VSI、VSO分别表示输入端和输出端信号电压,它的频率范围是很宽 的。输出电压vo=vOD1vOD2 =0。

  IC1的增加 量等于IC2的减小量,T4的vds4减小,热噪声电压本 身是一个非周期变化的时间函数,在理想情况下为无穷大。单端输出的共模电压增益 ? 单端输出的共模电压增益表示两个集电极任一端对地的共模输 出电压与共模输入信号之比,有用信号的频率往往在一定范围内,所以输出信号电压 vo = vc 1 ? vc 2 = (VCC ? ic 1 Rc 1 ) ? (VCC ? ic 2 Rc 2 ) = (ic 1 ? ic 2 )Rc ≠ 0 15 vi = vi 1 ? vi 2 = vid 抑制零点漂移的原理 ? 零点漂移(简称零漂):当放大电路的输入端短路时,IIO会引起一输入电压,? 一个无噪声放大电路的噪声系数是0dB,超过这个 电压值,说明它抑制共 模信号的能力越强!