第6章-集成电路运算放大器课件

2023/1/4第6章集成电路运算放大器1集成电路：把整个电路中的元器件，制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，这样的“硅片”，称为集成电路。集成电路特点：体积小，性能很好。集成电路分类：模拟集成电路和数字集成电路。2022/12/20第6章集成电路运算放大器1集成电路：2023/1/4第6章集成电路运算放大器2模拟集成电路：运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模数和数模转换器、稳压电源、和音像设备中常用的其他模拟集成电路。此类集成电路中，集成运算放大器(集成运放)应用最为广泛。2022/12/20第6章集成电路运算放大器2模拟集成电2023/1/4第6章集成电路运算放大器3本章主要内容：集成运放的基本单元电路及其分析方法(掌握)，典型集成运放及性能指标(了解)，几种专用型集成运放(了解)。2022/12/20第6章集成电路运算放大器3本章主要内容2023/1/4第6章集成电路运算放大器4序1.模拟集成电路：一般是由一块厚度为0.2～0.25mm的P型硅片上，制作成具有一定功能的电路，这样的P型硅片，就称为集成电路。它可分为：2022/12/20第6章集成电路运算放大器4序1.模拟2023/1/4第6章集成电路运算放大器5小规模集成电路：十～几十个元件；中规模集成电路：几十个～几百个元件元件；大规模集成电路：几百个～几千个元件；超大规模集成电路：几千个以上元件；美国预计，到2010年集成度将达到10亿个。2022/12/20第6章集成电路运算放大器5小规模集成电2023/1/4第6章集成电路运算放大器62.模拟集成电路的特点：(1).电路结构与元件参数具有对称性；(2).用有源器件代替无源器件；如：电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值一般为几十欧～20kΩ,高阻值电阻多用BJT或FET等有源器件组成的恒流源来代替。2022/12/20第6章集成电路运算放大器62.模拟集2023/1/4第6章集成电路运算放大器7(3).采用复合结构的电路；多采用复合管、共射－共基、共集－共基等组合电路。(4).级间采用直接耦合方式；电路中的电容不大，约在几十pF，常用PNJ的结电容构成，误差也较大。电感制造更困难，级间都采用直接耦合。2022/12/20第6章集成电路运算放大器7(3).采2023/1/4第6章集成电路运算放大器8(5).

二极管大都采用BJT的发射结构成。集成运放的基本单元电路：电流源和差分放大电路。2022/12/20第6章集成电路运算放大器8(5).二2023/1/4第6章集成电路运算放大器96.1

电流源电路1.

镜像电流源电路如图6.1.1所示。设电路完全对称，即T1、T2的参数完全相同(β1＝β2，ICEO1＝ICEO2，VBE1＝VBE2，IE1

＝IE2

，IC1＝IC2)，图中IREF为基准电流。当BJT的β值较大时，IB可以忽略，有：［转12］2022/12/20第6章集成电路运算放大器96.1电流2023/1/4第6章集成电路运算放大器102022/12/20第6章集成电路运算放大器102023/1/4第6章集成电路运算放大器11由(6.1.1)式可以看出，当R确定以后，IREF也就确定，IC2随之确定，可把IC2看作是I

REF的镜像，所以称图6.1.1为镜像电流源。2022/12/20第6章集成电路运算放大器11由(62023/1/4第6章集成电路运算放大器12由于T1管对T2管有温补作用，IC2的稳定性也较好。但由于受电源的影响较大，故要求电源十分稳定。当β不够大时，IC2

与IREF就存在一定的误差，可采用图6.1.2所示电路。2022/12/20第6章集成电路运算放大器12由于T1管2023/1/4第6章集成电路运算放大器132022/12/20第6章集成电路运算放大器132023/1/4第6章集成电路运算放大器14该电路利用T3的电流放大作用，减小IB对IREF的分流作用，从而提高了IC2与IREF

互成镜像的精度。为了避免T3

的电流过小而使β3下降，T3

的射极常加一电阻Re3，使IE3增大。2022/12/20第6章集成电路运算放大器14该电路利用2023/1/4第6章集成电路运算放大器15适用范围：该电流源适用于工作电流较大的场合(mA级)。工作电流较小时(μA级)的电流源，应采用微电流源。2.微电流源如图6.1.3所示。2022/12/20第6章集成电路运算放大器15适用范围：2023/1/4第6章集成电路运算放大器162022/12/20第6章集成电路运算放大器162023/1/4第6章集成电路运算放大器17

与图6.1.1相比，在T2的发射极回路串接了一个发射极电阻Re2,当基准电流IREF确定以后，IC2可确定如下：

VBE1－VBE2＝ΔVBE＝IE2Re2所以，

IC2≈IE2＝ΔVBE／Re2

(6.1.2)2022/12/20第6章集成电路运算放大器17与图6.2023/1/4第6章集成电路运算放大器18由式(6.1.2)可知，利用两管基－射极电压差ΔVBE可以控制输出电流IC2。由于ΔVBE

的数值小，用阻值不大的电阻Re2，即可获得微小的工作电流，故称之为微电流源。Re2

一般为数kΩ，IC2

约为μA级。2022/12/20第6章集成电路运算放大器18由式(6.2023/1/4第6章集成电路运算放大器19例6.1.1多路电流源如图6.1.4所示。已知各BJT的参数β、VBE数值相同，求各电流源IC1、IC2、IC3与基准电流IREF的关系。解：由IREF＝IC＋IB0＝IC＋∑IB0

／β［转22］2022/12/20第6章集成电路运算放大器19例6.12023/1/4第6章集成电路运算放大器202022/12/20第6章集成电路运算放大器202023/1/4第6章集成电路运算放大器21得IC＝IREF－∑IB0／β当β较大时，

IC≈IREF由于BJT的参数β、VBE数值相同，则：IERe≈IREFRe

＝IE1Re1

＝IE2Re2＝IE3Re3

(6.1.3)2022/12/20第6章集成电路运算放大器21得2023/1/4第6章集成电路运算放大器22所以当IREF确定以后，改变各电流源的射极电阻，可获得不同的输出电流。2022/12/20第6章集成电路运算放大器22所以当IR2023/1/4第6章集成电路运算放大器233.有源负载如图6.1.5所示。T1为放大管，T2、T3组成镜像恒流源，作为T1管的交流负载。由于晶体管c、e间的交流电阻很大，以提高T1管的放大倍数。［转26］2022/12/20第6章集成电路运算放大器233.有源2023/1/4第6章集成电路运算放大器242022/12/20第6章集成电路运算放大器242023/1/4第6章集成电路运算放大器256.2差分放大电路差分放大电路功能：放大两个输入信号之差。差分放大电路是集成运放的主要组成单元。如图(6.2.1所示)2022/12/20第6章集成电路运算放大器256.2差2023/1/4第6章集成电路运算放大器26在电路完全对称的理想情况下，输出信号电压可表示为：vo＝AVD(vi1－vi2)

(6.2.1)2022/12/20第6章集成电路运算放大器26在电路完全2023/1/4第6章集成电路运算放大器27式中AVD是差分放大电路的差模电压放大倍数。由式中可以看出，vi1、vi2中所共有的任何信号对输出电压都不会产生影响，但在一般情况下，实际的输出电压不仅与两个信号的差(差模信号)有关，而且与两个信号中的共有信号(共模信号)有关。2022/12/20第6章集成电路运算放大器27式中AVD2023/1/4第6章集成电路运算放大器281.差模信号差模信号：大小相等，极性相反的一对信号，称之为差模信号。可用下式表示：vid＝vi1－vi2

(6.2.2)或2022/12/20第6章集成电路运算放大器281.差模2023/1/4第6章集成电路运算放大器292.共模信号共模信号：大小相等，极性相同的一对信号，称之为共模信号。可用下式表示：

(6.2.3)或vic1＝vic2＝vic2022/12/20第6章集成电路运算放大器292.共模2023/1/4第6章集成电路运算放大器303.两输入信号的表达式4.输出电压的表达式vo＝AVDvid＋AVCvic

(6.2.6)2022/12/20第6章集成电路运算放大器303.两输2023/1/4第6章集成电路运算放大器31式中AVD＝vod／vid为差模电压放大倍数(差模电压增益);AVC＝voc／vic

为共模电压放大倍数(共模电压增益)。2022/12/20第6章集成电路运算放大器31式中AVD2023/1/4第6章集成电路运算放大器32由(6.2.6)式可知，如果有两种情况的输入信号：一种：vi1＝+50μV，vi2＝－50μV；另一：v‘i1＝1050μV，v’i2＝950μV；尽管这两种情况下的差模信号vid＝100μV是相同的，但其共模信号却不一致，前者vic＝0，后者v'ic＝1000μV。因而差分放大电路的输出电压是不相同的。2022/12/20第6章集成电路运算放大器32由(6.22023/1/4第6章集成电路运算放大器336.2.1基本差分放大电路如图6.2.2所示，是一个基本差分放大电路。1.电路组成它由两个特性相同的BJTT1、T2组成对称电路，电路参数也完全对称，即Rc1＝Rc2＝Rc等。电路中有两个电源+VCC和－VCC(一般情况下，两电源的大小相等)。［转36］2022/12/20第6章集成电路运算放大器336.2.12023/1/4第6章集成电路运算放大器34［转41］2022/12/20第6章集成电路运算放大器34［转41］2023/1/4第6章集成电路运算放大器352.工作原理(1)静态分析当无输入信号，即vi1＝vi2＝0时，由于电路完全对称，

Rc1＝Rc2＝Rc，VBE1＝VBE2＝0.7V，2022/12/20第6章集成电路运算放大器352.工作2023/1/4第6章集成电路运算放大器36这时，iC1＝iC2

＝IC＝I

0/2，

IC1Rc1＝IC2Rc2＝ICRc

，

VC1＝VC2

＝VCC－ICRc，

vo＝vC1－vC2＝0。由此可知，vid＝vi1－vi2＝0时，输出信号电压vo也等于零。2022/12/20第6章集成电路运算放大器36这时，i2023/1/4第6章集成电路运算放大器37(2)动态分析当在电路的输入端输入一对大小相等，极性相反的(差模)信号时，两管的电流：一管增加，另一管减小，vo＝vC1－vC2≠0，这一对信号就是前述的差模信号。这种输入方式称之为差模输入。差分放大电路对差模信号具有放大能力。2022/12/20第6章集成电路运算放大器37(2)动2023/1/4第6章集成电路运算放大器382.抑制零点漂移的原理零点漂移(零漂)：当差分放大电路输入信号等于零时，输出电压偏离原来的初始值(参考电压)而上下漂动的现象。如温度的变化而引起某放大电路输入级Q点变化，经后级放大而出现当输入电压为零时输出电压不为零的现象，这就是零点漂移。2022/12/20第6章集成电路运算放大器382.抑制2023/1/4第6章集成电路运算放大器39在差分放大电路中,无论是温度的变化还是电源电压的波动，都会引起两管集电极电流以及相应的集电极电压的变化，其效果相当于在两输入端加入了共模信号，由于电路是对称，共模输出电压voc＝0，从而抑制了零点漂移。实际情况，两管完全对称是不可能的，但抑制零漂的能力还是优于其他电路的。2022/12/20第6章集成电路运算放大器39在差分放大2023/1/4第6章集成电路运算放大器403.主要性能指标的计算(1)差模电压放大倍数(增益)a.双入－双出时的差模电压放大倍数在图6.2.2中，若输入为差模输入，即vi1＝－vi2＝vid/2，由于一管的电流增加时，另一管的电流减小，在电路完全对称的情况下，iC1的增加量等于另一管iC2的减小量，所以流过恒流源的电流I0不变，ve＝0，故图6.2.2的交流通路如图6.2.3所示。2022/12/20第6章集成电路运算放大器403.主要2023/1/4第6章集成电路运算放大器412022/12/20第6章集成电路运算放大器412023/1/4第6章集成电路运算放大器42当双端输出时，其差模电压放大倍数为：当c1、c2两点接入负载电阻RL时，2022/12/20第6章集成电路运算放大器42当双端输出2023/1/4第6章集成电路运算放大器43其中，R’L＝Rc∥RL/2。这是由于一管的电流增加时，另一管的电流减小，而c1、c2两点的电位向相反方向变化，即一边增量为正时，另一边增量为负，且大小相等，由此可见，负载电阻的中点是交流地电位，所以在差分放大电路的半边等效电路中，负载电阻是RL/2。2022/12/20第6章集成电路运算放大器43其中，R’2023/1/4第6章集成电路运算放大器44综上所述：在电路完全对称，双入－双出的情况下，图6.2.2的电压放大倍数(增益)与半边电路的电压放大倍数(增益)相等。可见，该电路是以成倍的元器件来换取抑制零漂的能力的。2022/12/20第6章集成电路运算放大器44综上所述：2023/1/4第6章集成电路运算放大器45b.双入－单出时的差模电压放大倍数如果从某一个管的集电极输出电压(vo1或vo2

)，则称之为单端输出(如图6.2.3’)所示。此时，电路的电压放大倍数(增益)只有双出时的一半，(当RL

＝∞)时，即［转48］2022/12/20第6章集成电路运算放大器45b.双入2023/1/4第6章集成电路运算放大器462022/12/20第6章集成电路运算放大器462023/1/4第6章集成电路运算放大器47当RL≠∞)时其中，R'L＝Rc∥R'L

。2022/12/20第6章集成电路运算放大器47当RL≠2023/1/4第6章集成电路运算放大器48

c.单入时的差模电压放大倍数

(如图6.2.4所示。)图中ro为恒流源的交流电阻，其阻值一般很大，容易满足ro>>rbe的条件，这样可以认为ro对交流信号相当于开路，输入信号vid近似地平分在两管的输入回路上。［转51］2022/12/20第6章集成电路运算放大器48c.单2023/1/4第6章集成电路运算放大器492022/12/20第6章集成电路运算放大器492023/1/4第6章集成电路运算放大器50图6.2.4与图6.2.3相比可知：两电路中作用于be结上的信号分量基本上是一致的。即单端输入时电路的工作状态与双端输入时近似一致。如ro足够大，则电路由双端输出时，其差模电压放大倍数(增益)与式(6.2.7)近似一致；而由单端输出时与式(6.2.9)近似一致；其他指标也基本一致。2022/12/20第6章集成电路运算放大器50图6.2.2023/1/4第6章集成电路运算放大器51(2)共模电压放大倍数(增益)a.双出时的共模电压放大倍数，如图6.2.5所示。当vi1＝vi2＝vic时，由于voc＝vo1－vo2＝0，所以［转54］2022/12/20第6章集成电路运算放大器51(2)共2023/1/4第6章集成电路运算放大器522022/12/20第6章集成电路运算放大器522023/1/4第6章集成电路运算放大器53实际上，电路完全对称是不容易的，即使这样，这种电路抑制共模信号的能力还是很强的。共模电压放大倍数越小，放大电路的性能越好。2022/12/20第6章集成电路运算放大器53实际上，电2023/1/4第6章集成电路运算放大器54

b.单出时的共模电压放大倍数(增益)

单出时的共模电压放大倍数(增益)表示两个集电极任一端对地的共模输出电压与共模输入电压之比，即一般情况下，(1+β)2ro>>rbe，β>>1，故式(6.2.11)可简化为2022/12/20第6章集成电路运算放大器54b.单2023/1/4第6章集成电路运算放大器55由上式可以看出，ro越大，恒流源I0越接近理想情况，AVC1越小，说明电路抑制共模信号的能力越强，电路性能越好。2022/12/20第6章集成电路运算放大器55由上式可2023/1/4第6章集成电路运算放大器56(3)共模抑制比KCMRKCMR式用来衡量差分放大电路抑制共模信号能力的一个物理量，其定义式为差模电压放大倍数(增益)越大，共模电压放大倍数(增益)越小，共模抑制能力越强，放大电路性能越优良，因此希望KCMR值越大越好。2022/12/20第6章集成电路运算放大器56(3)共2023/1/4第6章集成电路运算放大器57KCMR有时也用分贝(dB)来表示：对于基本差分放大电路，在电路完全对称，双出时：2022/12/20第6章集成电路运算放大器57KCMR有2023/1/4第6章集成电路运算放大器58单出时，由式(6.2.9)和(6.2.12)得：

(4)

频率响应

a.低频特性：

由于差分放大电路采用了直接耦合，差放电路所以具有良好的低频特性，如下图所示。2022/12/20第6章集成电路运算放大器58单出时，2023/1/4第6章集成电路运算放大器592022/12/20第6章集成电路运算放大器592023/1/4第6章集成电路运算放大器60b.高频特性由于差分放大电路是由两个共发射极放大电路构成，其高端频率特性与共发射极放大电路相似，如上图所示。(5)差分放大电路的差模输入、输出电阻a.差模输入电阻Rid由图6.2.2所示，2022/12/20第6章集成电路运算放大器60b.高频2023/1/4第6章集成电路运算放大器61［转41］2022/12/20第6章集成电路运算放大器61［转41］2023/1/4第6章集成电路运算放大器62由于I0对交流信号相当于开路，所以Rid＝Vi/Ii＝2rbe可证，对于双入、单入的输入方式，Rid均为2rbe。b.差模输出电阻Ro双端输出方式：Ro＝2Rc单端输出方式：Ro＝Rc2022/12/20第6章集成电路运算放大器62由于I0对2023/1/4第6章集成电路运算放大器63(6)差分放大电路的性能比较(见表6.2.1)。2022/12/20第6章集成电路运算放大器63(6)差分2023/1/4第6章集成电路运算放大器646.3集成运算放大器一、组成如图(6.3.1)所示，2022/12/20第6章集成电路运算放大器646.3集2023/1/4第6章集成电路运算放大器65集成运算放大电路主要由差分输入级、电压放大级、输出级和偏置电路等四部分组成。1.差分输入级：由差分放大电路构成，主要作用是抑制零点漂移。2.电压放大级：主要作用是进行电压放大。3.输出级：一般由射极输出器构成，以提高放大电路的带负载能力。2022/12/20第6章集成电路运算放大器65集成运算放2023/1/4第6章集成电路运算放大器664.偏置电路：主要作用是给各级提供合适的工作电流。二、电路符号如图(6.3.2)所示。2022/12/20第6章集成电路运算放大器664.偏置2023/1/4第6章集成电路运算放大器67图中：N称为反相输入端，P称为同相输入端，O称为输出端。特性：O端与N端的相位相反，O端与P端同相位。6.4节、6.5节、6.6节(自习).本章习题：6.1.1、6.2.1、6.2.2、

6.2.3、6.2.7。2022/12/20第6章集成电路运算放大器67图中：N称2023/1/4第6章集成电路运算放大器682022/12/20第6章集成电路运算放大器682023/1/4第6章集成电路运算放大器69集成电路：把整个电路中的元器件，制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，这样的“硅片”，称为集成电路。集成电路特点：体积小，性能很好。集成电路分类：模拟集成电路和数字集成电路。2022/12/20第6章集成电路运算放大器1集成电路：2023/1/4第6章集成电路运算放大器70模拟集成电路：运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模数和数模转换器、稳压电源、和音像设备中常用的其他模拟集成电路。此类集成电路中，集成运算放大器(集成运放)应用最为广泛。2022/12/20第6章集成电路运算放大器2模拟集成电2023/1/4第6章集成电路运算放大器71本章主要内容：集成运放的基本单元电路及其分析方法(掌握)，典型集成运放及性能指标(了解)，几种专用型集成运放(了解)。2022/12/20第6章集成电路运算放大器3本章主要内容2023/1/4第6章集成电路运算放大器72序1.模拟集成电路：一般是由一块厚度为0.2～0.25mm的P型硅片上，制作成具有一定功能的电路，这样的P型硅片，就称为集成电路。它可分为：2022/12/20第6章集成电路运算放大器4序1.模拟2023/1/4第6章集成电路运算放大器73小规模集成电路：十～几十个元件；中规模集成电路：几十个～几百个元件元件；大规模集成电路：几百个～几千个元件；超大规模集成电路：几千个以上元件；美国预计，到2010年集成度将达到10亿个。2022/12/20第6章集成电路运算放大器5小规模集成电2023/1/4第6章集成电路运算放大器742.模拟集成电路的特点：(1).电路结构与元件参数具有对称性；(2).用有源器件代替无源器件；如：电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值一般为几十欧～20kΩ,高阻值电阻多用BJT或FET等有源器件组成的恒流源来代替。2022/12/20第6章集成电路运算放大器62.模拟集2023/1/4第6章集成电路运算放大器75(3).采用复合结构的电路；多采用复合管、共射－共基、共集－共基等组合电路。(4).级间采用直接耦合方式；电路中的电容不大，约在几十pF，常用PNJ的结电容构成，误差也较大。电感制造更困难，级间都采用直接耦合。2022/12/20第6章集成电路运算放大器7(3).采2023/1/4第6章集成电路运算放大器76(5).

二极管大都采用BJT的发射结构成。集成运放的基本单元电路：电流源和差分放大电路。2022/12/20第6章集成电路运算放大器8(5).二2023/1/4第6章集成电路运算放大器776.1

电流源电路1.

镜像电流源电路如图6.1.1所示。设电路完全对称，即T1、T2的参数完全相同(β1＝β2，ICEO1＝ICEO2，VBE1＝VBE2，IE1

＝IE2

，IC1＝IC2)，图中IREF为基准电流。当BJT的β值较大时，IB可以忽略，有：［转12］2022/12/20第6章集成电路运算放大器96.1电流2023/1/4第6章集成电路运算放大器782022/12/20第6章集成电路运算放大器102023/1/4第6章集成电路运算放大器79由(6.1.1)式可以看出，当R确定以后，IREF也就确定，IC2随之确定，可把IC2看作是I

REF的镜像，所以称图6.1.1为镜像电流源。2022/12/20第6章集成电路运算放大器11由(62023/1/4第6章集成电路运算放大器80由于T1管对T2管有温补作用，IC2的稳定性也较好。但由于受电源的影响较大，故要求电源十分稳定。当β不够大时，IC2

与IREF就存在一定的误差，可采用图6.1.2所示电路。2022/12/20第6章集成电路运算放大器12由于T1管2023/1/4第6章集成电路运算放大器812022/12/20第6章集成电路运算放大器132023/1/4第6章集成电路运算放大器82该电路利用T3的电流放大作用，减小IB对IREF的分流作用，从而提高了IC2与IREF

互成镜像的精度。为了避免T3

的电流过小而使β3下降，T3

的射极常加一电阻Re3，使IE3增大。2022/12/20第6章集成电路运算放大器14该电路利用2023/1/4第6章集成电路运算放大器83适用范围：该电流源适用于工作电流较大的场合(mA级)。工作电流较小时(μA级)的电流源，应采用微电流源。2.微电流源如图6.1.3所示。2022/12/20第6章集成电路运算放大器15适用范围：2023/1/4第6章集成电路运算放大器842022/12/20第6章集成电路运算放大器162023/1/4第6章集成电路运算放大器85

与图6.1.1相比，在T2的发射极回路串接了一个发射极电阻Re2,当基准电流IREF确定以后，IC2可确定如下：

VBE1－VBE2＝ΔVBE＝IE2Re2所以，

IC2≈IE2＝ΔVBE／Re2

(6.1.2)2022/12/20第6章集成电路运算放大器17与图6.2023/1/4第6章集成电路运算放大器86由式(6.1.2)可知，利用两管基－射极电压差ΔVBE可以控制输出电流IC2。由于ΔVBE

的数值小，用阻值不大的电阻Re2，即可获得微小的工作电流，故称之为微电流源。Re2

一般为数kΩ，IC2

约为μA级。2022/12/20第6章集成电路运算放大器18由式(6.2023/1/4第6章集成电路运算放大器87例6.1.1多路电流源如图6.1.4所示。已知各BJT的参数β、VBE数值相同，求各电流源IC1、IC2、IC3与基准电流IREF的关系。解：由IREF＝IC＋IB0＝IC＋∑IB0

／β［转22］2022/12/20第6章集成电路运算放大器19例6.12023/1/4第6章集成电路运算放大器882022/12/20第6章集成电路运算放大器202023/1/4第6章集成电路运算放大器89得IC＝IREF－∑IB0／β当β较大时，

IC≈IREF由于BJT的参数β、VBE数值相同，则：IERe≈IREFRe

＝IE1Re1

＝IE2Re2＝IE3Re3

(6.1.3)2022/12/20第6章集成电路运算放大器21得2023/1/4第6章集成电路运算放大器90所以当IREF确定以后，改变各电流源的射极电阻，可获得不同的输出电流。2022/12/20第6章集成电路运算放大器22所以当IR2023/1/4第6章集成电路运算放大器913.有源负载如图6.1.5所示。T1为放大管，T2、T3组成镜像恒流源，作为T1管的交流负载。由于晶体管c、e间的交流电阻很大，以提高T1管的放大倍数。［转26］2022/12/20第6章集成电路运算放大器233.有源2023/1/4第6章集成电路运算放大器922022/12/20第6章集成电路运算放大器242023/1/4第6章集成电路运算放大器936.2差分放大电路差分放大电路功能：放大两个输入信号之差。差分放大电路是集成运放的主要组成单元。如图(6.2.1所示)2022/12/20第6章集成电路运算放大器256.2差2023/1/4第6章集成电路运算放大器94在电路完全对称的理想情况下，输出信号电压可表示为：vo＝AVD(vi1－vi2)

(6.2.1)2022/12/20第6章集成电路运算放大器26在电路完全2023/1/4第6章集成电路运算放大器95式中AVD是差分放大电路的差模电压放大倍数。由式中可以看出，vi1、vi2中所共有的任何信号对输出电压都不会产生影响，但在一般情况下，实际的输出电压不仅与两个信号的差(差模信号)有关，而且与两个信号中的共有信号(共模信号)有关。2022/12/20第6章集成电路运算放大器27式中AVD2023/1/4第6章集成电路运算放大器961.差模信号差模信号：大小相等，极性相反的一对信号，称之为差模信号。可用下式表示：vid＝vi1－vi2

(6.2.2)或2022/12/20第6章集成电路运算放大器281.差模2023/1/4第6章集成电路运算放大器972.共模信号共模信号：大小相等，极性相同的一对信号，称之为共模信号。可用下式表示：

(6.2.3)或vic1＝vic2＝vic2022/12/20第6章集成电路运算放大器292.共模2023/1/4第6章集成电路运算放大器983.两输入信号的表达式4.输出电压的表达式vo＝AVDvid＋AVCvic

(6.2.6)2022/12/20第6章集成电路运算放大器303.两输2023/1/4第6章集成电路运算放大器99式中AVD＝vod／vid为差模电压放大倍数(差模电压增益);AVC＝voc／vic

为共模电压放大倍数(共模电压增益)。2022/12/20第6章集成电路运算放大器31式中AVD2023/1/4第6章集成电路运算放大器100由(6.2.6)式可知，如果有两种情况的输入信号：一种：vi1＝+50μV，vi2＝－50μV；另一：v‘i1＝1050μV，v’i2＝950μV；尽管这两种情况下的差模信号vid＝100μV是相同的，但其共模信号却不一致，前者vic＝0，后者v'ic＝1000μV。因而差分放大电路的输出电压是不相同的。2022/12/20第6章集成电路运算放大器32由(6.22023/1/4第6章集成电路运算放大器1016.2.1基本差分放大电路如图6.2.2所示，是一个基本差分放大电路。1.电路组成它由两个特性相同的BJTT1、T2组成对称电路，电路参数也完全对称，即Rc1＝Rc2＝Rc等。电路中有两个电源+VCC和－VCC(一般情况下，两电源的大小相等)。［转36］2022/12/20第6章集成电路运算放大器336.2.12023/1/4第6章集成电路运算放大器102［转41］2022/12/20第6章集成电路运算放大器34［转41］2023/1/4第6章集成电路运算放大器1032.工作原理(1)静态分析当无输入信号，即vi1＝vi2＝0时，由于电路完全对称，

Rc1＝Rc2＝Rc，VBE1＝VBE2＝0.7V，2022/12/20第6章集成电路运算放大器352.工作2023/1/4第6章集成电路运算放大器104这时，iC1＝iC2

＝IC＝I

0/2，

IC1Rc1＝IC2Rc2＝ICRc

，

VC1＝VC2

＝VCC－ICRc，

vo＝vC1－vC2＝0。由此可知，vid＝vi1－vi2＝0时，输出信号电压vo也等于零。2022/12/20第6章集成电路运算放大器36这时，i2023/1/4第6章集成电路运算放大器105(2)动态分析当在电路的输入端输入一对大小相等，极性相反的(差模)信号时，两管的电流：一管增加，另一管减小，vo＝vC1－vC2≠0，这一对信号就是前述的差模信号。这种输入方式称之为差模输入。差分放大电路对差模信号具有放大能力。2022/12/20第6章集成电路运算放大器37(2)动2023/1/4第6章集成电路运算放大器1062.抑制零点漂移的原理零点漂移(零漂)：当差分放大电路输入信号等于零时，输出电压偏离原来的初始值(参考电压)而上下漂动的现象。如温度的变化而引起某放大电路输入级Q点变化，经后级放大而出现当输入电压为零时输出电压不为零的现象，这就是零点漂移。2022/12/20第6章集成电路运算放大器382.抑制2023/1/4第6章集成电路运算放大器107在差分放大电路中,无论是温度的变化还是电源电压的波动，都会引起两管集电极电流以及相应的集电极电压的变化，其效果相当于在两输入端加入了共模信号，由于电路是对称，共模输出电压voc＝0，从而抑制了零点漂移。实际情况，两管完全对称是不可能的，但抑制零漂的能力还是优于其他电路的。2022/12/20第6章集成电路运算放大器39在差分放大2023/1/4第6章集成电路运算放大器1083.主要性能指标的计算(1)差模电压放大倍数(增益)a.双入－双出时的差模电压放大倍数在图6.2.2中，若输入为差模输入，即vi1＝－vi2＝vid/2，由于一管的电流增加时，另一管的电流减小，在电路完全对称的情况下，iC1的增加量等于另一管iC2的减小量，所以流过恒流源的电流I0不变，ve＝0，故图6.2.2的交流通路如图6.2.3所示。2022/12/20第6章集成电路运算放大器403.主要2023/1/4第6章集成电路运算放大器1092022/12/20第6章集成电路运算放大器412023/1/4第6章集成电路运算放大器110当双端输出时，其差模电压放大倍数为：当c1、c2两点接入负载电阻RL时，2022/12/20第6章集成电路运算放大器42当双端输出2023/1/4第6章集成电路运算放大器111其中，R’L＝Rc∥RL/2。这是由于一管的电流增加时，另一管的电流减小，而c1、c2两点的电位向相反方向变化，即一边增量为正时，另一边增量为负，且大小相等，由此可见，负载电阻的中点是交流地电位，所以在差分放大电路的半边等效电路中，负载电阻是RL/2。2022/12/20第6章集成电路运算放大器43其中，R’2023/1/4第6章集成电路运算放大器112综上所述：在电路完全对称，双入－双出的情况下，图6.2.2的电压放大倍数(增益)与半边电路的电压放大倍数(增益)相等。可见，该电路是以成倍的元器件来换取抑制零漂的能力的。2022/12/20第6章集成电路运算放大器44综上所述：2023/1/4第6章集成电路运算放大器113b.双入－单出时的差模电压放大倍数如果从某一个管的集电极输出电压(vo1或vo2

)，则称之为单端输出(如图6.2.3’)所示。此时，电路的电压放大倍数(增益)只有双出时的一半，(当RL

＝∞)时，即［转48］2022/12/20第6章集成电路运算放大器45b.双入2023/1/4第6章集成电路运算放大器1142022/12/20第6章集成电路运算放大器462023/1/4第6章集成电路运算放大器115当RL≠∞)时其中，R'L＝Rc∥R'L

。2022/12/20第6章集成电路运算放大器47当RL≠2023/1/4第6章集成电路运算放大器116

c.单入时的差模电压放大倍数

(如图6.2.4所示。)图中ro为恒流源的交流电阻，其阻值一般很大，容易满足ro>>rbe的条件，这样可以认为ro对交流信号相当于开路，输入信号vid近似地平分在两管的输入回路上。［转51］2022/12/20第6章集成电路运算放大器48c.单2023/1/4第6章集成电路运算放大器1172022/12/20第6章集成电路运算放大器492023/1/4第6章集成电路运算放大器118图6.2.4与图6.2.3相比可知：两电路中作用于be结上的信号分量基本上是一致的。即单端输入时电路的工作状态与双端输入时近似一致。如ro足够大，则电路由双端输出时，其差模电压放大倍数(增益)与式(6.2.7)近似一致；而由单端输出时与式(6.2.9)近似一致；其他指标也基本一致。2022/12/20第6章集成电路运算放大器50图6.2.2023/1/4第6章集成电路运算放大器119(2)共模电压放大倍数(增益)a.双出时的共模电压放大倍数，如图6.2.5所示。当vi1＝vi2＝vic时，由于voc＝vo1－vo2＝0，所以［转54］2022/12/20第6章集成电路运算放大器51(2)共2023/1/4第6章集成电路运算放大器1202022/12/20第6章集成电路运算放大器522023/1/4第6章集成电路运算放大器121实际上，电路完全对称是不容易的，即使这样，这种电路抑制共模信号的能力还是很强的。共模电压放大倍数越小，放大