模拟电子技术 江晓安第六章运放

第六章集成运算放大器6.1零点漂移6.2差动放大电路6.3电流源电路6.4集成运算放大器介绍6.5集成运放的性能指标图6-1集成运放框图图6–2零点漂移6.2差动放大电路6.2.1基本形式图6–3差动放大电路的基本形式1.共模信号及共模电压放大倍数Auc

图6–4月差动电路的两种输入信号2.差模信号及差模电压放大倍数Aud

，是V1管的电压放大倍数；，是V2管的电压放大倍数。因为电路完全对称,所以6.2.2长尾式差动放大电路图6–5长尾式差动放大电路1.静态工作点的稳定性静态时,输入短路,由于流过电阻Re的电流为IE1和IE2之和,且电路对称,IE1=IE2,故,2.对共模信号的抑制作用图6–6长尾式差放共模交流通路3.对差模信号的放大作用图6-7长尾电路差模信号工作状况图中标出的各电流、电压的指向是规定正方向。在此规定正方向下,若电路绝对对称,则两管的差模输入电压Uid1=-Uid2,两管的发射极差模电流Ie1d=-Ie2d,所以流过Re的差模电流Ied为6.2.3差动放大器的主要指标1.差模电压放大倍数Aud

2.共模电压放大倍数Auc

3.共模抑制比CMRR或者4.差模输入电阻rid

5.差模输出电阻rod

6.共模输入电阻ric【例1】设图6-5所示长尾式差动电路绝对对称,求其Aud,Auc,CMRR,rid,rod和ric。解由图6-7(b)所示差模交流通路得因为电路绝对对称,所以在共模输入信号作用下,,因此由差模交流通路可注意到Ib1d=-Ib2d,则若共模输入信号的接入方式如图6-8(a),则因为,在共模信号作用下,Ib1c=Ib2c,所以若共模输入信号的接入方式如图6-8(b),则利用外加电源法,可以求得该电路的差模输出电阻rod和共模输出电阻roc,它们分别为图6–8两种共模信号接入方式6.2.4具有调零电路的差动放大器图6–9具有调零电路的差动电路差模放大倍数Aud差模输入电阻rid共模输入电阻ric(对应图6-8(a))或者为(对应图6-8(b))6.2.5恒流源差动放大电路图6–10恒流源的电流、电压特性图6–11恒流源差动放大电路设β=80,rce=100kΩ,rbe=1kΩ,R1=R2=6kΩ,R3=5kΩ,则ro3≈4.5MΩ。用如此大的电阻作为Re,可大大提高其对共模信号的抑制能力。而此时,恒流源所要求的电源电压却不高,即对应的静态电流为6.2.6一般输入信号情况【例2】在图6-5电路中,已知差模增益为48dB,共模抑制比为67dB,Ui1=5V,Ui2=5.01V，试求输出电压Uo。解因为20lg|Aud|=48dB,故Aud≈-251,而CMR=67dB,故CMRR≈2239,所以6.2.7差动放大电路四种接法1.双端输入、双端输出差模电压放大倍数为其中差动输入电阻rid和输出电阻rod为共模电压放大倍数为共模抑制比为图6–12差动放大电路的四种接法2.双端输入、单端输出3.单端输入、双端输出4.单端输入、单端输出这种接法的特点是：它比单管基本放大电路具有较强的抑制零漂能力,而且可根据不同的输出端,得到同相或反相关系。综上所述,差动放大电路电压放大倍数仅与输出形式有关,只要是双端输出,它的差模电压放大倍数与单管基本放大电路相同;如为单端输出,它的差模电压放大倍数是单管基本电压放大倍数的一半,输入电阻都是相同的。【例3】电路如图6-13所示,设UCC=UEE=12V,β1=β2=50,Rc1=Rc2=100kΩ,RW=200Ω,R3=33kΩ,R2=6.8kΩ,R1=2.2kΩ,Rs1=Rs20=10kΩ。(1)求静态工作点。(2)求差模电压放大倍数。(3)求RL=100kΩ时,差模电压放大倍数。(4)从V1管集电极输出,求差模电压放大倍数和共模抑制比CMRR(设rce3=50kΩ)。图6–13例3电路图解(1)静态工作点:设UBE3=0.6V,则所以所以一般估算时,认为UB≈0。(2)差模电压放大倍数:其中(3)当RL=100kΩ时：(4)当单端输出时(从V1管c1极输出):其中单端输出时,共模电压放大倍数为式中而所以故其共模抑制比为6.3电流源电路6.3.1镜像电流源电路图6–14镜像电流源及等效电路因为V1管的集电极和基极之间短路,所以V1管仅仅相当于一个由其发射结构成的二极管,将其记作VDE1,因此,图6-14(a)可以等效为图6-14(b)。由第一章公式(1-1)可知,PN结的伏安特性方程为。所以流过V1管与V2管发射结的电流分别为当β>>2时,又因为所以当UCC>>UBE2时,当β>>2,UCC>>UBE2时,则6.3.2威尔逊电流源图6–15威尔逊电流源及等效电路当(β2+2β+2)>>2时,当β=20时,威尔逊电流源的输出电流Io与参考电流IR之间的相对误差是：而图6-14的输出电流Io与参考电流IR之间的相对误差是：6.3.3比例电流源图6–16比例电流源由于V1与V2的发射结都处于导通状态,其伏安特性曲线十分陡峭(因为发射区都是重掺杂的),发射结正偏压的微小变化,就会导致发射极电流的显著变化,所以,当IE1与IE2相差不大(小于10倍)时,对应的发射结正偏压UBE1与UBE2相差十分微小。因此,在的范围内,可以近似认为UBE1=UBE2，代入公式(6-47)得(6-47)当β>>1时所以在的范围内当时,上式不再成立,可用下式估算6.3.4微电流源图6–17微电流源由电路图可知调节Re2的值,使UBE2<<UBE1，则IE2<<IE1

。因为β>>1,所以因为IB2<<IE2<<IE1，所以把Io≈IE2,IR≈IE1代入IE2<<IE1得Io<<IR。正确地选取Re2的值,可以使Io达到微安量级,而此时IR仍然很大,所以限流电阻R=(UCC-UBE1)/IR不会太大。可见,该电路能够在R不太大的条件下,获得微小的输出电流。定量分析如下：式中UT是温度电压当量；IS1与IS2分别是V1与V2发射结的反向饱和电流,由于V1与V2特性相同,所以(6-54)代入公式(6-54)得因为IE2≈Io,IE1≈IR,代入上式得由电路图可得(6-55)(6-56)

【例4】在图6-17电路中,UCC=15V,IR=1mA,Io=IC2=10μA,常温下,UT=26mV,请确定Re2及R的值。解：由公式(6-55)得由公式(6-56)得6.3.5多路电流源图6–18多路电流源6.3.6作为有源负载的电