第二十二讲运算放大器内部电路

1、1第5章上页下页返回第二十二讲第二十二讲 集成运算放大器集成运算放大器2007.5. 111.多极放大器的计算多极放大器的计算2.集成运算放大器的组成概述集成运算放大器的组成概述3.差分放大器差分放大器4.互补对称电路互补对称电路5.运放的基本特征运放的基本特征2RB1RC1C1C2RST1RB2RE 1+CEusVCCRB3RC2C3T2RLuo+第一级第一级第二级第二级以两级阻容耦合放大电路为例以两级阻容耦合放大电路为例3RB1RC1C1C2RST1RB2RE 1+CEusVCCRB3RC2C3T2RLuo+第一级第一级第二级第二级+RLiC2T2RB3RE2uORB2RCibT1RB1R

2、S+uSRE1.U0141. 电压放大倍数电压放大倍数RC1/ ri2Au1= 1rbe1Au2 = 2RC2/RLrbe22. 输入电阻输入电阻ri = ri1 = RB1 / RB2 / rbe1 3. 输出电阻输出电阻ro = ro2 = RC2 rbe1 RC1RLRB1RSRB3 rbe2 RB2RC2Uo1Ui2ri2USUiUoIb2 Ib1Ib1 Ib2Au = = = A2 A1 UOUiUOUO1UO1Ui+RLiC2T2RB3RE2uORB2RCibT1RB1RS+uSRE1.U015 例例3.2.13.2.1 多级阻容耦合放大电路的分析多级阻容耦合放大电路的分析+RLi

3、C2T2C3+RB3RE2+UCCuORB2RCibT1C2C1+RB1CERS+uSRE1RE1.U01+RLiC2T2RB3RE2uORB2RCibT1RB1RS+uSRE1.U016电压放大倍数电压放大倍数A1 = rbe1 +（1+1）RE11 （RC /ri2）ri1 = RB1/RB2/（1+1）RE1 ， rO2 = RE2/ rbe2 +（RB3/RC）1+2输入电阻输入电阻：ri = ri1 ， 输出电阻输出电阻：rO = rO2 ，Au = = = A2 A1 UOUiUOUO1UO1Ui，A2 = rbe2 +（1+2）（）（RE2/RL）2 （RE2/RL）+RLiC2

4、T2RB3RE2uORB2RCibT1RB1RS+uSRE1.U0175.1 集成运放的组成集成运放的组成5.1.1 概述5.1.2 集成运放的输入级电路差分放大电路5.1.3 集成运放的输出级电路互补对称电路5.1.4 集成运放的工作原理和图形符号返回第5章上页下页8u-u0中间级中间级输出级输出级偏置偏置 路电路电u+ui输入级输入级5.1.1 概述第5章上页下页返回 集成运放的组成框图9集成电路的特点第5章上页下页 在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此集成运放主要采用直接耦合。 运算放大器的输入级采用差分放大电路，其特点是输入电阻高、抗干扰能力强、零漂小。 在集成运算放大

5、器中往往用晶体管恒流源代替电阻。返回10上页下页返回RRB1C1uiuoTT12UCE1+UCCE2RRC2+ 前、后级静态工作点的相互影响直接耦合：频率特性好、便于集成直接耦合：频率特性好、便于集成直接耦合存在问题直接耦合存在问题5.1.2 集成运放的输入级电路差分放大电路差分放大电路11一、一、 差动放大电路差动放大电路（一）结构（一）结构: :对称性结构对称性结构即：即： 1= 2= VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb12 1. 1. 差动放大电路一般有两差动放大电路一般有两个输入端：个输入端：双端输入双端输入从两

6、输入端同从两输入端同时加信号。时加信号。单端输入单端输入仅从一个输入仅从一个输入端端对地对地加信号。加信号。 2. 2. 差分放大电路可以有两个输差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极出端，一个是集电极C1，另一个，另一个是集电极是集电极C2。双端输出双端输出从从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。二二. 几个基本概念几个基本概念133. 差模信号与共模信号与输入信号差模信号与共模信号与输入信号差模信号：差模信号：共模信号：共模信号：idodVD=vvA差模电压增益差模电压增益icocVC=vvA共模电压增益共模电压增益总输出电压总输出电压icVC

7、idVDocodo=vAvAvvv+=+VCVDCMR=AAK4. 共模抑制比共模抑制比i2i1id=vvv- -i2i1vv =-=-i2i1vv = =)(21=i2i1icvvv+ +14eEERe)(7 . 0=RVVI-三三. .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 1. 静态工作点的计算：静态工作点的计算：0=i2i1=vv 忽略Ib，有：Vb1=Vb2=0VReCC2C121=IIII=CE2CE1= VV)7 . 0(CCCC-=RIVCB1B1III=0=C2C1O=-VVV152.抑制零漂的原理抑制零漂的原理:vo= vC1 - vC2 = 0vo= (vC

8、1 + vC1 ) - (vC2 + vC2 ) = 0当当vi1 = vi2 = 0 时，时，当温度变化时：当温度变化时：vC1 = vC2 vC1 = vC216(1)(1)加入差模信号加入差模信号设：设： vi1i1=-=-vi2i2 = =vidid/2/2，vicic=0=0。3.3.电路的动态分析电路的动态分析 Re上电压恒定上电压恒定,恒定的电压恒定的电压( (类类似于工作点稳定电路射极旁路电似于工作点稳定电路射极旁路电容电压容电压),),对差模信号相当于短路对差模信号相当于短路. .设设vi1 ,vi2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 = - ie2 IRe不变不变

9、 VE不变不变旁路电容短路 的两种解释17beLcd)2/(rRRRAbv+-=其等效电路为：其等效电路为： 因为因为vi1 =- vi2设设vi1 ,vi2 vo1 ,vo2 。由于电路对称由于电路对称 vo1 = vo2 vo= vo1 vo2=-2 vo1 差模电压放大倍数差模电压放大倍数 2i1 iOdvvvAv-=1 iO122vv=1 iO1vv=差模输入电阻差模输入电阻beid2rRRb+=输出电阻输出电阻co2RR =18(2)(2)加入共模信号加入共模信号设：设： vi1i1= =vi2i2 = =vicic，vidid=0=0。设设vi1 ， vi2 ，使，使vo1 ， v

10、o2 。因因vi1 = vi2， vo1 = vo2 vo= 0 (理想化理想化)。共模电压放大倍数共模电压放大倍数 0=vcARE大，电流大，电流变化很小变化很小RE越大、抑制共模信号的能力越强越大、抑制共模信号的能力越强19+UCCRBRLRCRCT1T2C1C2ui2+uiui1+UZR2T3B3iB3iC3DZu01u02+E+u0UEER1RRRB4.带恒流源差动放大器带恒流源差动放大器20第5章上页下页返回3.3.差分放大电路的共模放大倍数差分放大电路的共模放大倍数 +UCCRBRLRCRCT1T2C1C2ui2+uiui1+UZR2T3B3iB3iC3DZu01u02+E+u0U

11、EER1RRRB共模输入：共模输入：输出输出 uo1C = uo2CKCMR = AdAc共模抑制比共模抑制比大小相等，极性相同大小相等，极性相同 。ui1 =ui2 双端输出时双端输出时Auc = 0uiCuO1C uO2C21单端输入单端输入- -单端输出单端输出注意放大倍数计算注意放大倍数计算第5章5.5.差分放大电路的输入输出方式差分放大电路的输入输出方式 双端输入双端输入- -单端输出单端输出单端输入单端输入- -双端输出双端输出+UCCRCT1T2+_uiUEE_IS+_u0RLRCRBRBu0+_ui+_RCRC+UCCRBRBISUEE_u0+_uiRCRC+UCCRBRBISUEE_+_22ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型型PNP型型5.1.3 集成运放的输出级电路互补对称电路互补对称电路+PNP+输入为零时无电流输入为零时无电流23+UCCR1R2RLT1T2BiC1iC2uOiOUCC特点：T