差动放大电路和集成运算放大电路课件

第4章差动放大电路和集成运算放大电路4.2集成运算放大电路概述4.4集成运放结构简介4.1差动放大电路4.3集成运放中的电流源4.5集成运放的性能指标及种类10/20/20221第4章差动放大电路和集成运算放大电路4.2集成运算放大零点漂移:uot0当ui=0时：uiRC1R1T1R2+VCCuoRC2T2RE24.1差动放大电路4.1.1直接耦合特殊问题10/20/20222零点漂移:uot0当ui=0时：uiRC1R1T1R4.1.1典型差动放大电路⑴两只晶体管参数完全相同，具有相同的静态工作点，而有温度变化所引起的参数的变化也具有对称性。⑵两个输入端ui1和ui2。⑶信号可从两个集电极之间取出，称为双端输出uo。有两个单输出端u01和u02。1、特点uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEEu01u0210/20/202234.1.1典型差动放大电路⑴两只晶体管参数完全相同，具有相双电源的作用：IB1、IB2由负电源-VEE提供。为了使左右平衡，可设置调零电位器。加入负电源-VEE

，采用正负双电源供电。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE10/20/20224双电源的作用：IB1、IB2由负电源-VEE提供。为了使左右温度TICIE

=2ICUEUBEIBICRE强负反馈作用ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE抑制温度漂移，稳定静态工作点。RE的作用

设ui1

=ui2

=0，静态时IC稳定!10/20/20225温度TICIE=2ICUEUBEIBICRE强负反馈2.Q点的计算IC1IC2IBIBIEui1uo+VCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE一般可以认为10/20/202262.Q点的计算IC1IC2IBIBIEui1uo+VCCR例具有集电极调零电位器Rp的差动式放大电路如所示。已知β=50，VBE1=VBE2=0.7V，当Rp置中点位置时，求电路的静态工作点。

解：静态时vi1=vi2=0，有一般可以认为10/20/20227例具有集电极调零电位器Rp的差动式放大电路如所示。已知β=3.动态分析1差模输入信号分量:共模输入信号分量:2两信号大小相等、极性相反两信号大小相等、极性相同ui1uo+VCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE两输入端加信号(differentialmode)(commonmode)10/20/202283.动态分析1差模输入信号分量:共模输入信号分量:2两信号3实际对地输入:ui1,

ui2差模分量:共模分量:ud=ui1-ui2uC=ui1

=uC+

ud/2ui2=uC–ud/2叠加定义2ui1

+

ui2例：

ui1=20mv,ui2=10mv

则：ud=20-10=10mv,uc=(20

+10)/2=15mv

ui1=15+10/2=20mv,ui2=15–10/2=10mv

ui1uo+VCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE10/20/202293实际对地输入:ui1,ui2差模分量:共模分量:ud输入端双端单端输出端双端单端ui1+VCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RB-VEE4.差放电路的4种接法10/20/202210输入端双端单端输出端双端单端ui1+VCCui2uoC1B1①双端输入、双端输出仅差模信号!两个输入信号的大小相等，极性相反+VCC-VEEuiduoRCT1RBRCT2RBRERR+-+-10/20/202211①双端输入、双端输出仅差模信号!两个输入信号的大小相等，极RE对差模信号作用ui1ui2ic1

=-ic2iRE=ie1+

ie2

=0ib1,ic1ib2,ic2RE对差模信号不起作用，短接uRE=0iRE+VCC-VEEuiduoRCT1RBRCT2RBRERR+-+-10/20/202212RE对差模信号作用ui1ui2ic1=-ic差模信号交流通路T1单边微变等效电路

ui2

ui1RRuod1

uod2uodC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBib2ib1ic1ic2RBui1ib1uod1RCib1RBc1b1erbe1uoduid10/20/202213差模信号交流通路T1单边微变等效电路ui2ui1RRu双入双出放大倍数单边差模放大倍数:uod1RBb1ec1RCib1ui1rbe1ib1c1RBRBb1eRCib1rbe1ib1uiduodui1uod110/20/202214双入双出放大倍数单边差模放大倍数:uod1RBb1ec1RC若差动电路带负载RL(接在c1与c2之间),对于差动信号而言，RL中点电位为0,放大倍数：Ad=Ad1双端输出：c1RBRBb1eRCib1rbe1ib1uiduod10/20/202215若差动电路带负载RL(接在c1与c2之间),对于差动信号而Ro=2RC

输入电阻：输出电阻：输入输出电阻:C1RBRBB1ERCib1ui1rbe1ib1uiduoduod110/20/202216Ro=2RC输入电阻：输出电阻：输入输出电阻:C1RC1RBRBB1ERCib1rbe1ib1uiduodui1uod1②双端输入、单端输出单端输出差模放大倍数为Ad1的一半！10/20/202217C1RBRBB1ERCib1rbe1ib1uiduodui共模信号输入uocuiCiRE=2ie1-VEE+VCCREC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RB两输入信号大小相等、极性相同。共模信号!ie1ie210/20/202218共模信号输入uocuiCiRE=2ie1-VEE+VCCR共模信号交流通路uiCuoc2uoc1uoc2REERCT1RBRCT2RBic1ic2ie1uiCie22REiRE=2ie1双端输出uoc=0,AOC=0!10/20/202219共模信号交流通路uiCuoc2uoc1uoc2REERCT1单边微变等效电路uiCuoc1ib1RCib12REie1rbe1ic1uoc1ib1RCib12RErbe1RB很小！单端（对地）输出电路共模单端输出放大倍数:10/20/202220T1单边微变等效电路uiCuoc1ib1RCib12REi差模电压放大倍数:共模电压放大倍数:KCMRR=KCMRR=(分贝)共模抑制比定义：10/20/202221差模电压放大倍数:共模电压放大倍数:KCMRR=KCMR共模双端输出电压放大倍数：说明双端输出电路对共模信号无放大作用，即完全抑制了共模信号，反映了它对零点漂移的抑制能力。共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。共模单端（对地）输出：KCMRR

KCMRR=AC1=AC2很小！共模双端输出：10/20/202222共模双端输出电压放大倍数：说明双端输出电路对共模信号无放大作③单端输入、双端输出C1RBRBB1ERCib1rbe1ib1uiuOdui1uOd1一端接地差模电压放大倍数:输入信号分解后具有共模信号分量和差模信号分量，存在共模电压放大倍数AC和差模电压放大倍数Ad对Ad而言，双端与单端输入效果一样。10/20/202223③单端输入、双端输出C1RBRBB1ERCib1rbe1对Ad而言，双端与单端输入效果一样。双(单)端输入双端输出：Ad

=Ad1双(单)端输入单端输出：小结10/20/202224对Ad而言，双端与单端输入效果一样。双(单)端输入双端输出：差动放大电路各点极性ui1uo+VCCRCRBRCRBui2-VEEREuo1uo2++ui1与uo1、ui2uo反相，与uo2、同相。ui2与uo2、ui1反相，与uo1、uo同相。10/20/202225差动放大电路各点极性ui1uo+VCCRCRBRCRBui2恒流源比发射极电阻RE对共模信号具有更强的抑制作用。改进的差动放大电路10/20/202226恒流源比发射极电阻RE对共模信号具有更强的抑制作用。改进的差例

图示电路，设三极管的rbb’＝100，β＝100。

(1)求静态工作点；

(2)求差模放大倍数；

(3)当vi为一直流电压16mV时，计算VTl，VT2集电极对地的直流电压(忽略共模信号分量）。解(1)RE上的电压vovi10/20/202227例图示电路，设三极管的rbb’＝100，β＝100。

(2)

差模放大倍数

9653005100100=×==beCdrRAb

(3)vi为16mV直流电压，经放大后为VmVvAvidO54.115361696==×==

VT1集电极电压VvVVOCC68.854.12145.92111=×-=-=

VT2集电极电压VvVVOCC2.1054.12145.92122=×+=+=

vovi10/20/202228(2)差模放大倍数9653005100100=×==4.2集成运算放大电路概述将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。集成电路:优点:工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。分类:模拟集成电路、数字集成电路小、中、大、超大规模集成电路4.2.1集成运算放大电路特点10/20/2022294.2集成运算放大电路概述将整个电路的各个元件做在一个集成运算放大电路外形图10/20/202230集成运算放大电路外形图10/15/202230集成电路内部结构特点1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。2、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。3、几十PF以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。4、二极管一般用三极管的发射结构成。10/20/202231集成电路内部结构特点1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏1.输入级高性能的差分放大电路，对共模信号有很强的抑制力，且一般采用双端输入双端输出的形式。4.偏置电路

提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。3.输出级

由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。2.电压放大级

提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。4.2.2集成运放的组成10/20/2022321.输入级高性能的差分放大电路，对共模信号有很强的抑制力运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。4.2.3集成运放的符号和传输特性－＋＋u－u+uo另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“N”表示。uPuN－+u+u－

uo＋一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号‘P’表示；10/20/202233运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出Auo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。例：若UOM=12V，Avo=106，则|ui|<12V时，运放处于线性区。线性放大区uiuo_++AvouPuNuo+UOM-UOMui=up-uN传输特性10/20/202234Auo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈电流源的特点输出电流恒定的电路。具有很高的输出电阻。电流源的用途1、给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏置电流，以获得极其稳定的Q点。2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、增大动态范围。4.3集成运放中的电流源10/20/202235电流源的特点输出电流恒定的电路。具有很高的输出电阻。电流源的4.3.1镜像电流源则,BE2BE1BE21VVV====bbb基准电流IR是稳定的，故输出电流IC2也是稳定的。三极管T1、T2特性完全相同10/20/2022364.3.1镜像电流源则,BE2BE1BE21VVV===接入Re2电阻得到微电流源，适用微功耗的集成电路。IC2远小于IREF

当Re2取几k时，IC2可降至A量级。4.3.2微电流源10/20/202237接入Re2电阻得到微电流源，适用微功耗的集成电路。IC2远增加两个发射极电阻，使两电阻中的电流成一定的比例关系。

e2e1E1E2e2E2e1E1BE2BE1e2E2BE2e1E1BE1=RRIIRIRIVVRIVRIV»»»++4.3.3比例电流源10/20/202238增加两个发射极电阻，使两电阻中的电流成一定的比例关系通过一个基准电流源稳定多个电流，图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流IC2、IC3。4.3.4多路电流源

10/20/202239通过一个基准电流源稳定多个电流，图中一个基准电流IR输入级中间级输出级-VEE+VCCuo反相端同相端T3T4T5T1T2IS

u＋

u－4.4集成运放结构简介10/20/202240输入级中间级输出级-VEE+V