模拟电子技术0CH06-2

4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路电路拓扑分析：T1和T2对管组成差分放大T3和T4组成镜像电流源作为T1和T2的集电极有源负载。输出从同相端输出。T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2的射极有源负载。各有源负载为电路提供稳定的静态电流。双入单出电路14.带有源负载的射极耦合差分式放大电路电路静态分析：IE6IREFIO

＝IE5vi1=v

i2=0时Io和IREF由电阻Re5和Re6反比分配差分电路静态电流：Ic1=Ic2Ic3=Ic4≈Ic5/2=Io/2≈24.带有源负载的射极耦合差分式放大电路电路动态分析：在输入端加：电压加载后T1电流增加T2电流减少即流入电流源电流不变ic1

的增加等于ic2的减少ve=0故得交流通路图如上图所示34.带有源负载的射极耦合差分式放大电路电路电流关系：在输出端：带有源负载差分放大电路的单端输出电流是基本单端输出差放的两倍ic1通过ic3镜像ic4达到与ic2差分得到双倍电流io44.带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模电压增益（负载开路）则单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益c2节点方程比较双端输出此时Rc=rce4输出回路小信号模型54.带有源负载的射极耦合差分式放大电路单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益比较双端输出输出回路小信号模型加负载时：RLRL与rce2，rce4并联且，RL<<rce2，rce464.带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模输入电阻Rid＝2rbe输出电阻74.带有源负载的射极耦合差分式放大电路共模增益：0共模输入电阻

Ric＝0.5{rbe＋2(1＋β)ro5}ro5是从T5集电极看进去的电流源内阻86.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路电路结构分析：增强型绝缘栅MOSFET管组成的差分电路N沟道和P沟道管混合构成电路-CMOS电路与BJT管组成的电路相比应该有很高的输入阻抗电路由8只MOS管组成T5、T6和T7构成基准电流（IREF）电路T8构成源极负载96.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路电路结构分析：NMOS对管T1和T2构成源极耦合差分式电路T3和T4构成T1和T2管的漏极有源负载通过调整各管的宽长比（W/L）调节各管的电流106.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路电路结构分析：PMOS管的衬底接低电位NMOS管的衬底接高电位保证形成沟道和漏源电流116.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路电路静态分析：由于电路对称：此时输入电压：T1与T2、T3和T4、T7和T8特性相同126.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路电路动态态分析：接入输入电压：T1管的电流增加，vo1下降T2管的电流减少，vo2上升这时：有输出！136.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路而:所以：双端输出差模电压增益vo1?146.2.3源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路单端输出差模电压增益vo2＝(id4-id2)(ro2||ro4) ＝gmvid（ro2||ro4）

(ro2||ro4) ＝gm(ro2||ro4)与双端输出相同＝gm(rds2||rds4)015差分电路特点小结：射极（源极）采用恒流源做负载：共模抑制比高集电极(漏极）采用恒流源做负载：单/双端输出增益几乎相等166.3差分式放大电路的传输特性由于发射结实质是二极管的PN结故有：176.3差分式放大电路的传输特性根据iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2

又vO1＝VCC－iC1Rc1vO2＝VCC－iC2Rc2可得传输特性曲线vO1，vO2＝f（vid）18特性曲线区域的划分：工作在线性区；工作在非线性区；工作在饱和区（有限幅作用）。工作在静态工作点vO1，vO2＝f（vid）的传输特性曲线19场效应管差动放大器的传输特性FET的传输特性与BJT类似JFET的传输特性的线性更好20加入射极电阻，利用其反馈作用，可扩大线性工作区21226.4集成电路运算放大器6.4.1CMOSMC14573集成电路运算放大器6.4.2BJTLM741集成运算放大器23集成电路的组成：偏置电路辅助环节输入级中间级输出级要求：输入电阻高共模抑制比高静态电流小24集成电路的组成：偏置电路辅助环节输入级中间级输出级要求：放大倍数大25集成电路的组成：偏置电路辅助环节输入级中间级输出级特点：多采用互补对称输出电路放大倍数大输出电压线性范围大输出电阻小26集成电路的组成：偏置电路辅助环节输入级中间级输出级功能：用于设置静态工作点采用恒流源提供静态工作电流27集成电路的组成：偏置电路辅助环节输入级中间级输出级功能：调整电路状态，确保电路正常工作提供电平偏移，调零，短路过流保护等电路28集成电路分类（按工艺）BJT：输入偏置电流大，功耗大，能提供较大的负载电流CMOS：输入电阻高、功耗低、可低电压工作BiFET：用结型FET作为输入级，高输入阻抗、高精度、低噪声（互补金属氧化物半导体晶体管-np沟道增强型MOSFET构成）静态消耗小BiCMOS：BJT和MOS混合构成296.4.1CMOSMC14573集成电路运算放大器1.电路结构和工作原理电路结构：全部CMOS管电路PMOST1和T2组成源极耦合差放注意源极在上面NMOST3、T4作T1、T2的漏极负载PMOST5、T6构成镜像电流源为差放提供直流负载IREF由外接RREF确定306.4.1CMOSMC14573集成电路运算放大器1.电路结构和工作原理电路结构：输出由T7组成共源极放大电路PMOST8为T7提供直流偏置，作为T7的有源负载Cc为内部补偿电容，降低带宽保证系统稳定差动由T2漏极输出312.电路技术指标的分析计算(1)直流分析已知VT和KP5，联立上述方程可求出IREF

根据各管子的宽长比，可求出其他支路电流。32宽长比分布33(2)小信号分析设gm1=gm2=gm

则2.电路技术指标的分析计算输入级电压增益等于单个共源级增益。负载是后级的栅源级很大省略34(2)小信号分析2.电路技术指标的分析计算总电压增益Av2=vo/vgs7

=－gm7(rds7||rds8)

第二级电压增益式中：35(2)小信号分析2.电路技术指标的分析计算将参数代入计算得Av

=

40804.8（92.2dB）缺点：没有保护措施，后级共源级带负载能力差366.4.2BJTLM741集成运算放大器原理电路37通用集成运放组成：24个BJT、10个电阻一个电容电流源：8/9、T12/13、T10/11R5：主偏置电阻T13双集电极IC13B=（3/4）IC12，供中间级偏置IC13A=（1/4）IC12，供输出级383940简化电路6.4.2BJTLM741集成运算放大器主放大通路416.4.2BJTLM741集成运算放大器输入级：T1–T6组成差分式放大器T1-T4构成共集-共基复合差分式放大器T5–T7构成有源负载T1/2采用纵向NPN管共集电极提高输入阻抗T3/4采用横向NPN管电流增益小，击穿电压大提高最大差模输入电压Vidm=±30V此构成有利于：提高电压增益扩大输入电压范围Vicm=13V426.4.2BJTLM741集成运算放大器当vi=0，T16/17β值较大，IB16很小，则：IC3=IC5=IC4=IC6输出电流iO1=0接入信号vi并使同相端3为（+）反相端2为（-）则T3、T5和T6的电流增加ic3=ic5=ic6=ic-ic4=-icT4电流减少为输出电流：io1=ic4-ic6=（IC4-ic4）-（Ic6+ic6）=-2ic差分输入级的输出电流为两边输出电流变化的总和单端增益约等于双端输出的增益43中间级：T16共集电极电路-阻抗转换T17共射极电路-电压放大T13B为T17提供集电极负载-使增益更大输出级：T14和T20构成互补对称输出T18/19的VBE为T14/20提供起始偏压T19为T18的反馈，保证VCE18的稳定T15/21提供过流保护44电路不可能完全对称使用调零电阻使vo=045466.5实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响6.5.1实际集成运放的主要参数6.5.2集成运放应用中的实际问题47集成运放的性能参数：-设计电路时选择器件的依据直流误差特性差模特性共模特性大信号特性电源特性486.5.1实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）1.输入失调电压VIO理想运放-输入为零，输出为零实际电路差分输入很难完全对称电路的某种原因产生的不对称造成：输入级的输出电压发生微小变化经过后级的逐级放大会使运放在输出端产生较大的输出电压（漂移）实际运放：输入为零时，存在一定的输出电压定义：496.5.1实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）1.输入失调电压VIO在室温（25℃）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压VIO。一般约为±（1～10）mV。超低失调运放为（1～20）V。高精度运放OP-117VIO=4V。MOSFET达20mV。506.5.1实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）1.输入失调电压VIO输入电压VI=0时，输出电压VO折合到输入端的电压负值。输入端以这个负值输入时，会使输出端为零这个电压即为：输入失调电压VIO输入失调电压VIO的大小反映电路的对称程度和电位配合情况516.5.1实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）2.输入偏置电流IIB输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值IIB＝（IBN＋IBP）/2BJT为10nA～1A；MOSFET运放IIB在pA数量级。从使用角度来看，越小越好，信号源内阻的变化引起的输出电压变化越小526.5.1实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）3.输入失调电流IIO输入失调电流IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即IIO＝|IBP－IBN|VI＝0一般约为1nA～0.1A。

4.温度漂移（1）输入失调电压温漂VIO/

T（2）输入失调电流温漂IIO/

T536.5.1实际集成运放的主要参数差模特性1.开环差模电压增益Avo和带宽BW

开环差模电压增益Avo开环带宽BW

(fH)单位增益带宽

BWG(fT)741型运放AvO的频率响应能做音响放大吗？546.5.1实际集成运放的主要参数差模特性2.差模输入电阻rid和输出电阻ro

BJT输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放rid＞1012Ω超高输入电阻运放rid＞1013Ω、IIB≤0.040pA一般运放的ro＜200Ω，而超高速AD9610的ro＝0.05Ω。3.最大差模输入电压Vidmax同相与反相输入端最大能承受的电压。平面工艺NPN为±V5，横向BJT可高达±30V高速电路输出电阻小便于带容性负载556.5.1实际集成运放的主要参数共模特性1.共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric

一般通用型运放KCMR为（80～120）dB，高精度运放可达140dB，ric≥100MΩ。2.最大共模输入电压Vicmax

一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值。高质量的运放可达±13V。运放所能承受的最大共模输入电压。超过时共模抑制比将显著下降。566.5.1实际集成运放的主要参数大信号动态特性1.转换速率SR放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率，即 衡量大输出电压跟随输入的能力斜率SRvivo576.5.1实际集成运放的主要参数大信号动态特性1.转换速率SR若信号为vi＝Vimsin2ft，则运放的SR必须满足：工作频率与最大电压成反比求导为零时的值58SＲ太小造成输出波形失真(a)f＞fp;(b)f>>fp

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