模拟电子技术：第六章 集成电路运算放大器

1、重点难点重点：差分放大电路的构成及分析方法；难点：理解差模信号和共模信号； 差放电路抑制共模信号的原理； 差放电路的分析； 6 集成电路运算放大器6.1 集成电路运算放大器中的电流源6.2 差分式放大电路6.3 集成电路运算放大器6.4 集成电路运算放大器的主要参数6 集成电路运算放大器6.1 集成电路运算放大器中的恒流源 镜像电流源 电流源作有源负载 微电流源1. 镜像电流源恒流特性 无论Rc的值如何， IC2的电流值将保持不变。（三极管工作状态）1. 镜像电流源交流电阻 由于T2的集电极电流基本不变。所以交流量一般Ro在几百千欧以上2. 微电流源由于很小，所以IC2也很小3. 电流源作有源

2、负载共射电路的电压增益为： 对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻，因此增益为比用电阻Rc作负载时提高了。end放大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源6.2 差分式放大电路 直接耦合放大电路 零点漂移 电路组成及工作原理 抑制零点漂移原理 6.2.0 概述 6.2.1 基本差分式放大电路 差分式放大电路中的一般概念 主要指标计算 几种方式指标比较耦合方式：阻容耦合；直接耦合；变压器耦合；光电耦合。多级放大电路耦合：即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：1). 静态：保证各级Q点设置2). 动态: 传送信号。第一级放大电路输 入 输 出第二级放大电路第 n 级放大电路 第 n-1 级放大电路功

3、放级要求：波形不失真，减少压降损失。 集成运算放大器主要采用直接耦合6.2.0 概述1. 直接耦合放大电路可以放大直流信号2.直接耦合放大电路的零点漂移零漂：主要原因：温漂指标：# 为什么一般的集成运算放大器都要采用直接耦合方式？温度变化引起，也称温漂。输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。电源电压波动也是原因之一例如若第一级漂了100 uV，则输出漂移 1 V。 若第二级也漂了100 uV，则输出漂移 10 mV。假设 第一级是关键3. 减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿 主要采用差分式放大电路漂了 100 u

4、V漂移 10 mV+100 uV漂移 1 V+ 10 mV漂移 1 V+ 10 mV共模抑制比反映抑制零漂能力的指标4. 差分式放大电路中的一般概念根据1、2两式又有差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放vo2+-+-vid+-vo差模信号共模信号差模电压增益共模电压增益总输出电压差模等效输入方式差放+-vid差放+-vid(a)(b)共模等效输入方式差放+-vic差模信号输出共模信号输出ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB差动放大电路的引入抑制零点漂移uo= uC1 - uC2 = 0uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) =

5、0当 ui1 = ui2 =0 时：当温度变化时：6.2.1 长尾式差动放大电路为了使左右平衡，可设置调零电位器: uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE一、电路二、 静态分析 温度TICIE = 2ICUEUBEIBIC1. RE的作用 设ui1 = ui2 = 0自动稳定RE 具有强负反馈作用uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE 抑制温度漂移，稳定静态工作点。uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE2. Q点的计算直流通路IC1= IC2= IC= IB UC1= UC2= UCCICRC UCE1= UCE2 = UC1UE1IBIC

6、1IC2IB2IE(一) 共模输入信号RE对共模信号起作用，并且iRE=2ie1。uC ic1 、 ic2 iRE 、 uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUCCuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE零点漂移是共模信号三、 动态分析(二) 差模输入均压器RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUCCRE 对差模信号作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUCCib2ib1ic2ic1iRERE对差模信号不起作用（三）、主要指标

7、计算1、差动放大倍数2、输入电阻3、输出电阻4、共模放大倍数5、共模抑制比例1： 已知下图 所示差分放大电路的 UCC = UEE = 12 V ，RC = 3 k，RE = 3 k，硅晶体管的 = 100 ，求：（1）静态工作点；（2）Ui = 10 mV，输出端不接负载时的UO ；（3） Ui = 10 mV ,输出端接 RL= 6 k 负载时的 UO 。（3）接负载时的差模放大倍数当Ui = 10 mV 时， 【解】 静态时例2 ：下图 是利用差分放大电路组成的晶体管电压表的原理电路。设电压表的满标偏转电流为100 A ，电压表支路的总电阻为 2 k 。要使电表的指针满偏，需加多大的输入

8、电压？设晶体管为硅管。总负载电阻差模电压放大倍数要使电压表满偏时的输出电压则输入电压 例3： 求下图 所示电路中 的静态工作点和放大电路的差模电压放大倍数。设晶体管为硅管。 (3)差模电压放大倍数 恒流源差分放大电路 为了提高共模抑制比应加大Ree 。但Ree加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。同时集成电路难以制造大电阻，为此可用恒流源T3来代替Re 。 恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。并可提供一个稳定的偏流。同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。这种电路称为恒流源差动放大电路恒流源差分放大电路 恒定电流Ube+I3R3=2UD+I2R2由于IB3很小I1I

9、2如R1=R2 Ube=UD 有源负载提供大动态电阻Rb3=R1/R2用恒流源输出等效高阻代替实体电阻，称该电阻为有源负载。6.2.1 恒流源差分式放大电路1. 电路组成及工作原理静态动态仅输入差模信号，大小相等，相位相反。大小相等，信号被放大。相位相反。1. 电路组成及工作原理2. 抑制零点漂移 温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。2. 抑制零点漂移 由此看出，温度升高时，引起两集电极电流增加，使得流过Re上的电流增加，发射极电位上升，从而限制了集电极电流的增加。这一过程类似于分

10、压式射极偏置电路的温度稳定过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。 另一方面3. 主要指标计算（1）差模电压增益接入负载时（双入、双出交流通路） 双入、单出以双倍的元器件换取抑制零漂的能力 双入、双出接入负载时3. 主要指标计算（1）差模电压增益 单端输入等效于双端输入 指标计算与双端输入相同入（2）共模电压增益 双端输出 共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。所以共模增益 单端输出抑制零漂能力增强（3）共模抑制比双端输出，理想情况单端输出抑制零漂能力越强4. 几种方式指标比较输出方式双出单出双出单出4. 几种方式指标比较输出方式双出单出双出单出（思考题）(4)当

11、输出接一12k负载时的电压增益.解：求:例(1)静态(2)电压增益(3)(4)A1vivo103A2vivo105？思 考 题答：两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号？end增加了Re电压增益输出漂移电压均为 200 mV输出漂移电压均为 200 mV输入端漂移电压为 0.2 mV输入端漂移电压为 0.002 mVA1不可以，A2可以？思 考 题 1. 若在基本差分式放大电路中增加两个电阻Re（如图所示）。则动态指标将有何变化？答：双端输出差模增益差模输入电阻单端输出共模增益共模输入电阻增加了Re增加了Re？思 考 题 2. 差分式放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系：反相vC

12、1与vi1end同相vC2与vi1同相vC1与vi2反相vC2与vi2反相vO与vi1同相vO与vi23. 静态时，两个输入端是否有静态偏置电流？小 结 差分放大电路是模拟集成电路中最基本的电路形式。它的主要特点是对差模信号有很大的放大能力，对共模信号具有根强的抑制作用。 差放在双端输出时主要是依靠电路对称性抑制共模信号，单端输出时主要是依靠共公发射极电阻的强负反馈作用抑制共模信号。 典型差放电路主要计算公式双端输出差模电压增益双端输出共模电压增益 双端输出共模抑制比 共模信号 Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2 差模信号 Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2小 结单端输出差模电压增益单端输出共模电压增益 单端输出共模抑制比 输入任意信号时可分解差模与共模信号6.3 集成电路运算放大器 6.3.1 简单的集成电路运算放大器 6.3.2 通用型集成电路运算放大器6.3.1 简单的集成电路运算放大器1. 集成运放内部组成框图2. 简单集成运放电路组成3. 输入输出相位关系及符号集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小6.3.2 通用型集成