6集成电路运算放大器

1、集成电路运算放大器 第六章第六章 集成运算放大器集成运算放大器 6.2 差动放大电路差动放大电路 6.1 集成运算放大器中的电流源集成运算放大器中的电流源 6.3 集成运放简介集成运放简介 6.4 集成运算放大器中的主要参数集成运算放大器中的主要参数 6.5 特殊集成运算放大器特殊集成运算放大器 高增益高增益 的直接耦合的集成的多级放大器的直接耦合的集成的多级放大器。 本章主要要求本章主要要求 了解运放组成特点。了解运放组成特点。 理解电流源电路的特点，了解其类型、理解电流源电路的特点，了解其类型、 原理和应用。原理和应用。 掌握差分电路结构、特点及基本概念，掌握差分电路结构、特点及基本概念，

2、 会计算其静态，动态工作情况。会计算其静态，动态工作情况。 掌握运放电路符号，了解其内部组成掌握运放电路符号，了解其内部组成 及主要参数。及主要参数。 6.0 6.0 概述概述 1 1、集成电路（、集成电路（ICIC）：把整个电路中的元件都制作在一）：把整个电路中的元件都制作在一 块硅基片上，构成特定功能的电子电路。块硅基片上，构成特定功能的电子电路。 体积小，性能很好体积小，性能很好。 按按功能功能分类：分类： 模拟集成电路：模拟集成电路： 运算放大器、运算放大器、宽频带放大器、宽频带放大器、 功率功率 放大器、模拟乘法器、模拟放大器、模拟乘法器、模拟 琐相环、模数和数模转琐相环、模数和数模

3、转 换器换器 、稳压电源及其他模拟电路等。、稳压电源及其他模拟电路等。 数字集成电路数字集成电路 模拟集成电路模拟集成电路 通用型通用型:运算放大器运算放大器 专用型专用型 通用型通用型 专用型专用型6.5 集成运算放大器集成运算放大器高增益直接耦合的集成高增益直接耦合的集成 的多级放大器。的多级放大器。 集成电路的工艺特点（集成电路的工艺特点（P227）：）： （1 1）电路结构与元件参数具有对称性：）电路结构与元件参数具有对称性：元器件具有良好一元器件具有良好一 致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称复合结构的电路致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称复合结构的电路。 （2）集成电

4、路芯片面积小，集成度高，故功耗很小，在毫瓦以下。）集成电路芯片面积小，集成度高，故功耗很小，在毫瓦以下。 （3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。 （4）只能制作几十）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接 耦合方式。如需大电容，只有外接。耦合方式。如需大电容，只有外接。 （5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。）不能制造电感，如需电感，也只能外接。 2 2、什么是集成运算放大器？、什么是集成运算放大器？ （无源器件和有源器件相互代替）无源器件和有源器件相互代替） （6

5、6）用晶体管的发射结构成二极管，作为温度补偿元件等。）用晶体管的发射结构成二极管，作为温度补偿元件等。 u- u+ uo 集成运算放大器符号集成运算放大器符号 国内符号：国内符号： 国际符号：国际符号： 集成运放的外特性：集成运放的外特性： 高高电压增益（电压增益（ ） 高高输入电阻（输入电阻（10M） 低输出电阻（低输出电阻（100欧欧） 同相输入端同相输入端 反相输入端反相输入端 输出端输出端 V V V o + + A + - u u u 4 10 低漂移，低失调低漂移，低失调( 高高 （ 40dB） CMR K VVCV IO 1,/1 . 0 集成运放的总体结构集成运放的总体结构 u

6、 u u 电压放大级 输出级 偏置电路 uo + 差动输入级 u u- （3）集成运放的总体结构集成运放的总体结构 简单的集成运放内部电路结构简单的集成运放内部电路结构 + + + + + T 1 Rc1 s I Rc2 c3 R 2 T 4 T 5 T 3 T VCC+ EE V- u- u+ o u 反反 相相 输输 入入 端端 同同 相相 输输 入入 端端 输输入入级级中中间间级级输输出出级级 原理电路：原理电路： 偏置电路及有源负载偏置电路及有源负载镜像恒流源镜像恒流源 +保护电路保护电路 二、三极管的分流二、三极管的分流 通用型集成运放通用型集成运放F007（P247（741） 17

7、 _ 1 T REF p 22 T 8 T T 2 14 5 R 3 T R 9 6 30pF 10 I T 7 21 T T 9 T 6 C 19 T 8 7 T 1 T 13 CC T R R T 4 12 T 2 20 R R R R R 6 8 T 10 11 1 T R 4 16 EE + T T 15 9 2 T 3 4 T 23 T R +V 3 18 7 -V +V 5 24 O T 5 39k T A B 运运 算算 放放 大大 器器 外外 形形 图图 具有负反馈技术电路的射极偏置放大电路就具有这一功能。具有负反馈技术电路的射极偏置放大电路就具有这一功能。 + + + V C

8、C R R b1 T e b2 R L R Ro c I UBE IC IC UE IB I Ic c电流是恒定的：电流是恒定的： + + c I 6.1 集成电路运算放大器中的集成电路运算放大器中的电流源电流源 Q点一般是利用外接电阻元件来建立的，但在集成电路中，点一般是利用外接电阻元件来建立的，但在集成电路中， 制造一个三端器件比制造一个制造一个三端器件比制造一个R所占用的面积小，也比较经济，所占用的面积小，也比较经济， 因而采用因而采用BJT或或FET制成电流源。制成电流源。 是利用是利用BJT、FET工作在放大状态时，其输出受控电流源工作在放大状态时，其输出受控电流源 具有恒流特性，由

9、它们都可构成电流源电路。具有恒流特性，由它们都可构成电流源电路。 联立方程组：联立方程组： 用用等效电路等效电路来求该电路的内阻来求该电路的内阻 可以解出：可以解出： 可见三极管电流源的内阻比三极管的输出电阻可见三极管电流源的内阻比三极管的输出电阻rce还要大。还要大。 + + b b2 o r i R i i be R R c e b1 b b e rce o - + u R o0)( obebebbb iiRriRi )()( obeceboo iiRriiu )1 ()1 ( ce ebbe e ceo r RRr R rR b2b1b / RRR 一、电流源电路的特点及类型一、电流源电

10、路的特点及类型 特点：特点：输出电流恒定。具有很高交流输出电阻输出电流恒定。具有很高交流输出电阻。 常用类型：常用类型： 镜像电流源镜像电流源 精密电流源精密电流源 微电流源微电流源 多路电流源等多路电流源等 1、给、给直接耦合放大器的直接耦合放大器的各级电路提供直流偏各级电路提供直流偏 置电流，以获得极其稳定的置电流，以获得极其稳定的Q点点。 2、作各种放大器的、作各种放大器的有源负载，以提高增益、有源负载，以提高增益、 增大动态范围增大动态范围。 代表符号代表符号 1 1、镜像电流源（基本型，普通型）、镜像电流源（基本型，普通型） 三极管三极管 T1、T2参数全同，参数全同， 镜像电流源镜

11、像电流源 其中：基准电流其中：基准电流 是稳定的，故输出电流是稳定的，故输出电流 也是稳定的。也是稳定的。 I2CIR ,2 2RC II 时，当 R VV I BECC R 且 IC2和IR是 21 BEBEBE VVV 21 BCC IIII2 R12 则： ) 2 1 ( 2CR II 2 2、精密镜像电流源、精密镜像电流源 精密镜像电流源和普通镜像电流源相比，其镜像精密镜像电流源和普通镜像电流源相比，其镜像 精度提高了精度提高了 倍。倍。 精密电流源精密电流源 电路中增加了T3 管， IIIIBREFCC312 3 12 IIBREF I IB3 B3 分流，比镜像电流源的 分流，比镜

12、像电流源的2 2I IB B 小小3 3倍。因此倍。因此I IC2 C2和 和I IREF REF之间的 之间的 镜像精度提高了镜像精度提高了 倍。倍。 3 1 3、微电流源微电流源 微电流源电路微电流源电路, ,接入接入Re2电阻得到一个比基准电流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。成放大器的前置级中。 微电流源 2121 2221 /ln/ln/ln ccTscTscT eEBEBEBE iiVIiVIiV RIVVV IC2 远小于IREF , 。 RVICCREF 当当R取取 几几k 时（

13、时（R不大，易于集成）不大，易于集成） IREF 为为mA量级，而量级，而I IC2C2可降至可降至 A A量级量级 的微电流源。且的微电流源。且I IC2C2 的稳定性也比的稳定性也比IREF 的稳定性好，的稳定性好，ro=rce（1+B）很大。）很大。 R e BE EC I R V II? 2 22 4 4、比例式电流源、比例式电流源 在镜像电流源电路的基础上，增加两个发射极电在镜像电流源电路的基础上，增加两个发射极电 阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系 ，即可构成比例电流源。，即可构成比例电流源。 比例式电流源比例式电流源 因两三极

14、管基极对地电位相等因两三极管基极对地电位相等， 2 1 1 2 1 2 1 2 e e C C C e e C R R I I I R R I，即 21BEBE VV因 222111eEBEeEBE RIVRIV 2211eEeE RIRI 5 5、多路电流源、多路电流源 通过一个基准电流源通过一个基准电流源I IREF REF稳定多个三极管的工作点电流 稳定多个三极管的工作点电流I IC1 C1、I IC2C2 ，即可构成多路电流源。，即可构成多路电流源。 例例6.1.1 6.1.1 已知各已知各BJTBJT的参数的参数、 V VBE BE数值相同，求多路电流源 数值相同，求多路电流源 电路

15、中的各电流源电路中的各电流源I IC1 C1 、 、 I IC2 C2 、 、 I IC3 C3 与基准电流 与基准电流 I IREF REF的关系式。 的关系式。 解： / BREFC III REFC II eREFeE RIRI 11eE RI 22eE RI 33eE RI , 1 11 e eREF EC R RI II , 2 22 e eREF EC R RI II 3 33 e eREF EC R RI II 当当IREF确定后，改变各确定后，改变各Re的阻值，就能获得不同比例的输出电流的阻值，就能获得不同比例的输出电流。 当较大时， 由于各管的、VBE相同， 改进型： 高输出

16、阻抗电流源高输出阻抗电流源 5 5、多、多 路电流路电流 源源 6.1.2 FET电流源电流源 1. MOSFET镜像电流源镜像电流源 当器件具有不同的宽长比时当器件具有不同的宽长比时 R VVV III GSSSDD REFD2O REF 11 22 O / / I LW LW I （ =0=0） ro= rds2 MOSFET基本镜像电路流基本镜像电路流 6.1.2 FET电流源电流源 1. MOSFET镜像电流源镜像电流源 2 T2GS22n 2 T2GS22n2D2 )( )()/( VVK VVKLWI 用用T3代替代替R，T1T3特性相同，特性相同， 且工作在放大区，当且工作在放大

17、区，当 =0时时，输出，输出 电流为电流为 常用的镜像电流源常用的镜像电流源 REF 11 22 D2 / / I LW LW I 2 T0GS0n0 D0REF )( VVK II 6.1.2 FET电流源电流源 2. MOSFET多路电流源多路电流源 REF 11 22 D2 / / I LW LW I REF 11 33 D3 / / I LW LW I REF 11 44 D4 / / I LW LW I 2 T0GS0n0 D0REF )( VVK II 1 1、要放大缓慢、要放大缓慢 变化的信号变化的信号 2 2、便于集成、便于集成ICIC 能不能加隔直电容能不能加隔直电容? ?

18、如何办? 温漂温漂 零点零点 漂移漂移 直直 接接 耦耦 合合问题问题? ? 1 1、直接耦合放大电路的特殊问题、直接耦合放大电路的特殊问题零点漂移零点漂移 u o 0 t 有时会将有时会将 有用信号有用信号 淹没！淹没！ 一、概述一、概述 直耦放大电路的特殊问题直耦放大电路的特殊问题零点漂移（零点漂移（P233第第2点点） （1）零漂现象）零漂现象： （2）产生零漂的原因）产生零漂的原因： （3）零漂的衡量方法：）零漂的衡量方法： 由由温度变化温度变化/管子老化管子老化/电源电压电源电压 波动引起的。波动引起的。当温度变化使第当温度变化使第 一级放大器的静态工作点发生一级放大器的静态工作点发

19、生 微小变化时，这种变化量会被微小变化时，这种变化量会被 后面的电路逐级放大，最终在后面的电路逐级放大，最终在 输出端产生较大的电压漂移。输出端产生较大的电压漂移。 因而零点漂移也叫因而零点漂移也叫温漂，其还温漂，其还 包括时漂包括时漂。 输入输入ui=0时，输出有缓慢时，输出有缓慢 变化的电压产生。变化的电压产生。 将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。 + + + - Re1 b1 R c1 R T 1 o u u i T V 2 CC Re2 VEE u o 0 t hVCV TA V V O 8/:,/,:时漂温漂 例如例如 100,= u

20、1 A 若输出有若输出有1 V的漂移的漂移 电压电压 。 则等效输入有则等效输入有100 uV的漂移电压的漂移电压 假设假设 第一级才是主第一级才是主 攻的关键！攻的关键！ 100= u2 A （4）减小零漂的措施）减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿 采用差动放大电路采用差动放大电路 10000= u A 漂移漂移 1 V 等效等效 100 uV + _ + _ + VCC u u c i1 i2 TT 1 2 R c R b R b R o u R EE e V （5）差动放大电路）差动放大电路抑制零漂的原理抑制零漂的原理 当当 ui1 = ui2 =0 时：时

21、： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时：当温度变化时： 设设T ic1 ,ic2 uc1 , uc2 uo= uc1 - uc2 = 0 （1 1）电路结构完全对称，零漂抑制能力强）电路结构完全对称，零漂抑制能力强 （2 2）差模小信号范围大，）差模小信号范围大，V Vid id28mv 28mv （3 3）双电源供电，）双电源供电，可使静态时，可使静态时，V VB B， 零直流输入。从而避免有静态电流流过零直流输入。从而避免有静态电流流过 信号源。信号源。 1、差动放大器特点：、差动放大器特点： 6.2差分式放大器差分式放大器 + _ + _ + VCC u u c i1 i2

22、 TT 1 2 R c R b R b R o u R EE e V 2、差放结构、差放结构 差分放大电路是由两个差分放大电路是由两个互互 为发射极耦合的为发射极耦合的共射极放大电路组成，共射极放大电路组成，T1， T2电路参数完全（电路参数完全（严格严格）对称）对称。 1）差模信号：）差模信号：是指在两个输入端是指在两个输入端 加幅度相等，极性相反的信号。加幅度相等，极性相反的信号。 2）共模信号）共模信号 ：是指在两个输入端是指在两个输入端 加幅度相等，极性相同的信号加幅度相等，极性相同的信号 21ii vv 21ii vv 用用Vid 表示表示 用用Vic 表示表示 基本型基本型 长尾电

23、路长尾电路 带射极恒流带射极恒流 源电路源电路 3、输入信号的分类、输入信号的分类 21iiic vvv 21ii vv 3）任意输入信号）任意输入信号 差分放大电路差分放大电路输入信号可以认为输入信号可以认为 是一对共模信号和一对差模信号组合。是一对共模信号和一对差模信号组合。 任意输入信号幅度、极性都是任意的，它可以分解为任意输入信号幅度、极性都是任意的，它可以分解为 一对差模信号和一对共模信号的组合：一对差模信号和一对共模信号的组合： 2 :, 22 2 :, 22 212121 2 212121 1 iiiiii i iiiiii i VVVVVV V VVVVVV V 量定义原始信号

24、的差模分 量定义原始信号的共模分 2121 21 2 21 1 21 21 2 , 2 2 iiididid ii id ii id ii icicic VVVVV VV V VV ：V VV VV：V 差模 共模 输出输出 icucidudo vAvAv 差模电压增益 共模电压增益共模电压增益 共模分量是差放必须抑制的信号共模分量是差放必须抑制的信号 差模分量是差放必须放大的信号差模分量是差放必须放大的信号 电路放大的是任意两个信号的差值，电路放大的是任意两个信号的差值， 不是任意信号不是任意信号 ，故叫差动放大电路故叫差动放大电路。 21 21 2 iiid ii ic VV：V VV ：

25、V 差模 共模？V，AmVV oVi 问已知若,5 vi1 vi2 线性放 大电路 vo 电路完全对称的理电路完全对称的理 想情况：想情况： )( 21iiVDo vvAv 差模电压增益差模电压增益 差模信号差模信号 id v 放大两个输入信号之差放大两个输入信号之差 差分放大电路的主要特点：差分放大电路的主要特点： 放大差模信号（放大差模信号（Avd很大），很大）， 抑制共模信号（抑制共模信号（Avc很小）。很小）。 4、差放电路的几种接法、差放电路的几种接法 输入端接法输入端接法 双端输入（浮地）双端输入（浮地） 从从 两输入端同时加信号。两输入端同时加信号。 单端输入单端输入：仅从一输入

26、端仅从一输入端对地对地加信号，另一加信号，另一b 极接地极接地 输出端接法输出端接法 双端输出（浮地）双端输出（浮地）从从C1 和和 C2输出。输出。 单端输出：单端输出： 从从C1或或C2 对地输出对地输出 不同的接法，放大性能有所不同，不同的接法，放大性能有所不同， 差分放大电路的类型也不同差分放大电路的类型也不同。 单入单入=双入双入 5.差动放大器的分类差动放大器的分类 差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式: 1）. 双端输入、双端输出（双端输入、双端输出（双入双出双入双出） 2）. 双端输入、单端输出（双端输入、单端输出（双入单出双入单出） 3）. 单端输入、

27、双端输出（单端输入、双端输出（单入双出单入双出） 4）. 单端输入、单端输出（单端输入、单端输出（单入单出单入单出） 主要讨论的问题有：主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数、共模电压放大倍数：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数： 差模输入、差模输入、 输出电阻输出电阻 共模输入、共模输入、 输出电阻输出电阻 uc ud CMR = A A K 长尾型差放长尾型差放 恒流源差放恒流源差放 e EE Re )(7 . 0 = R VV I 二二. .差动放大电路的基本工作原理差动放大电路的基本工作原理 （一）（一）. 静态工作点计算：静态工作点计算： 0= i2i1 uu 忽略Ib，有：Ub1=U

28、b2=0V ReCC2C1 2 1 =IIII CE2CE1 = UU )7 . 0( CCCC RIV C B2B1 I II0= C2C1O UUU + _ + _ + VCC u u c i1 i2 TT 1 2 R c R b R b R o u R EE e V 2021-6-14 恒流源型差放：恒流源型差放： 时，0 21 ii vv 静态分析静态分析 （二）动态分析（增益，输入输出电阻）（二）动态分析（增益，输入输出电阻） 当输入信号为零时，即当输入信号为零时，即 0 )(= 2/ 21 CCCCCE 0C21 CCo BE CC UUU VRIVV IIII 由于电路完全对称。

29、 差模信号差模信号 共模信号共模信号 cCQcCQ iIiiIi 22C11C , cCQCcCQC iIiiIi 2211 , ui1 i1=- =-ui2 i2 = =uid id/2 /2， 所以，所以，Re对差模交对差模交 流信号相当于短路。流信号相当于短路。 若若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不变，流过不变，流过Re的的 差模交流差模交流i=0 UE不变不变 uic ic=0 =0。 + + _ - - R RT + RbT CC 1 R EE u e b 2 V Rc c V + i2 u u i1 o id u 2 id u 2 - IRe E o2

30、 u + u o1 L R - - + - 2 + R E id b 2 T u T i1 id b 1 RR u cc + i2 2 u R u - u E u + o1 o u o2 差模等效电路及其性能差模等效电路及其性能 （1）差模电压增益）差模电压增益 be C i o ii oo id od VD r R v v vv vv v v A 1 1 21 21 2 2 A、双端输入、双端输出、双端输入、双端输出 B、双端输入、单端输出双端输入、单端输出 be C VD i o i o id o VD be C VD i o id o VD r R A V V V V V V A r R

31、 A V V V V A 22 1 22 22 1 2 1 1 2 22 2 1 11 1 加负载电阻加负载电阻RL be L VD r R A 2 / L CL R RR 式中： vi1 vi2 vo1vo2 差模交流等效电路 RcRc RL 21oo vv L RRc L R 加载， V Vi1 i1=-V=-Vi2i2 21cc ii Re对差模对差模 信号相当信号相当 于短路。于短路。 (2)(2)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电不论是单端输入还是双端输入，差模输入电 阻阻Rid是基本放大电路的两倍，相当于两部分是基本放大电路的两倍，相当于两部分 串联串

32、联。 be rR2 id (3)(3)差模输出电阻差模输出电阻 单端输出时，单端输出时， 双端输出时，双端输出时， co RR co 2RR （1 1）共模）共模电压增益电压增益 Avc A、双端输出时：、双端输出时：RL=（I=0） 0 21 vvv icococ vc A B、单端输出时：、单端输出时： o C o beic oc vc rr RR r R v v A 2 / 21 LL1 1 Avc越小，电路性能越好越小，电路性能越好。双出双出 利用电路完全对称性抑制零漂！利用电路完全对称性抑制零漂！ A Avc1 vc1越小， 越小，抑制抑制共模信号共模信号的能力越强。的能力越强。 单

33、端输出利用单端输出利用Re的负反馈作用抑制零漂！的负反馈作用抑制零漂！ 流过流过Re的共模交流的共模交流i=2ic，相当，相当 于每管于每管e极接上极接上2Re 或或2ro电阻电阻 2 2、加、加VicVic，共模等效电，共模等效电 路及性能分析路及性能分析 （3）共模）共模输出电阻输出电阻 单端输出时，单端输出时， 双端输出时，双端输出时， co RR co 2RR （2）共模）共模输入电阻输入电阻（相当于两部分并联相当于两部分并联） 2)1 ( 2 1 obeic rrR Ri与加与加Vic/Vid有关，与双端或单端输入方式无关有关，与双端或单端输入方式无关 Ro与双端（与双端（=2Rc）

34、或单端）或单端(=Rc)输出方式有关输出方式有关 (1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数AudAud 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： 差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结(P238(P238表表6.2.1)6.2.1) 双端输出时：双端输出时： be L c du ) 2 /( rR R R A b 单端输出时：单端输出时： be Lc ud 2 / rR RR A b (2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数AucAuc 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方

35、式有关： 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出时： 0 uc A o r R R R A 2 2 L e L uc (3)(3)差模输入电阻差模输入电阻(2(2倍关系倍关系) ) 不论是单端输入还是双端输入，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。是基本放大电路的两倍。 单端输出时：单端输出时： 双端输出时：双端输出时： co RR co 2RR beid 2rRR b (5)(5)输出电阻输出电阻 （4）共模共模输入电阻输入电阻（相当于两部分并联：（相当于两部分并联：1/2） 2)1 ( 2 1 obebic rrRR Ri与加与加Vic/

36、Vid有关，有关， 与双端或单端输入方与双端或单端输入方 式无关式无关 Ro与双端（与双端（=2Rc） 或单端或单端(=Rc)输出方输出方 式有关式有关 （5 5）共模抑制比（）共模抑制比（Common Mode Common Mode RejectionRejection） c d CMR v v A A K dBlg20 c d CMR v v A A K （2）单端输出时共模抑制比）单端输出时共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。是差分放大器的一个重要指标。 AAKvcvdCMR （1）双端输出时）双端输出时KCMR为无穷大为无穷大 )( 2 / 2 11

37、eEEo be o EE C be C vcvdCMR RRr r r R R r R AAK 输出方式 双端 单端 差模电压增益 共模电压增益 0 共模抑制比 差模输入电阻 共模输入电阻 输出电阻 be LC r RR2/ be LC r RR / 2 1 o LC r RR 2 / be o r r be r2 2)1 ( 2 1 obe rr C R2 C R 差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结(P238(P238表表6.2.1)6.2.1) 四四. 带恒流源的差动放大电路带恒流源的差动放大电路 根据共模抑制比公式：根据共模抑制比公式： beb e CMR rR R K

38、 加大加大Re，可以提高共模抑，可以提高共模抑 制比。为不增大负电源制比。为不增大负电源,为此为此 可用恒流源可用恒流源T3来代替来代替Re 。 等效很大的交流电阻等效很大的交流电阻rce， 直流电阻并不大。直流电阻并不大。 恒流源使共模放大倍数减小恒流源使共模放大倍数减小 ， ，而，而 不影响差模放大倍数不影响差模放大倍数 ，从而提高，从而提高 了共模抑制比。了共模抑制比。 +- + _ o V i2 u u R i1 + L u EE R R + 1 TT R CC b R R V c 2 c b 3 1 R R2 T3 be C r R EE C R R 2 + + + V CC R R

39、 b1 T e b2 R L R Ro c I 带恒流源的差动放大电路的计算：带恒流源的差动放大电路的计算： 静态工作点：静态工作点： + + _ - R RT + RbT CC 1 R EE u b 2 V Rc c V + i2 u u i1 o RL 3 R1 R2 T3 Ic3 A B )( EE 21 2 EEAB V RR R VU 3 AB C3 V7 . 0 R U I 2 C3 C2C1 I II 动态：动态： 恒流源等效电阻：恒流源等效电阻： o rr RRRr R rR )1 () / 1 ( ce 321be3 3 ce 等效 UCEQ1,2 = VCC ICQ1,2R

40、C -IbRb-0.7 + + + V CC R R b1 T e b2 R L R Ro c I 已知已知: : = 80, = 80, r rbb bb = 200 = 200 , , U UBEQ BEQ = 0.7 V, = 0.7 V, 试求试求: : 4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路 共模输入电阻共模输入电阻 Ric 1/2(rbe2(1)ro5) ro= (1)ro5 be o r r KCMR 6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路 1. CMOS差分式放大电路差分式放大电路 6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合

41、差分式放大电路 1. CMOS差分式放大电路差分式放大电路 双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益 id o1 i2i1 o2o1 d 2 v v vv vv v A ) /( 2 )/( o1o3 id m o1o3i1mo1 rrg rrg v vv 而而: : )/( )/( ds1ds3m o1o3md rrg rrgA v 所以：所以： 6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路 1. CMOS差分式放大电路差分式放大电路 单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益 vo2(id4- -id2)(ro2/ ro4) gm vid（ro2 / ro4） ) 2 ( 2 i

42、d m id m vv gg (ro2/ ro4) id o2 d v v v A gm(ro2 / ro4 ) 与双端输出相同与双端输出相同 end ( (4) )输出电阻输出电阻 Ro o R C T o I V R 0 e Cb Sbe bRIIRrI (P104图图3.5.2)由由KVL： bSS RRR/令 C eSbe e bI RRr R I 0 ce bC e CbTrIIRIIV eSbe e ce C T o RRr R r I V R 1 Coo RRR/ 输出电阻输出电阻 提高提高 了，即提高了电了，即提高了电 路的恒流特性。路的恒流特性。 )/( )/()( 21be

43、eeTb 21beeTcebTT RRrRRii RRrRiriiu )1 (1 ce eSbe e ce T T o r RRr R r I V R 可见有可见有Re,三极管电流源的内阻比三极管的输出电阻三极管电流源的内阻比三极管的输出电阻rce还要大。还要大。 可解出：可解出： (1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数AudAud 双端输出时：双端输出时： be L c du ) 2 /( rR R R A b 单端输出时：单端输出时： be Lc ud 2 / rR RR A b (2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数AucAuc 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出

44、时： 0 uc A o LC uc 2 / R RR A 二、动态分析二、动态分析 2,1 2,1 26 1200 EQ be I mV r ui1 V1 +VCC V2 RCRC u od ui2 uo 1 uo 2 V1V2 RC RC u od ui2 uC 1 uC 2 注意注意 (3)(3)差模输入电阻差模输入电阻( (相当于两部分串联，相当于两部分串联，2 2倍关系倍关系) ) 单端输出时，单端输出时， 双端输出时，双端输出时， co RR co 2RR beid 2rRR b (4)(4)输出电阻输出电阻 （4）共模共模输入电阻输入电阻（相当于两部分并联（相当于两部分并联1/2）

45、 2)1 ( 2 1 obebic rrRR （5 5）共模抑制比（）共模抑制比（Common Mode Common Mode RejectionRejection） （2）单端输出时共模抑制比 AAKvcvdCMR （1）双端输出时KCMR为无穷大 )1( 2 / 2 3 11 ceEEo be o EE C be C vcvdCMR rRr r r R R r R AAK ）（ 例例2： 80V.V BE 20 mA RR VV II EECC RCQ 2 . 4 7 . 5 24 23 4 mA. IIICQCQCQ 122 421 V VR I VVV EC CQ CCCEQCEQ

46、3 . 53 . 31 . 22 . 012 ) 2, 1 1 21 ( k rce 50 一、估算一、估算Q点：点： 二、动态分析：二、动态分析： k be IrEQ 3 . 11 . 22680300261300 1 2, 1 等效的发射极耦合电阻等效的发射极耦合电阻REE比例式电流源的输出电阻比例式电流源的输出电阻 k rRRceoEE 405050811 4 4 4 调零调零R 例例2： 48 02508131 553380 21 . ./. Rr R A Wbe L vd 1.双出双出（双入或单入）：（双入或单入）： 差模特性：差模特性： 把把直流电源、直流电源、Vic 都都短路短路

47、； RL 两臂各分一半两臂各分一半； 两臂的差模信号电流大两臂的差模信号电流大 小相等、方向相反，同小相等、方向相反，同 时流过时流过T4 时抵消，使时抵消，使T4 无差模电流、也无差模无差模电流、也无差模 电压电压，T4、 R1 可视作短可视作短 路路（或开路），（或开路）， 这里作短路处理；对于RW：两臂各分半。 k. RrRWbeid 656025081312212 k. RRco 662 画差模信号通路：画差模信号通路： 例例2： 画共模信号通路：把画共模信号通路：把直流电源、直流电源、Vid 都都短路短路；RL 两端共模信号电位相等，两端共模信号电位相等， 故其中无共模电流流过，故可

48、视作开故其中无共模电流流过，故可视作开 路；路；由于两臂的共模信号电流同时流由于两臂的共模信号电流同时流 过过T4 、R1，因此，把它等效到每管发，因此，把它等效到每管发 射极时，需用射极时，需用2REE表示。表示。RW影响略。影响略。 共模特性：共模特性：已算得已算得rbe,电流源的输出电流源的输出 电阻（等效的电阻（等效的REE）为）为4050k 。 1.双出双出（双入或单入）：（双入或单入）： 共模信号通路共模信号通路 A A K V V A vc vd CMR ic oc vc , 0 M RR r RWEE be ic 3282/4050281 2/)2/2(1 例例2： 2. 单出

49、单出-（双入或单入）：（双入或单入）： （1）差模特性：）差模特性： 差模信号通路 530 02508131 113380 2 1 212 1 . . /. Rr R A Wbe L vd k RrRWbeid 65. 6)025. 0813 . 1 (2 )21(2 k. RRco 33 例例2： 2/)2/2(1 RR r RWEE be ic 2. 单出单出-（双入或单入）：（双入或单入）： （2）共模特性）共模特性 0003. 0 40502 11/3 . 3 2 R R v v A EE L ic oc vc 10 5 0003. 0 5 .30 A A K vc vd CMR dB

50、og10020 10 5 k. RRco 33 传输特性：输出信号随输入信号的变化规律传输特性：输出信号随输入信号的变化规律 T BE V V EsE eIi ， T EB V VV EsE eIi )( 1 11 T EB V VV EsE eIi )( 2 22 21EE VV ， T BB V VV E E e i i )( 2 1 21 Iii EE 21 ，1 2 )( 2 2 21 E V VV E E i I e i iI T BB T BB V VV E e I i )( 2 21 1 ),(, 1 2, 1 )( 1 12 IVfi e I i idC V VV E T BB

51、 双曲线正切函数关系双曲线正切函数关系 P241 A,Q点，点，Vid=0,ic1=ic2=Io/2, B,加加Vid,ic1,ic2,增大量等于减少量增大量等于减少量 差分放大器只对差模电压产生影响：差分放大器只对差模电压产生影响： mVVVV TBB 26 21 , 差模传输特性曲线近似为直线。差模传输特性曲线近似为直线。 放大电路工作在放大区放大电路工作在放大区。 差放在大信号下，传输特性明显弯曲，而后趋水平，当差放在大信号下，传输特性明显弯曲，而后趋水平，当 Vid4VT, ic1,ic2保持不变，其中一管保持不变，其中一管ic趋向趋向0（截止），（截止）， 另一管另一管ic趋向饱和值

52、，恒流源趋向饱和值，恒流源Io全流入该管，差放电路进全流入该管，差放电路进 入饱和区，工作在非线性区，输出限幅，入饱和区，工作在非线性区，输出限幅，此时差放具有良此时差放具有良 好的限幅特性或电流开关特性。好的限幅特性或电流开关特性。 6.3集成电路运算放大器 运算放大器方框图 偏置电路及有源负载偏置电路及有源负载镜像恒流源镜像恒流源 +保护电路保护电路 二、三极管的分流二、三极管的分流 T1、T2 组成差分组成差分 放大器放大器 T3、T4组组 成复合管共成复合管共 射放大电路射放大电路 T5、T6组成两组成两 级射极跟随器构级射极跟随器构 成输出级，提高成输出级，提高 带负载能力带负载能力

53、 V1反相输入反相输入 端，端，v2同相同相 输入端输入端 P243图图6.3.2(a) 一、简单的集成电路运算放大器一、简单的集成电路运算放大器 2 2、动态分析：、动态分析： AVAV，Ri=Ri1,Ro=RonRi=Ri1,Ro=Ron 1. 偏置电路（偏置电路（Q点）：点）： 从恒流源入手，从恒流源入手，T8、R8和和T7构成差放的有源负载，构成差放的有源负载， 分析：分析： ,4 .13(),2/1,4 .102 20112, 11 kRRRkrR icbeid MRrrR bebei 9 .19)1 ()1 ( 444332 kRRo1 . 5 32 MRrRrR bebei 8

54、.20)1 ()1 ( 6665553 o cecebe o R rRrr RR 1 / / 9556 63 )1()()()1( , jSjojijL RRRR 335 32 vvvDv AAAA )(129 2 )( 2 1 22 1 单出 be i be L vD r RR r R A M9 .19)1 ()1 ( 4432 RrrR bebei 12 33 2 12 2 2 2 2 2 )( oi i oi i i L v RR RR RR R R R A 6 . 2 2 3 2 i R R ).( 1 3 CCA v )1()()()1( , jSjojijL RRRR 二二. 通用

55、型集成运放通用型集成运放F007 （P247（LM741） 输入级 偏置电路 中间级输出级 分析：分析： 1. 偏置电路（镜像恒流源电路）：偏置电路（镜像恒流源电路）： T12、R5和和T11构成了主偏置电路，产生基准电流构成了主偏置电路，产生基准电流： 5 1BE112BEEECC REF )( R UUVV I 其他偏置电流都与基准电流有关。其他偏置电流都与基准电流有关。 T10、T11和和R4组成微电流源，通过组成微电流源，通过T8和和T9组成的镜像电流源组成的镜像电流源 为差动输入级提供为差动输入级提供C，B极偏置电流。极偏置电流。 T12和和T13管构成管构成多支路电流源多支路电流源

56、。T13管是多集电极三极管，管是多集电极三极管， 其集电极电流和的大小比例为其集电极电流和的大小比例为3:1。B路作为中间级的有源路作为中间级的有源 负载。负载。A路为输出级提供偏置。路为输出级提供偏置。 2. 输入级：输入级： T1 、T2和和 T3 、T4管组成共集一共基复合差动输入电路。管组成共集一共基复合差动输入电路。 其中其中T1和和T2管作为射极输出器（管作为射极输出器（C.C），输入电阻高。），输入电阻高。 T5 、T6 、T7 和和R1 、R2 、R3组成具有基极补偿作用组成具有基极补偿作用 的镜像电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提的镜像电流源，作为差动输入级的有源负载，

57、可以提 高输入级的高输入级的KCMR。 它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能。 采用共模负反馈技术采用共模负反馈技术 3. 中间级：中间级： T16和和T17是复合管组成的共射放大电路，是复合管组成的共射放大电路，T 13B 作这一级作这一级 的集电级有源负载。的集电级有源负载。 T14和和T20管组成互补对称射级输出器，管组成互补对称射级输出器，T18、T19和和 R8为其提供静态偏置以克服交越失真。为其提供静态偏置以克服交越失真。 T15和和 R9保护保护T14管，使其在正向电流过大时不致烧坏。管，使其在正向电流过大时不致烧坏。 T21、T23、

58、T22管和管和 R10保护保护 T20管在负向电流过大时不管在负向电流过大时不 致烧坏。致烧坏。 4. 输出级：输出级： 5. 相位分析：相位分析： 用用“瞬时极性法瞬时极性法”判定，判定，3号腿为同相端；号腿为同相端；2号腿为反相端。号腿为反相端。 4.输出级输出级 工作原理：工作原理： ui为正半周时，为正半周时，T1管工作，管工作， T2管截止，输出管截止，输出uo为正；为正； ui为负半周时，为负半周时，T2管工作，管工作， T1管截止；输出管截止；输出uo为负。为负。 两管交替工作，在负载两管交替工作，在负载 电阻电阻RL上得到完整的正上得到完整的正 弦波。弦波。 （1）. 互补对称

59、射极输出电路互补对称射极输出电路 u u V CC VCC o i L R 输入输出波形图输入输出波形图 ui uo uo uo 交越失真交越失真 死区电压死区电压 u u V CC VCC o i L R （2）. 克服交越失真的互补推挽电路克服交越失真的互补推挽电路 静态时，静态时，T1、T2两管发射两管发射 结电压分别为二极管结电压分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致的正向导通压降，致 使两管均处于微弱导通使两管均处于微弱导通 状态，以消除交越失真。状态，以消除交越失真。 电路中增加电路中增加 D1、D2 工作原理工作原理 ： u u R o L i 2 R 1 D D2 V CC

60、 1 R V CC P247图图6.3.3(a)通用型通用型 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 1.输入失调电压输入失调电压UIO 在室温（在室温（25）及标准电源电压下，输入电）及标准电源电压下，输入电 压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，压为零时，为了使集成运放的输出电压为零， 在输入端加的补偿电压叫做失调电压在输入端加的补偿电压叫做失调电压VIO。一般约为。一般约为 （110）mV。超低失调运放为（。超低失调运放为（120） V。高精度。高精度 运放运放OP-117 VIO=4 V。MOSFET达达20 mV。 6.4 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数 2.输入失