模电课件-第3章差放电路13

第三章模拟集成运算放大器3.1电流源电路3.2差动放大电路3.3双极型集成运算放大器3.6理想集成运算放大器集成电路IC(IntegratedCircuit):将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。集成运算放大器简介运放实质：直接耦合的高增益多级放大器本章将分析电流源与差放单元电路及运放的基本知识§3.1电流源电路1、镜像电流源电路2、微电流源电路

3、比例电流源电路4、多路电流源电路1、镜像电流源电路IRIC1IC2IoI2B+VCCT2T1RRLIRIC1IC2IOI2B+VCCT2T1RRL

￭视IO为IR的镜像。

￭无论RL的值如何，IC2的电流值将保持不变。2、微电流源电路

IO=UBE/RE=UTln(IR/IO)/RE

IO≈

IE2=(UBE1-UBE2)/RE=UBE/RE电路分析：

当电源电压波动引起IR变化时，由于对数函数的缓慢变化特性，其IO的变化比较小。结论：输出电流小，稳定性好。3、比例电流源电路电路特点：在镜像电流源的基础上增加两个发射极电阻，就可使输出电流与基准电流成一定的比例关系。IO/IR=RE1/RE2该电路中输出电流和基准电流的比例关系由两射极电阻之比值决定，故称其为比例电流源。输出电阻Ro输出电阻Ro大，恒流特性优于镜像电流源。存在问题：随着多路电流源路数增加，各晶体管的基极电流之和增加，因而IC1与IR之间差值增大。这样各路输出电流与基准电流间的传输比将出现较大误差。4、多路电流源电路

用一个基准电流IR获得多个恒定电流IO1、IO2、……、IO(n-1)

。其原理同比例电流源电路。Σ多路电流源电路的改进电路ΣIB/(1+β)电流源的应用：电流源直流电阻小，交流电阻大，常用作有源负载。问题

:零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当

ui

等于零时，uo不等于零。uiRC1R1T1+VCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将信号淹没§3.2差动放大电路直接耦合电路的特殊问题一、基本结构特点：结构对称、特性相同。3.2.1差动放大电路的组成与工作原理ui1ui2+VCCuoRCR1T1RBRCR1T2RB零漂相抵消uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0当ui1

=

ui2=0

时：当温度变化时：+VCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui21、差模信号(differentialmode)差模输入信号：

ui1=-ui2（大小相等，极性相反）设uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因ui1=-ui2，

uC1=-uC2

uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1

差模电压放大倍数：+VCC(很大，>1)2、共模信号(commonmode)

+VCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：

ui1=ui2（大小相等，极性相同）理想情况：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模电压放大倍数：（很小，<1)但因两侧不完全对称，uo

0任意输入的信号:ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1

=uic+0.5

uid；ui2=uic–0.5

uid例:ui1=20mV,ui2=10mV则：uid=10mV,uic=15mV差模分量:共模分量:3、共模抑制比(CMRR)例:

Aud=-200

Auc=0.1

KCMR=20lg(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMR

=KCMR(dB)=(分贝)1、结构为了使左右平衡，可设置调零电位器:二、双电源长尾式差放特点：加入射极电阻RE

；加入负电源-VEE，采用正负双电源供电。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源-VEE提供。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE温度TiCiEuE=2iEREUBEiBiCRE的作用

设ui1

=ui2

=0自动稳定RE

具有共模负反馈作用——抑制温度漂移，稳定静态工作点。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEERCICIBIE2IE+_+_UBE2、Q点的估算uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEERCICIBIE2IE+_+_UBEUC=VCC－IC×RC

ui1

ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RE对差模信号不起作用uidRRuo+VCCRCT1RBRCT2RBRE–VEEib2ib1ic2ic1iRE3、差模特性分析差模信号通路T1单边微变等效电路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E（1）放大倍数单边差模放大倍数:uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1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,所以放大倍数：即：总的差动电压放大倍数为：差模电压放大倍数:uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2ERo=2RC

Ri

Ri

Ro输入电阻：输出电阻：（2）输入输出电阻uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E4、共模特性分析RE对共模信号有抑制作用。uC

ic1,ic2iRE,uRE

uoc2

uoc1ic1ic2iREuRE+VCCuocRCT1RBRCT2RBRE–VEEuCuBE1,uBE2

iB1、iB2

ic1,ic2共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1

uoc2

uoc1ic1ic2uc22REKCMR

uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+VCC三、恒流源式差放电路电路结构:IC3R2T3R1R3-VEE

rce3

1M恒流源T3:放大区R1uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+VCCIC3R2T3R3-VEEuCEIB3iCUCE3IC3QUCE3uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+VCCIC3R2T3R1R3-VEE静态分析：主要分析T3管1.恒流源相当于阻值很大的电阻。2.恒流源不影响差模放大倍数。3.恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比是无穷大。恒流源的作用四、差放电路的几种接法输入端接法双端单端输出端接法双端单端双端输入双端输出：ui1+VCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEERod=2RC双端输入单端输出（T1）：Rod=RC若由T2端输出Aud=?uoui1+VCCui2C1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEE单端输出时，

Auc=?RE越大，共模抑制能力越强单端输入、双端输出：ui1+VCCuoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEE

ib2

ib1Rod=2RC信号通过发射极耦合到另一输入端单端输入、单端输出(T1)：Rod=RC+_uoui1+VCCC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEE差动放大电路的性能指标输入输出方式AudAucRidRod双入、双出uo=uo1-uo2Ad102(RB+rbe)2RC双入、单出uo=uo10.5Ad1很小2(RB+rbe)RC单入、双出uo=uo1-uo2Ad102(RB+rbe)2RC单入、单出uid=ui1，uo=uo10.5Ad1很小2(RB+rbe)

RC总结：双端输出时Aud与单管Ad相同，单端输出时为Ad的一半；双端输出时Ro=2RC，单端输出时Ro=RC；双端输出时两管的温度漂移互相抵消，KCMR=;单端输出时由于引入共模负反馈，KCMR较高；单端输出时可选择从不同的管子输出，使uo与ui反相；单端输入时由于引入共模负反馈，仍工作在差分状态，Rid=2(RB+rbe)。例1：(1)估算静态值IC1、IC2、UC1、UC2

;(2)求uC1、uC2、uo。(1)静态分析+ui2_RCRC++uoui1__+_uo1uo2++__1kΩ1kΩ15kΩ15kΩ7.5kΩ200Ω(2)交流分析+ui2_RCRC++uoui1__+_uo1uo2++__1kΩ1kΩ15kΩ15kΩ7.5kΩ200Ω①共模信号uic=13mV作用单端输出RCRC+++uic1uic2___+_++__RC++uic1__2RE1/2RP双端输出RC++uic1__2RE1/2RPRC++uic1__2RE1/2RP双端输出②差模信号uid=6mV作用RCRC+++uid1uid2___+_++__+ui2_RCRC++uoui1__+_uo1uo2++__1kΩ1kΩ15kΩ15kΩ7.5kΩ200Ω例2：具有镜像电流源的差动放大电路如图所示，已知

三极管特性相同，。试求：（1）；（2）差模输入电阻、输出电阻；（3）差模电压放大倍数；（4）忽略共模信号的影响，当时，（5）共模电压放大倍数；（6）当时，解：1、2、分析差模特性画出差模交流通路5、分析共模特性画出共模交流通路6、集成电路:将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；§3.3双极型集成运算放大器集成电路内部结构的特点：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，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。3、直接耦合。4、二极管一般用三极管的发射结构成。+-VEE+VCC

u+uo

u–反相输入端同相输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：输入级中间级输出级与uo反相与uo同相+__对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高KCMR

,

输入阻抗Ri尽可能大。对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io，即输出阻抗Ro小。集成运放的结构（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。-VEE+VCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4级：互补对称射极跟随器差动放大器第2级第1级：差动放大器第3级：单管放大器–+集成运放内部结构（举例）极性判断

Ri大:几十k

几百k运放的特点：KCMR：很大

Ro小：几十几百

Aod很大:104107理想运放：

Ri

KCMR

Ro

0Aod

运放符号：＋－u－u+uo－＋＋

u－

u+

uoA国际符号国内符号§3.6理想集成运算放大器（1）开环差模电压增益Aod

（2）差模输入电阻Rid

（3）输出电阻Ro

0（4）共模抑制比KCMR

（5）输入失调电压UIO、输入失调电流IIO

及它们的温漂为零（6）输入偏置电流IIB

0一、技术指标1、差模输入电压=0“虚短”