电子与电路第7章

1、7.1 概概 述述 7.2 差动式放大电路差动式放大电路 7.3 电流源电路电流源电路7.4 集成运算放大器集成运算放大器第第7章集成运算放大器章集成运算放大器 集成电路集成电路( Integrated circuit缩写为缩写为IC )是应用半导体制造工艺是应用半导体制造工艺把晶体管、场效应管、把晶体管、场效应管、电阻、小容量电容等许多元器件以及它们之电阻、小容量电容等许多元器件以及它们之间的连线都做在同一硅片上间的连线都做在同一硅片上，然后，然后封装在管封装在管壳里。壳里。这样制成的具有特定功能的电子电路这样制成的具有特定功能的电子电路称为集成电路。称为集成电路。 特点：特点：体积小、重量

2、轻、性能好、功耗体积小、重量轻、性能好、功耗低、可靠性高。低、可靠性高。7.1.1集成电路简介集成电路简介7.1 概概 述述 集成电路按功能可分为集成电路按功能可分为模拟集成电路模拟集成电路和和数字集成电路数字集成电路两大类。两大类。 模拟集成电路按其特点分为模拟集成电路按其特点分为集成运算集成运算放大器、集成稳压器、集成功率放大器放大器、集成稳压器、集成功率放大器等。等。7.1.2 集成电路集成电路分类分类 由于制造由于制造工艺工艺方面的原因，模拟集成方面的原因，模拟集成电路具有下面一些电路具有下面一些特点特点： 1 采用直接耦合方式。采用直接耦合方式。 2 采用差动放大电路。采用差动放大电

3、路。 3 用恒流源代替大阻值的电阻。用恒流源代替大阻值的电阻。 4 采用复合管的接法以改进单管的性能。采用复合管的接法以改进单管的性能。 5 集成电路中的元件性能一致，特别适宜集成电路中的元件性能一致，特别适宜于制作对称结构的电路。于制作对称结构的电路。7.1.3 模拟集成电路的结构特点模拟集成电路的结构特点 集成运算放大器集成运算放大器是一种高放大倍数的直是一种高放大倍数的直接耦合多级放大器。接耦合多级放大器。 直接耦合方式的放大电路存在着直接耦合方式的放大电路存在着温漂问温漂问题题，在多级放大器中，第一级的温漂影，在多级放大器中，第一级的温漂影响尤其严重，因此必须采取措施有效地响尤其严重，

4、因此必须采取措施有效地抑制温漂。抑制温漂。 输 入 级 大 多 采 用输 入 级 大 多 采 用 差 动 式 放 大 电 路差 动 式 放 大 电 路(Differential Amplifier)7.2 差动式放大电路差动式放大电路UO7.2.1 基本差动放大电路基本差动放大电路T1T2UC1+图图7.1 基本差动放大电路基本差动放大电路+Rs1+VCCUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2UI2+_- 组成：组成：由两个相由两个相同的共射单管放同的共射单管放大电路组成。大电路组成。 输入：输入：从两个管子从两个管子基极，称为基极，称为双端输入双端输入方式方式。 输出：输出：从两个管子从

5、两个管子集电极之间取出，集电极之间取出，UO=UC1UC2，称，称为为双端输出方式双端输出方式。1. 工作原理工作原理UC1+图图7.1 基本差动放大电路基本差动放大电路+Rs1+VCCUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2UI2UO+_T1T2- 条件条件：T1和和T2特性完全一致，特性完全一致，Rs1=Rs2，Rb1=Rb2，Rc1=Rc2， 即即两边电路是两边电路是完全对称的。完全对称的。UI1=UI2 = 0，两管集电极静态两管集电极静态值值UC1=UC2，输出，输出电压电压UO=0。UC1+图图7.1 基本差动放大电路基本差动放大电路+Rs1+VCCUI1Rs2Rb1Rc1Rc2

6、Rb2UC2UI2UO+_T1T2-(1)静态分析静态分析当当T() UC1下降了下降了UC1，UC2下降了下降了UC2。由 于 电 路 对 称 ，由 于 电 路 对 称 ， UC1=UC2Ic1Ic2 输入大小相等，极输入大小相等，极性相同的信号，即性相同的信号，即UI1=UI2 共模共模信号信号UI C =UI 1 =UI2 。所以所以UO=(UC1UC1)(UC2UC2) = 0，即，即输出电压输出电压没有温漂没有温漂。UC1+图图7.1 基本差动放大电路基本差动放大电路+Rs1+VCCUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2UI2UO+_T1T2-(2)动态分析动态分析（共模输入）（

7、共模输入）UC1和和UC2的变化相的变化相同，因此输出电压同，因此输出电压UOC=0。 共模电压放大倍共模电压放大倍数数(Common-mode Gain)：当：当输入共模信号时，输入共模信号时，共 模 输 出 电 压共 模 输 出 电 压UOC与输入电与输入电压压UIC之比之比 。UC1+图图7.1 基本差动放大电路基本差动放大电路+Rs1+VCCUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2UI2UO+_T1T2-ICOCucUUA电 路 在电 路 在 理 想理 想对称情况下对称情况下，双端输出时，双端输出时，Auc=0。可 抑 制 共 模可 抑 制 共 模信号。信号。用用Auc表示。表示。U

8、C1+图图7.1 基本差动放大电路基本差动放大电路+Rs1+VCCUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2UI2UO+_T1T2- 差动放大差动放大电路要放大信电路要放大信号时，输入信号时，输入信号号UI应加在应加在B1、B2两个输两个输入端上入端上，如图，如图7.2所示。所示。UI=UI1 UI2+VCC+UO_Rb1Rc1UIUI1Rs1Rs2Rc2Rb2B1B2UI2+_+_T1T27.2 差模输入差动放大电路差模输入差动放大电路(3)动态分析动态分析（差模输入）（差模输入）在两边电路完全在两边电路完全对称的条件下，对称的条件下，输入信号输入信号UI相相当于在两边电路当于在两边电路的输

9、入端均分，的输入端均分，因此因此UIUI+VCC+UO_Rb1Rc1UIRs1Rs2Rc2Rb2B1B2+_+_T1T27.2 差模输入差动放大电路差模输入差动放大电路UI1=UI/2，UI2=UI/2。/2/2T1和和T2的输入的输入电压电压UI1和和UI2大小相等，大小相等，极性相反极性相反, ,此时此时的输入信号的输入信号UI称为差模信号称为差模信号(Difference-mode Signal)，记为，记为UId。UId=UI1UI2。UI1UI2+VCC+UO_Rb1Rc1UIRs1Rs2Rc2Rb2B1B2+_+_T1T27.2 差模输入差动放大电路差模输入差动放大电路在差模信号作

10、用在差模信号作用下，两管的电流和下，两管的电流和集电极电位变化相集电极电位变化相反。反。当当UI为正时，为正时，UI10，UC10 +VCC+UO_Rb1Rc1UIUI1Rs1Rs2Rc2Rb2B1B2UI2+_+_T1T27.2 差模输入差动放大电路差模输入差动放大电路UI2=UI/2， UI2 0。在两边电路完在两边电路完全对称的条件下，全对称的条件下，UC1=-UC2。+VCC+UO_Rb1Rc1UIUI1Rs1Rs2Rc2Rb2B1B2UI2+_+_T1T27.2 差模输入差动放大电路差模输入差动放大电路UO=(UC1+UC1)(UC2+UC2)=2UC1=2UC2。因此，当因此，当U

11、I0时，时，UO0； 当当UI0。差动放大电路对共模信号无放大作用。差动放大电路对共模信号无放大作用。电路只对电路只对差模信号差模信号才起放大作用，故称才起放大作用，故称为差动放大电路为差动放大电路(Difference-mode Gain)。2.差模放大倍数差模放大倍数 输入差模信号时，输入差模信号时，Rs1+图图7.3差模输入差动放大电路交流通路差模输入差动放大电路交流通路Rb2_+Rs2UOdUIdUI1UI2Rb1Rc1Rc2T1T2+_差模输出电压差模输出电压UOd与差模输与差模输入电压入电压UId之比之比称为称为差模电压放差模电压放大倍数大倍数，用，用Aud来表示。来表示。IdOd

12、udUUA根据根据图图7.3可得在可得在输入差模电压的输入差模电压的作用下，作用下，每边管子的输出每边管子的输出电压为：电压为：U1IdU1I1C121AUAUUU2IdU2I2C221AUAUURs1+图图7.3差模输入差动放大电路交流通路差模输入差动放大电路交流通路Rb2_+Rs2UOdUIdUI1UI2Rb1Rc1Rc2T1T2+_C2U+_C1U+_因为电路对称因为电路对称Au1=Au2，所以，所以总的输出电压总的输出电压U2IdU1IdU2IdU1IdC2C1Od2121AUAUAUAUUUURs1+图图7.3差模输入差动放大电路交流通路差模输入差动放大电路交流通路Rb2_+Rs2U

13、IdUI1UI2Rb1Rc1Rc2T1T2+UOd+_u2u1IdOdudAAUUA得到差模放大得到差模放大倍数为倍数为 ：Rs1+图图7.3差模输入差动放大电路交流通路差模输入差动放大电路交流通路Rb2_+Rs2UOdUIdUI1UI2Rb1Rc1Rc2T1T2+_(1).不易实现电路的完全对称现。不易实现电路的完全对称现。3.存在问题存在问题 (3).无论单端还是双端输出无论单端还是双端输出,严重的温漂会严重的温漂会使本级静态工作点进入饱和或截止区使本级静态工作点进入饱和或截止区,使放使放大电路不能正常工作大电路不能正常工作.(2).在实际工程中，常要求单端输出信在实际工程中，常要求单端输

14、出信号，不能抑制零漂。号，不能抑制零漂。1.1.射极公共电阻射极公共电阻的作的作用用 由于温漂可以等由于温漂可以等效为输入端加共效为输入端加共模信号，因此首模信号，因此首先分析先分析射极公共射极公共电阻电阻Re对共模信对共模信号的抑制作用号的抑制作用。7.2.2 具有射极公共电阻的差放电路具有射极公共电阻的差放电路Rc2UI1UERs1Rs2RLRc1IE1+IE2UO+_UI2+_T1T2VCCIE1IE2VEE图图7.4具有射极公共电阻的差放电路具有射极公共电阻的差放电路_ReTIC1IC2UBE2利用电流负反馈抑制温漂，共模信号时利用电流负反馈抑制温漂，共模信号时(或温或温度升高时度升高

15、时)，单管中的发射极电流为，单管中的发射极电流为IEQ+IE，那么流过电阻那么流过电阻Re的电流即为的电流即为IRe=2IEQ+2IE (IE1+IE2)URe=(IE1+IE2)Re UEUBE1 IB1 IC1 IB2 IC2Re上的电压降上的电压降为：为： URe=(2IEQ+2IE)Re=(IEQ+IE)2Re 从电压等效从电压等效的观点出发，的观点出发，每个管子的每个管子的发射极相当发射极相当于接入了于接入了2Re，如图如图7.5所示。所示。 2Re2ReRs2+VCCRs1RLRc1Rc2UO+UIC+_T1T2-VEE图图 7.5 输入共模信号输入共模信号+UIC_ 根据图根据图

16、7.6示交示交流通路可知，流通路可知，每边电路对共每边电路对共模信号模信号UIC的的放大倍数为放大倍数为:ICOC1uc1UUAICOC2uc2UUAUICUIC_UOC_UOC1UOC2Rs1Rs22Re12Re2Rc1Rc2RLT1T2+_+图图7.6 输入共模信号的交流通路输入共模信号的交流通路 负 载 电 阻负 载 电 阻RL中没有电中没有电流 流 过 ， 视流 流 过 ， 视为为开路开路。ebescuc2uc12)1 (RrRRAARL_UICUICUOC_UOC1UOC2Rs1Rs22Re12Re2Rc1Rc2T1T2+_+图图7-6输入共模信号的交流通路输入共模信号的交流通路 从

17、上式中可见，从上式中可见，Re使每边共模放大倍使每边共模放大倍数显著下降，即数显著下降，即Re对共模信号有很强的对共模信号有很强的抑制作用抑制作用，Re越大，负反馈的作用越强，越大，负反馈的作用越强，每管的漂移越小，则抑制共模信号的作每管的漂移越小，则抑制共模信号的作用就越强。用就越强。 在差模信号作在差模信号作用下，两管得到用下，两管得到大小相等、极性大小相等、极性相反的输入信号，相反的输入信号，于是一管电流增于是一管电流增大，另一管电流大，另一管电流减小，且变化量减小，且变化量相等相等, Re对差模信号的对差模信号的放大倍数的影响放大倍数的影响:Rc2UI1UERs1Rs2RLRc1ReI

18、E1+IE2UO+_UI2+_T1T2VCCIE1IE2VEE图图7.4具有射极公共电阻的差放电路具有射极公共电阻的差放电路_IE2+IE2即即Re上的总电流不上的总电流不变变，仍为仍为2IEQ，在，在Re上没有上没有信号压降信号压降。因而两管电流之和因而两管电流之和不变，不变，故不会影响差故不会影响差模放大倍数。模放大倍数。IE1+IE2IE1+IE1Rc2UI1UERs1Rs2RLRc1ReUO+_UI2+_T1T2VCCVEE图图7.4具有射极公共电阻的差放电路具有射极公共电阻的差放电路_所以对差模信号而所以对差模信号而言，言，Re如同短路，如同短路，2.2.电路的计算分析电路的计算分析

19、由于电路两边由于电路两边参数完全对称，参数完全对称，Rc2UI1UERs1Rs2RLRc1ReIE1+IE2UO+_UI2+_T1T2VCCIE1IE2VEE图图7.4具有射极公共电阻的差放电路具有射极公共电阻的差放电路_即即T1和和T2特性一特性一致，致， Rc1=Rc2=Rc，Rs1=Rs2=Rs。(1)计算静态工作点计算静态工作点 在在UI1=UI2=0时，时，IE1=IE2=IE，由图，由图 7.4 得出得出VEE=IBRs+2IER+UBE通常有通常有IBRs 1，则，则 IC1=IC2=ICIE CB2B1IIIUCE1 = UCE2 = UCE = VCC+VEE-ICRc-2I

20、ERc(2)计算差模放大倍数计算差模放大倍数对差模信号对差模信号Re可视为短路可视为短路，在信号幅度不在信号幅度不太大的条件下，太大的条件下，仍可用仍可用h参数参数微变等效电路微变等效电路计算，其差模计算，其差模微变等效电路微变等效电路如图如图7.7所示。所示。+_+Rs1Rs2rbe1rbe2Rc1Rc2UIdUI1UI2IB1IB21IB12IB2图图7.7 差模微变等效电路差模微变等效电路+_+RL/2UC1UC2UOdRL/2RL对 交对 交流 信 号 而流 信 号 而言 ， 其 中言 ， 其 中心 相 当 于心 相 当 于接 地接 地 ， 每， 每边接边接 RL/2 的 负 载 电的

21、 负 载 电阻。这时阻。这时RL/2RL/2+_+Rs1Rs2rbe1rbe2Rc1Rc2UIdUI1UI2IB1IB21IB12IB2图图7.7 差模微变等效电路差模微变等效电路+_+UC1UC2UOdbesLcIdOdud)2/(rRRRUUA(3)计算差模输入电阻和输出电阻计算差模输入电阻和输出电阻+_+Rs1Rs2rbe1rbe2Rc1Rc2UIdUI1UI2IB1IB21IB12IB2图图7.7 差模微变等效电路差模微变等效电路+_+RL/2UC1UC2UOdRL/2差模输入电阻差模输入电阻是从是从差模输入差模输入信号两端向放信号两端向放大器看入的动大器看入的动态电阻态电阻，显然，显

22、然它等于半边电它等于半边电路输入电阻的路输入电阻的两倍，即两倍，即Rid = 2(Rs + rbe)Rid+_+Rs1Rs2rbe1rbe2Rc1Rc2UIdUI1UI2IB1IB21IB12IB2图图7.7 差模微变等效电路差模微变等效电路+_+RL/2UC1UC2UOdRL/2输出电阻为输出电阻为Rod = 2RcRod 射极公共电阻射极公共电阻Re越大越大，抑制共模信号的能抑制共模信号的能力就越强力就越强维持静态工作点的维持静态工作点的电源电源VEE相应相应增大增大。 大电阻在集成电路中不易制作。大电阻在集成电路中不易制作。 为此希望有这样一种器件，为此希望有这样一种器件，它的交流它的交

23、流等效电阻很大等效电阻很大，直流电压降却不太大直流电压降却不太大。恒恒流源流源就具有这种性能。就具有这种性能。7.2.3 具有恒流源的差放电路具有恒流源的差放电路 回想第五章中稳定工作点电路回想第五章中稳定工作点电路,射极射极串有电阻串有电阻Re后，输出特性更为平坦，即后，输出特性更为平坦，即在放大区很大范围在放大区很大范围内内iC基本上取决于基本上取决于iB的的值而与值而与uCE的大小无关，相当于一个内阻的大小无关，相当于一个内阻非常大的电流源。非常大的电流源。iCiCuCEUCEuCEICCCECEIURCCEceiurrceRCE这样就得到了这样就得到了如图如图7.8所示电所示电路。路。

24、因此可利用稳因此可利用稳定工作点电路定工作点电路来代替来代替Re。图图7-8具有恒流源的差放电路具有恒流源的差放电路+Rs2T1_+VCCUI1Rs1Rc1Rc2UI2UO+_T2-VEEIc3R1Re3R2e3BE3221EECCC3)(RURRRVVI将电流源将电流源简化简化为为内阻无限大的恒内阻无限大的恒流源流源(Constant Current Source)的电路如图的电路如图7.9所所示。示。 Ic3_-VEE_+VCCRs2Rc1Rc2UOUI2+UI1+_T1T2Rs17.9 具有恒流源的差放电路的简化电路具有恒流源的差放电路的简化电路 在图在图7.10中，中，D1和和D2为温

25、为温度 补 偿 二 极度 补 偿 二 极管 ， 设 其 正管 ， 设 其 正向 压 降 为向 压 降 为UD=0.7V，T1、T2、T3管的管的 = 5 0 ，UBE=0.7V，例例7.2+12VT110k100100+VCCRsRsRcRcR1UO+T2RE_UI1UI2_RE2k2k10k10k68kRL-12V20k-VEE图图7.10具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路Re3R2D1D25.1kT3其它参数如其它参数如图图7.10所示。所示。试计算：试计算：静态工作点；静态工作点；差模电压差模电压放大倍数；放大倍数；差模输入差模输入电阻和输出电阻和输出电阻。电阻。+12VT

26、110k100100+VCCRsRsRcRcR1UO+T2RE_UI1UI2_RE2k2k10k10k68kRL-12V20k-VEE图图7.10具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路Re3R2D1D25.1k+12VT110k100100+VCCRsRsRcRcR1UO+T2RE_UI1UI2_RE2k2k10k10k68kRL-12V20k-VEE图图7.10具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路Re3R2D1D25.1k解解： 静态工作静态工作点的计算点的计算)V(46. 5124 . 120686 .2220)(EED2D1D2D1EECC212B3VUUUUVVR

27、RRU+12VT110k100100+VCCRsRsRcRcR1UO+T2RE_UI1UI2_RE2k2k10k10k68kRL-12V20k-VEE图图7.10具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路Re3R2D1D25.1k)mA(14. 11 . 57 . 01246. 5E3BE3EEB3E3C3RUVUII)mA(57. 021C3C2C1III)A(4 .11)mA(0114. 05057. 0C3B2B1IIIUC1 = UC2 = VCC-ICRc = 12-0.5710 = 6.3(V)若忽略若忽略Rs和和RE上的静态压降，则上的静态压降，则UC3UE1 = UE2

28、= - 0.7(V)UE3 = UB3 -UBE3 = -5.46-0.7 = - 6.16(V)UCE1 =UCE2 =UC1-UE1 = 6.3+0.7 = 7(V)UCE3 =UC3 -UE3 = -0.7 + 6.16 = 5.46(V)差模放大倍数差模放大倍数 )k(6 . 257. 0265130026)1 (300E3be2be1Irr2 .171 . 0506 . 22)5/10(50)1 ()2/(EbesLcUdRrRRRA输出电阻为：输出电阻为： Ro = Rc = 20(k)差模输入电阻和输出电阻差模输入电阻和输出电阻 差模输入电阻为：差模输入电阻为： Rid = 2R

29、s + rbe + (1+)RE = 2(2 + 2.6 + 510.1) = 19.4(k)7.2.4共模抑制比和其模输入电压范围共模抑制比和其模输入电压范围 差动放大电路放大的信号是差模输入信差动放大电路放大的信号是差模输入信号。号。 共模信号是外界客观存在的。共模信号是外界客观存在的。 实际上差动放大电路的输入信号常是实际上差动放大电路的输入信号常是既既有差模成分又有共模成分有差模成分又有共模成分。设差放的两个输入端对地的信号电压为设差放的两个输入端对地的信号电压为UI1和和UI2。那么差模输入电压。那么差模输入电压UId可可以表示为二者之差。以表示为二者之差。 UId =UI1-UI2

30、 共模输入电压共模输入电压UIC为二者的算术平均值：为二者的算术平均值：2I2I1ICUUU实际的每个输入端的信号电压相当于实际的每个输入端的信号电压相当于每一边的差模输入信号和共模输入信每一边的差模输入信号和共模输入信号的叠加。即：号的叠加。即：2IdICI1UUU2IdICI2UUU当差动放大电路在小信号范围内工作时，当差动放大电路在小信号范围内工作时，按照叠加原理，可得输出电压按照叠加原理，可得输出电压UO为为: 式中式中UOd为差模输出电压，即为经放大为差模输出电压，即为经放大后输出的信号电压；后输出的信号电压； UOc为共模输出电压，即为误差电压，为共模输出电压，即为误差电压，应当加

31、以抑制。应当加以抑制。UO =UOd+UOc = AUdUId + AUcUIC实际电路不是完全对称，或者单端输出的实际电路不是完全对称，或者单端输出的形式，则形式，则Auc0，输出电压，输出电压UO中包含中包含UOc，即误差电压成分。即误差电压成分。一个性能良好的差放，其共模放大倍数应一个性能良好的差放，其共模放大倍数应非常低，能够有效地抑制共模信号非常低，能够有效地抑制共模信号。若差放电路是理想对称的，而且是双端若差放电路是理想对称的，而且是双端输出的形式，那么输出的形式，那么Auc=0，输出电压，输出电压UO=UOd。 定 义 共 模 抑 制 比定 义 共 模 抑 制 比 ( C o m

32、 m o n - m o d e Rejection Ratio 简称简称KCMR)为为:用分贝为单位表示为用分贝为单位表示为ucudCMRAAKucudCMRlg20)dB(AAK怎样衡量差放电路抑制共模信号的能力怎样衡量差放电路抑制共模信号的能力共模抑制比共模抑制比。 共模抑制比共模抑制比KCMR 实际的差动放大电路，在输入共模电压实际的差动放大电路，在输入共模电压超过某一定值时，将影响差分对管的工超过某一定值时，将影响差分对管的工作状态，共模抑制比会下降，甚至不能作状态，共模抑制比会下降，甚至不能正常工作，因此必须限制输入共模电压正常工作，因此必须限制输入共模电压的大小。的大小。 在共模

33、抑制比不低于规定值的条件下，在共模抑制比不低于规定值的条件下，允许输入的最大共模电压，称为共模输允许输入的最大共模电压，称为共模输入电压范围。入电压范围。 1.1.失调电压失调电压(Offset Voltage)和失调电流和失调电流(Offset Current) 7.2.5失调和调零失调和调零实际的差放，由于两边的管子特性和电阻参实际的差放，由于两边的管子特性和电阻参数不可能理想对称、输入为零时输出一般不数不可能理想对称、输入为零时输出一般不为零。这种现象称为放大电路的为零。这种现象称为放大电路的失调失调。放大电路的失调程度可以用放大电路的失调程度可以用输入端的失调输入端的失调电压和失调电流

34、电压和失调电流两个参数来表示，也就是说，两个参数来表示，也就是说，可以把放大电路输出的失调看成是在输入端可以把放大电路输出的失调看成是在输入端加一个输入电压和一个输入电流的结果。加一个输入电压和一个输入电流的结果。 图图7.11表示一表示一个有失调的实个有失调的实际差放电路，际差放电路，把它等效成图把它等效成图 7.12电路，其电路，其中中虚线框内表虚线框内表示一个理想的示一个理想的差动电路差动电路。UI2IB1IB2UO+_T2-VEE+VCCRc1Rc2ReT1UI1图图7.11有失调的放大器有失调的放大器 B2+B1+UI+_UO=0时时 UI0 IB1IB2IB1=IB1-IIO/2

35、=(IB1+IB2)/2 =IB2+IIO/2=IB2UO=0时时UI=0IB1=IB2IIO=IB1-IB2IB1_UO-VEE+VCCRc1Rc2UIReT1T2IB2B1B2UIIIO/2+IB2UIO+IB1_图图7.12等效的放大器等效的放大器 由于实际差放电路不对称，因此存在失由于实际差放电路不对称，因此存在失调电压和失调电流。调电压和失调电流。输入失调电流输入失调电流IIO：使放大器：使放大器UO=0时，两时，两个输入端的偏置电流之差。个输入端的偏置电流之差。输入失调电压输入失调电压UIO：使放大电路使放大电路UO=0时输入端所需的补偿电压；时输入端所需的补偿电压；2.2.调零电

36、路调零电路 实际的差动放大电路都存在失调电压和实际的差动放大电路都存在失调电压和失调电流。因此，实用的电路中都设计失调电流。因此，实用的电路中都设计有调零装置，人为地将放大电路调到零有调零装置，人为地将放大电路调到零输入时输出也为零。下面给出几种常用输入时输出也为零。下面给出几种常用的调零电路。的调零电路。图图7.13(a)调节调节Rw，改变改变IC1和和IC2。设。设输入为零时，输入为零时，Uo为正，则为正，则Rw的滑的滑动端向左移，动端向左移，IC1，IC2，Uo0。Rw几百欧姆几百欧姆T2_UO+VCC-VEERc1Rc2ReT1Rw7.13(a) 发射极调零发射极调零7.13(b)改变

37、改变Rw，改变改变Rc，Uo为正，为正，Rw向右移，向右移，Rc1，UC1Uo0。T2_UO+VCC-VEERc1Rc2ReT1Rw图图7.13(b) 集电极调零集电极调零调 节 图调 节 图 7 . 1 3（c）中）中 Rw，改变改变UB2，就，就是调节输入给是调节输入给T2管基极的补管基极的补偿电压的极性偿电压的极性和大小，等于和大小，等于加上加上UIO，从，从而使而使Uo0。+VCCVBBRRT2_UO-VEERc1Rc2ReT1Rw+图图7.13(c) 基极调零基极调零7.2.6 差动放大电路的四种接法差动放大电路的四种接法 差动放大电路一般情况下的输入信号和差动放大电路一般情况下的输

38、入信号和输出信号输出信号 输入信号：输入信号：差模：差模：UId =UI1-UI2 共模：共模：2I2I1ICUUU每一边实际输入每一边实际输入：2IdICI1UUU2IdICI2UUU 四种连接方式： 双端输入双端输出；双端输入双端输出； 双端输入单端输出；双端输入单端输出； 单端输入双端输出单端输入双端输出 单端输入单端输出。单端输入单端输出。实际输出：实际输出：UO =UOd+UOc = AUdUId + AUcUIC 双端输入、双端输出电路的双端输入、双端输出电路的差模放大倍数为：为：输入电阻输入电阻：Rid = 2(Rs+rbe) 输出电阻输出电阻：Rod = 2RcbesLcIdO

39、dud)2/(rRRRUUA共模放大倍数为：共模放大倍数为：Auc=01.双端输入、双端输出双端输入、双端输出2.双端输入、单端输出双端输入、单端输出双端输入、单双端输入、单端输出电路如端输出电路如图图7.14所示。所示。双端输入、单双端输入、单端输出电路与端输出电路与双端输入双端双端输入双端输出电路比较输出电路比较有下面有下面三点差三点差别别：T2+VCCUOdT1UI1RLRs1+_-VEERc1Rc2Re+_图图7.14 双端输入单端输出电路双端输入单端输出电路Rs2UI2IRe+UId（1）静态时输出端的直流电压不为零。）静态时输出端的直流电压不为零。（2）输出信号只从一管集电极取出，

40、差模）输出信号只从一管集电极取出，差模放大倍数为双端输出电路的一半。放大倍数为双端输出电路的一半。（3）电路的温漂和）电路的温漂和KCMR指标要低于双端输指标要低于双端输出电路。出电路。由差模交流通路，图由差模交流通路，图7.15，可以计算电路，可以计算电路的差模电压放大倍数的差模电压放大倍数差模放大倍数差模放大倍数为双端输出电路为双端输出电路的一半。的一半。I1OdIdOdud2 UUUUA bes1Lc)/(21rRRR _+RLRs1rbeRc1IbUod+Ib+_图图7.15差模交流通路差模交流通路UI1UI2ebe1s1LcICOCuc)1 (2)/(RrRRRUUA当 满 足当 满

41、 足(Rs1+rbe1) 2 ，VCCUBE，则，则T1IC1+VCCIRIOIB1IB2RT2图图7.19 镜像电流源电路镜像电流源电路RVRUVIICCBECCRO从上式可见，当参从上式可见，当参考电流考电流IR的大小固的大小固定时，电流源输出定时，电流源输出电流电流IO也就相应恒也就相应恒定；定；IR改变，改变，IO也也随之改变，故随之改变，故称为称为镜像电流源镜像电流源。 T1IC1+VCCIRIOIB1IB2RT2图图7.19 镜像电流源电路镜像电流源电路 优点：优点：结构简单，两管参数对称，符合结构简单，两管参数对称，符合集成电路的特点；集成电路的特点； 缺点：缺点：IO的数值仍受

42、电源电压、的数值仍受电源电压、R和和UBE的影响。的影响。 若想得到小电流若想得到小电流(如微安级如微安级)，则，则R必须很必须很大，这在集成电路制作上有一定困难。大，这在集成电路制作上有一定困难。7.3.2微电流源电路微电流源电路(Small Value Current Source) 若想获得小电流若想获得小电流的同时仍保持电的同时仍保持电阻阻R阻值不大，阻值不大，则应使则应使IOIR,电电路如图路如图7.20所示。所示。由由UBE2UBE1，可知可知IOUT时，时，TBE1S1E1UUeIITBE2S2E2UUeIIIRRe2T1+VCC图图7.20 微电流源电路微电流源电路IC1IOI

43、B1IB2RT2IE2IE1UBE1 - UBE2 = IE2Re2又又 TBE2BE1E2E1UUUeII或或 E2E1TBE2BE1lgIIUUU因制作工艺相同，因制作工艺相同，所以所以IS1=IS2IRRe2T1+VCC图图7.20 微电流源电路微电流源电路IC1IOIB1IB2RT2IE2IE1E2E1Te2E2lgIIURIIR = IE1+IB2IE1，IOIE2 ORTe2OlgIIURI 所以所以IRRe2T1+VCC图图7.20 微电流源电路微电流源电路IC1IOIB1IB2RT2IE2IE1 这是一个超越方程，一般可用图解法或累这是一个超越方程，一般可用图解法或累试法求解。

44、在设计中一般是先确定试法求解。在设计中一般是先确定IR和和IO的数值，再确定的数值，再确定R和和Re2的值的值。7.3.3多路电流源电路多路电流源电路 可以一个参可以一个参考电流获得考电流获得多个电流多个电流，而且各个电而且各个电流值可以互流值可以互不相同。不相同。T3T2图图7.21 多路电流源电路多路电流源电路T1+VCCRIRR1I2R2R3I3I4R4T4在镜像电流源在镜像电流源和微电流源的基和微电流源的基础上得到的多路础上得到的多路电流源电路。其电流源电路。其中中T1构成参考电构成参考电流源流源IE1R1IE2R2IE3R3IE4R4T3T2图图7.21 多路电流源电路多路电流源电路

45、T1+VCCRIRR1I2R2R3I3I4R4T47.3.4有源负载电路有源负载电路 用晶体管组成的电流源取代电阻作为放用晶体管组成的电流源取代电阻作为放大电路的负载，称为大电路的负载，称为有源负载有源负载(Active Load)。 利用电流源对电流变化量所利用电流源对电流变化量所呈现的很大呈现的很大的输出电阻的输出电阻，就可以代替共射放大电路，就可以代替共射放大电路中的中的Rc，可有效地提高放大倍数。，可有效地提高放大倍数。 利用恒流源来代替差动放大电路中的公利用恒流源来代替差动放大电路中的公共射极电阻共射极电阻Re，提高共模抑制比的电路，提高共模抑制比的电路，(已经讨论过已经讨论过)。如

46、图如图7.22是在一是在一个单管共射极放个单管共射极放大电路中使用有大电路中使用有源负载电路。其源负载电路。其中中T2与与T3构成镜构成镜像电流源像电流源，用它，用它的输出电阻的输出电阻rce3作作为为T1管的集电极管的集电极负载电阻负载电阻。T1+VIRIORT3T2+_UIUo图图7.22单管放大电路中的有源负载单管放大电路中的有源负载如图如图7.23是是在差放电路中在差放电路中使用有源负载使用有源负载电路。其中电路。其中T3、T4构成电流源构成电流源作为作为T1和和T2所所构成的差动放构成的差动放大电路的集电大电路的集电极有源负载极有源负载。T1IORLT3T2+V+_UIUo图图7.2

47、3差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL具有把差放的双具有把差放的双端输出转变为单端输出转变为单端输出的功能，端输出的功能，而且使单端输出而且使单端输出的电压放大倍数的电压放大倍数增加了一倍。增加了一倍。 T1IORLT3T2+V+_UIUo图图7.23差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL 当输入信号当输入信号UI=0时，时，静态电流静态电流IC1=IC2=IO/2。 由于由于T3、T4为电流为电流源，则源，则IC1=IC4，那，那么流过负载电阻么流过负载电阻RL的静态电流的静态电流IL=IC4-IC2=0。T1IORLT3T2+V+_UIUo图图7.

48、23差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL 当 输 入 差 模 信 号当 输 入 差 模 信 号UI时，时，iC1=IC1+IC1iC2=IC2+IC2 而而IC1=-IC2，由，由于电流源的原因，于电流源的原因，使使IC4=IC1，那么，那么流过负载电阻流过负载电阻RL的的信号电流信号电流T1IORLT3T2+V+_UIUo图图7.23差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL输出信号电流比单输出信号电流比单端输出时大了一倍，端输出时大了一倍，则放大倍数也大了一则放大倍数也大了一倍。这种电路也称为倍。这种电路也称为单端化电路，常为集单端化电路，常为集成运放

49、所采用。成运放所采用。IL=IC4-IC2 =IC1-(-IC1) =2IC1T1IORLT3T2+V+_UIUo图图7.23差放的有源负载差放的有源负载T4-VIc1Ic2Ic4IL7.4 集成运算放大器集成运算放大器 集成运放电路简介集成运放电路简介 集成运算放大器的技术指标集成运算放大器的技术指标 集成运放的低频等效电路集成运放的低频等效电路 集成运放使用注意事项集成运放使用注意事项输入级中间级输出级偏置电路通常由差动放通常由差动放大电路构成，大电路构成，目的是为了减目的是为了减小放大电路的小放大电路的零点漂移、提零点漂移、提高输入阻抗。高输入阻抗。通常由共发射极放大电路构成，目的是通常

50、由共发射极放大电路构成，目的是为了获得较高的电压放大倍数。为了获得较高的电压放大倍数。通常由互补对通常由互补对称电路构成，称电路构成，目的是为了减目的是为了减小输出电阻，小输出电阻，提高电路的带提高电路的带负载能力。负载能力。一般由各种恒流源电路构成，作一般由各种恒流源电路构成，作用是为上述各级电路提供稳定、用是为上述各级电路提供稳定、合适的偏置电流，决定各级的静合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。态工作点。具体实例具体实例 以以F007(5G24、F741)为例来说明集成运为例来说明集成运放的内部电路组成。放的内部电路组成。F007是国内型号，是国内型号，对应国外同类产品的型号为对应国外同

51、类产品的型号为A741。这。这是一种应用十分广泛的通用型集成运放。是一种应用十分广泛的通用型集成运放。它的内部电路如图它的内部电路如图7-26所示。所示。 A1235476+_RRw+VCC-VEE图图7-27外部接线图外部接线图图图7-28 5G24与与A741外形图外形图12345678(a) 5G24外形图外形图(金属管壳金属管壳)(b)A741外形图外形图(双列直插式双列直插式)12348765+_+VCC-VCCIN+IN-OA2OA1OUT空空开环差模电压增益开环差模电压增益AOd 开环差模电压增益是指集成运放无外加反馈时开环差模电压增益是指集成运放无外加反馈时输出电压与输入差模电压之比。输出电压与输入差模电压之比。IdOOdUUA+AOdUO+UId_+图图 7-29 AOd的含义的含义AOd(dB)=20lgAOd它是决定运放运算精度的重要因素。目前高增它是决定运放运算精度的重要因素。目前高增益的集成运放的益的集成运放的AOd可达到可达到107以上。以上。常以分贝常以分贝(dB)表示：表示： 7.4.2 集成运算放大器的技术指标集成运算放大器的技术指标v输入失调电压输入失调电压UIO 为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。它表征了它表征了 输入级差分