第5章_集成運(yùn)算放大電路審校稿

1、 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院第第5 5章章 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路5.1 集成運(yùn)放的特點(diǎn)與基本組成集成運(yùn)放的特點(diǎn)與基本組成5.2 集成運(yùn)放中的電流源電路集成運(yùn)放中的電流源電路5.3 差分放大電路差分放大電路5.4 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路5.5 集成運(yùn)算放大電路的模型集成運(yùn)算放大電路的模型 集成電路集成電路（Integrated Circuits，簡稱，簡稱IC）是把整個(gè)）是把整個(gè)電路中的元器件制作在一塊硅基片上，以實(shí)現(xiàn)特定功能電路中的元器件制作在一塊硅基片上，以實(shí)現(xiàn)特定功能的電子電路，具有體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。的電子電路，具有體

2、積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院本章學(xué)習(xí)目的和要求本章學(xué)習(xí)目的和要求 1. 1.了解集成運(yùn)算放大器的工作特點(diǎn)和基本組成；了解集成運(yùn)算放大器的工作特點(diǎn)和基本組成； 2. 2.熟悉各種電流源電路的結(jié)構(gòu)以及工作原理；熟悉各種電流源電路的結(jié)構(gòu)以及工作原理； 3. 3.熟悉差分放大電路放大差模信號(hào)、抑制共模信號(hào)的原熟悉差分放大電路放大差模信號(hào)、抑制共模信號(hào)的原理；理； 4. 4.掌握差分式放大電路差模放大倍數(shù)、差模輸入電阻、掌握差分式放大電路差模放大倍數(shù)、差模輸入電阻、差模輸出電阻、共模放大倍數(shù)、共模輸入電阻、共模輸出差模輸出電阻、共模放大倍

3、數(shù)、共模輸入電阻、共模輸出電阻以及共模抑制比的計(jì)算；電阻以及共模抑制比的計(jì)算； 5. 5.了解常見集成運(yùn)算放大器的各部分結(jié)構(gòu)的工作原理，了解常見集成運(yùn)算放大器的各部分結(jié)構(gòu)的工作原理，掌握其電壓傳輸特性。掌握其電壓傳輸特性。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.1 集成運(yùn)放的特點(diǎn)與組成集成運(yùn)放的特點(diǎn)與組成5.1.1 集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5.1.2 集成運(yùn)放的基本組成集成運(yùn)放的基本組成 電路的元器件及其相關(guān)連接線制作在同一塊半導(dǎo)體硅電路的元器件及其相關(guān)連接線制作在同一塊半導(dǎo)體硅片上，并能完成特定功能的電子電路，稱為片上，并能完成特定功能的電子

4、電路，稱為集成電路集成電路。 按集成電路的集成度按集成電路的集成度可分小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和可分小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路；超大規(guī)模集成電路； 按電路功能按電路功能可分模擬集成電路和數(shù)字集成電路；可分模擬集成電路和數(shù)字集成電路； 模擬集成電路模擬集成電路又有集成運(yùn)算放大器（簡稱集成運(yùn)放）、又有集成運(yùn)算放大器（簡稱集成運(yùn)放）、集成功率放大器和集成穩(wěn)壓電源等多種。集成功率放大器和集成穩(wěn)壓電源等多種。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.1.1 集成運(yùn)放電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成運(yùn)放電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) (1)(1)元器件參數(shù)準(zhǔn)確度不高，但具有良好的一致性和

5、同向偏元器件參數(shù)準(zhǔn)確度不高，但具有良好的一致性和同向偏差，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的電路，如差分放大電路。差，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的電路，如差分放大電路。(2)(2)芯片面積小，集成度高，功耗小，一般在毫瓦級(jí)以下。芯片面積小，集成度高，功耗小，一般在毫瓦級(jí)以下。(3)(3)不易制造大電阻。需要大電阻時(shí)，往往使用有源器件的不易制造大電阻。需要大電阻時(shí)，往往使用有源器件的等效電阻替代或外接。等效電阻替代或外接。(4)(4)制作電容器比較困難，一般只能制作幾十皮法以下的小制作電容器比較困難，一般只能制作幾十皮法以下的小電容。因此，集成放大器一般采用直接耦合方式。如需電容。因此，集成放大器一般采用直接耦合方式

6、。如需大電容，只能外接。大電容，只能外接。(5)(5)不能制造電感，如一定要用電感，也只能外接。不能制造電感，如一定要用電感，也只能外接。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.1.2 集成運(yùn)放電路的基本組成集成運(yùn)放電路的基本組成圖圖5.1.1 集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 電路可分為四個(gè)組成部分：電路可分為四個(gè)組成部分：輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路級(jí)和偏置電路。 集成運(yùn)算放大器是一個(gè)高增益的多級(jí)直接耦合放大電路。集成運(yùn)算放大器是一個(gè)高增益的多級(jí)直接耦合放大電路。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與

7、電子電氣工程學(xué)院1輸入級(jí)輸入級(jí) 輸入級(jí)（又稱前置級(jí)），是雙端輸入的輸入級(jí)（又稱前置級(jí)），是雙端輸入的差分放大電路差分放大電路。 要求：具有很高的輸入電阻、較大的差模電壓放大倍數(shù)、要求：具有很高的輸入電阻、較大的差模電壓放大倍數(shù)、很強(qiáng)的共模信號(hào)抑制能力、很小的靜態(tài)電流和失調(diào)偏差。很強(qiáng)的共模信號(hào)抑制能力、很小的靜態(tài)電流和失調(diào)偏差。 2中間級(jí)中間級(jí) 中間級(jí)（又稱電壓放大級(jí)），可提供足夠大的電壓放大中間級(jí)（又稱電壓放大級(jí)），可提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。倍數(shù)。 要求：具有較高的電壓增益、較高的輸入電阻，應(yīng)向輸要求：具有較高的電壓增益、較高的輸入電阻，應(yīng)向輸出級(jí)提供較大的推動(dòng)電流。出級(jí)提供較大的推動(dòng)電流。

8、 多采用：多采用：共發(fā)射極共發(fā)射極(或共源極或共源極)放大電路放大電路，常采用復(fù)合管結(jié)，常采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)，以及恒流源作集電極負(fù)載，以提高電壓放大倍數(shù)，其放構(gòu)，以及恒流源作集電極負(fù)載，以提高電壓放大倍數(shù)，其放大倍數(shù)可達(dá)到幾千倍以上。大倍數(shù)可達(dá)到幾千倍以上。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 3輸出級(jí)輸出級(jí) 輸出級(jí)，作用是提供足夠大的輸出功率，以滿足負(fù)載的輸出級(jí)，作用是提供足夠大的輸出功率，以滿足負(fù)載的需要。需要。 要求：具有較小的輸出電阻，以增強(qiáng)帶負(fù)載的能力，以要求：具有較小的輸出電阻，以增強(qiáng)帶負(fù)載的能力，以及非線性失真小等特點(diǎn)。及非線性失真小等特點(diǎn)。 多

9、采用：多采用：互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路。 4偏置電路偏置電路 偏置電路，為集成運(yùn)放設(shè)置合適的偏置電流和靜態(tài)工作點(diǎn)。偏置電路，為集成運(yùn)放設(shè)置合適的偏置電流和靜態(tài)工作點(diǎn)。 多采用：多采用：電流源電路，電流源電路，為各級(jí)放大電路提供合適的集電極為各級(jí)放大電路提供合適的集電極(或發(fā)射極、漏極或發(fā)射極、漏極)靜態(tài)電流，同時(shí)作為有源負(fù)載。靜態(tài)電流，同時(shí)作為有源負(fù)載。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.2 集成運(yùn)放中的電流源電路集成運(yùn)放中的電流源電路5.2.1 鏡像電流源電路鏡像電流源電路 5.2.2 微電流源電路微電流源電路5.2.3 比例式電流源電路比例

10、式電流源電路5.2.4 多路電流源電路多路電流源電路5.2.5 電流源為負(fù)載的放大電路電流源為負(fù)載的放大電路 集成運(yùn)算放大器中的集成運(yùn)算放大器中的偏置電路一般采用電流源偏置偏置電路一般采用電流源偏置，保，保證電源電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)基本穩(wěn)定，增證電源電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)基本穩(wěn)定，增強(qiáng)電路的電源電壓適用性。強(qiáng)電路的電源電壓適用性。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.2.1 鏡像電流源電路鏡像電流源電路 鏡像電流源鏡像電流源又稱電流鏡，通過改變其中一個(gè)管子的電流又稱電流鏡，通過改變其中一個(gè)管子的電流來控制另一管的電流，以調(diào)節(jié)偏置

11、電流，確定靜態(tài)工作點(diǎn)。來控制另一管的電流，以調(diào)節(jié)偏置電流，確定靜態(tài)工作點(diǎn)。圖圖5.2.1 基本鏡像電流源電路基本鏡像電流源電路 T1 和和T2是兩個(gè)性能一致是兩個(gè)性能一致的三極管，的三極管， 且發(fā)射結(jié)并聯(lián)，且發(fā)射結(jié)并聯(lián)，則滿足：則滿足：12BEBEBEVVV 1=2= 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 忽略基區(qū)寬度忽略基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)調(diào)制效應(yīng)，有：，有： 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，并且具有一定的溫度補(bǔ)償作用。結(jié)構(gòu)簡單，并且具有一定的溫度補(bǔ)償作用。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： (1) 受電源的影響大。

12、當(dāng)變化時(shí)，幾乎也同樣隨之受電源的影響大。當(dāng)變化時(shí)，幾乎也同樣隨之變化，因此，它不適應(yīng)電源電壓在大幅度變動(dòng)的情況下變化，因此，它不適應(yīng)電源電壓在大幅度變動(dòng)的情況下運(yùn)行。運(yùn)行。 (2)由于恒流特性不夠理想，管子由于恒流特性不夠理想，管子c-e極間電壓變化時(shí)，極間電壓變化時(shí)，也作相應(yīng)變化，即電流源的輸出電阻還不夠大。也作相應(yīng)變化，即電流源的輸出電阻還不夠大。 (3)圖圖5.2.1電路中輸出電流與基準(zhǔn)電流僅僅近似相等，電路中輸出電流與基準(zhǔn)電流僅僅近似相等，特別是當(dāng)值不夠大時(shí)，兩者之間誤差更大。特別是當(dāng)值不夠大時(shí)，兩者之間誤差更大。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)

13、院5.2.2 微電流源電路微電流源電路圖圖5.2.2 微電流源電路微電流源電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.2.3 比例式電流源電路比例式電流源電路圖圖5.2.3 比例式電流源電路比例式電流源電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.2.3 比例式電流源電路比例式電流源電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.2.4 多路電流源電路多路電流源電路圖圖5.2.4 多路電流源電路多路電流源電路圖圖5.2.4可以提供多路成可以提供多路成一一定比例關(guān)系的電流源偏置電路定比

14、例關(guān)系的電流源偏置電路。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.2.5 電流源為負(fù)載的放大電路電流源為負(fù)載的放大電路 集成電路中，通常用電流源代替放大器的負(fù)載電阻，稱集成電路中，通常用電流源代替放大器的負(fù)載電阻，稱為放大器的為放大器的有源負(fù)載有源負(fù)載(Active Load)。圖圖5.2.5 有源負(fù)載有源負(fù)載 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.2.6 有源負(fù)載共源極放大器小信號(hào)等效電路有源負(fù)載共源極放大器小信號(hào)等效電路寫出寫出交流小信號(hào)電壓增益交流小信號(hào)電壓增益: 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范

15、學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院有源負(fù)載的放大器的有源負(fù)載的放大器的特點(diǎn)特點(diǎn)： (1)有源負(fù)載放大器一般具有很高的電壓增益。其數(shù)值有源負(fù)載放大器一般具有很高的電壓增益。其數(shù)值主要取決于晶體管的輸出阻抗，輸出阻抗越高，電壓增益主要取決于晶體管的輸出阻抗，輸出阻抗越高，電壓增益越大。越大。 (2)在保證晶體管進(jìn)入正常放大狀態(tài)的前提下，有源負(fù)在保證晶體管進(jìn)入正常放大狀態(tài)的前提下，有源負(fù)載放大器的增益與電源電壓無關(guān)，這為放大器的低電壓應(yīng)載放大器的增益與電源電壓無關(guān)，這為放大器的低電壓應(yīng)用提供了十分有利的條件。用提供了十分有利的條件。 (3)有源負(fù)載放大器在集成電路生產(chǎn)中不需要大電阻，有源負(fù)載放大器在集成電路

16、生產(chǎn)中不需要大電阻，可以大大節(jié)約芯片面積?？梢源蟠蠊?jié)約芯片面積。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.3 差分式放大電路差分式放大電路5.3.1 基本差分放大電路基本差分放大電路5.3.2 具有恒流源的差分放大電具有恒流源的差分放大電路路5.3.3 差分放大電路的四種接差分放大電路的四種接法法 穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，抑制溫度漂移的方法如下：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，抑制溫度漂移的方法如下： (1)在電路中引入直流負(fù)反饋，如典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定在電路中引入直流負(fù)反饋，如典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路圖中的發(fā)射極電阻所起的作用。電路圖中的發(fā)射極電阻所起的作用。 (2)采用溫度補(bǔ)償

17、的方法，利用熱敏元件來抵消放大管的采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，利用熱敏元件來抵消放大管的變化。變化?(3)采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消，構(gòu)成采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消，構(gòu)成差分放大電路。差分放大電路。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.3.1 基本差分放大電路基本差分放大電路圖圖5.3.1 差分放大器的基本電路形式差分放大器的基本電路形式1、電路組成、電路組成 將將兩個(gè)電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的共射極放大電路組合兩個(gè)電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的共射極放大電路組合在在一起，就構(gòu)成差分放大電路的基本形式。一起，就構(gòu)成差分放大電路的基本形式。 輸入

18、電壓輸入電壓 vi1 和和vi2 分別加在兩管的基極，分別加在兩管的基極，輸出電壓等于兩輸出電壓等于兩管的集電極電壓之差。管的集電極電壓之差。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.3.1 差分放大器的基本電路形式差分放大器的基本電路形式1、電路組成、電路組成 在理想情況下，電路中左右兩部分二極管的特性和電阻的在理想情況下，電路中左右兩部分二極管的特性和電阻的參數(shù)均完全相同，則當(dāng)輸入電壓等于零時(shí)參數(shù)均完全相同，則當(dāng)輸入電壓等于零時(shí)，VCQ1=VCQ2，故輸故輸出電壓出電壓VO=0。 如果如果溫度升高溫度升高, 使使ICQ1增大，增大，VCQ1減小，則減

19、小，則ICQ2也將增大，也將增大， VCQ2也將減小，而且兩管變化的幅度相等，結(jié)果也將減小，而且兩管變化的幅度相等，結(jié)果T1和和T2輸出端輸出端的的零點(diǎn)漂移將互相抵消零點(diǎn)漂移將互相抵消。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2、兩種輸入方式、兩種輸入方式-差模輸入和共模輸入方式差模輸入和共模輸入方式圖圖5.3.2 差分放大器的差模輸入方式差分放大器的差模輸入方式1）差模輸入差模輸入： 兩個(gè)輸入兩個(gè)輸入電壓電壓大小相等大小相等，極性相反極性相反。 差模輸差模輸入電壓用符入電壓用符號(hào)號(hào)vid表示。表示。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電

20、子電氣工程學(xué)院2)共模輸入共模輸入 兩個(gè)輸兩個(gè)輸入信號(hào)入信號(hào)大小大小相等，極性相等，極性相同相同。圖圖5.3.3 差分放大器的共模輸入方式差分放大器的共模輸入方式 共模輸共模輸入電壓用符入電壓用符號(hào)號(hào)vic 表示。表示。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 分別分析分別分析差分放大電路對(duì)差模和共模輸入信號(hào)的響應(yīng)，差分放大電路對(duì)差模和共模輸入信號(hào)的響應(yīng)，利用利用疊加定理疊加定理即可完整地描述差分放大電路對(duì)各種輸入信號(hào)即可完整地描述差分放大電路對(duì)各種輸入信號(hào)的響應(yīng)。的響應(yīng)。 通常認(rèn)為通常認(rèn)為差模輸入電壓反映了有效信號(hào)差模輸入電壓反映了有效信號(hào)，而，而共模輸入共

21、模輸入電壓反映了電壓反映了由于溫度變化而產(chǎn)生的由于溫度變化而產(chǎn)生的漂移信號(hào)漂移信號(hào)，或者是隨著有，或者是隨著有效信號(hào)一起進(jìn)入放大電路的某種效信號(hào)一起進(jìn)入放大電路的某種干擾信號(hào)干擾信號(hào)。 共模輸入電壓用符號(hào)共模輸入電壓用符號(hào)vic 表示。在差分放大電路的兩個(gè)輸表示。在差分放大電路的兩個(gè)輸入入端加上的任意大小、任意極性的輸入電壓端加上的任意大小、任意極性的輸入電壓vi1和和vi2，都可以，都可以被認(rèn)為是差模輸入電壓與共模輸入電壓的組合，其中差模輸被認(rèn)為是差模輸入電壓與共模輸入電壓的組合，其中差模輸入電壓入電壓vid和共模輸入電壓和共模輸入電壓vic的值分別為的值分別為 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電

22、氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院3、差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比、差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比 1)對(duì)差模輸入電壓的放大倍數(shù)稱為差模電壓放大倍數(shù)，對(duì)差模輸入電壓的放大倍數(shù)稱為差模電壓放大倍數(shù)，用用Avd表示表示 2) 對(duì)共模輸入電壓的放大倍數(shù)稱為共模電壓放大倍數(shù)，對(duì)共模輸入電壓的放大倍數(shù)稱為共模電壓放大倍數(shù)，用用Avc表示表示 ，即，即 3) 共模抑制比共模抑制比KCMR, 定義為差模電壓放大倍數(shù)與共模定義為差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，一般用對(duì)數(shù)表示，單位為電壓放大倍數(shù)之比，一般用對(duì)數(shù)表示，單位為dB，即，即 退出淮陰師范學(xué)院物理與電

23、子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.3.1 差分放大器的基本電路形式差分放大器的基本電路形式 如為理想情況，即差分放大電路左右兩部分的參數(shù)完全如為理想情況，即差分放大電路左右兩部分的參數(shù)完全對(duì)稱，則加上共模輸入信號(hào)時(shí)，對(duì)稱，則加上共模輸入信號(hào)時(shí)，T1和和T2的集電極電壓完全相的集電極電壓完全相等，輸出電壓等于等，輸出電壓等于0，則共模電壓放大倍數(shù)，則共模電壓放大倍數(shù)Avc=0，共模抑制，共模抑制比比KCMR =。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4、長尾式差分放大器、長尾式差分放大器圖圖5.3.4 長尾式差分放大電路長尾式差分放大電路

24、 由于射極電阻由于射極電阻Re好像電路的一個(gè)好像電路的一個(gè)尾巴，所以，也稱尾巴，所以，也稱長尾式差分放大電長尾式差分放大電路路。 T1和和T2特性、特性、參數(shù)一致，即參數(shù)一致，即、VBE、ICEO完全相同，完全相同，兩邊元件也對(duì)稱。兩邊元件也對(duì)稱。電路有兩個(gè)輸入端、電路有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端。兩個(gè)輸出端。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.3.4 長尾式差分放大電路長尾式差分放大電路（1）差動(dòng)放大電路的靜態(tài)分析）差動(dòng)放大電路的靜態(tài)分析 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院

25、淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院（2）差動(dòng)放大電路的動(dòng)態(tài)分析）差動(dòng)放大電路的動(dòng)態(tài)分析1）雙端輸入、雙端輸出的動(dòng)態(tài)分析）雙端輸入、雙端輸出的動(dòng)態(tài)分析 差模信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析。差模信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析。圖圖5.3.5 雙入、雙出方式的差分放大電路雙入、雙出方式的差分放大電路差模放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)為為： 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.3.5 雙入、雙出方式的雙入、雙出方式的差分放大電路差分放大電路圖圖5.3.6 單管差模動(dòng)態(tài)電路單管差模動(dòng)態(tài)電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.3.6 單管差模動(dòng)態(tài)電路單管差模

26、動(dòng)態(tài)電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 共模信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析共模信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析圖圖5.3.7 共模信號(hào)輸入的差動(dòng)放大電路共模信號(hào)輸入的差動(dòng)放大電路1）雙入雙出雙入雙出：由電路的對(duì)稱性可得：由電路的對(duì)稱性可得： 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.3.8 共模信號(hào)的動(dòng)態(tài)通路共模信號(hào)的動(dòng)態(tài)通路由動(dòng)態(tài)通路可知：由動(dòng)態(tài)通路可知： 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2）雙端輸入、單端輸出的動(dòng)態(tài)分析）雙端輸入、單端輸出的動(dòng)態(tài)分析差模信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析差模信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析圖圖5.3.9 雙入

27、單出的差動(dòng)放大電路雙入單出的差動(dòng)放大電路差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)：差模輸入電阻差模輸入電阻：差模輸出電阻差模輸出電阻： 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院共模信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析共模信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析共模抑制比共模抑制比 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.3.2 具有恒流源的差分放大電路具有恒流源的差分放大電路圖圖5.3.10 恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.3.10 恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路則恒流管則恒流管T3

28、的靜態(tài)電流為的靜態(tài)電流為 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖5.3.11 恒流源式差分放大電路的簡化表示法恒流源式差分放大電路的簡化表示法 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.3.3 差分放大電路的四種接法差分放大電路的四種接法 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院1雙端輸入、雙端輸出雙端輸入、雙端輸出 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2雙端輸入、單端輸出雙端輸入、單端輸出 這種接法常用于將差分信號(hào)這種接法常用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，

29、以便與后面的轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，以便與后面的放大級(jí)實(shí)現(xiàn)共地。放大級(jí)實(shí)現(xiàn)共地。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院3單端輸入、雙端輸出單端輸入、雙端輸出單端輸入單端輸入時(shí)時(shí)，輸入電壓只加在某一個(gè)三極管的基極與公共，輸入電壓只加在某一個(gè)三極管的基極與公共端之間，另一管的基極接地端之間，另一管的基極接地。相當(dāng)于從兩端輸入一對(duì)差模信號(hào)相當(dāng)于從兩端輸入一對(duì)差模信號(hào)這種接法主要用于將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為這種接法主要用于將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙端輸出，作為下一級(jí)差分輸入信號(hào)。雙端輸出，作為下一級(jí)差分輸入信號(hào)。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.

30、單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出單端輸出，其差模單端輸出，其差模電電壓放大倍壓放大倍數(shù)約為雙端輸出時(shí)的一半數(shù)約為雙端輸出時(shí)的一半： 單端輸入和單端輸出，單端輸入和單端輸出，具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力。另。另外，從不同的三極管集電極輸出，外，從不同的三極管集電極輸出，可使輸出電壓與輸入電壓可使輸出電壓與輸入電壓反相或反相或同同相相。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院表表5.3.1 差分放大電路的四種接法比較差分放大電路的四種接法比較 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院結(jié)論：結(jié)論：(4)單端輸出

31、時(shí)，不同輸出單端輸出時(shí)，不同輸出端端，輸出電壓與輸入電壓反相或同相。，輸出電壓與輸入電壓反相或同相。(5)單端輸入時(shí)，由于引入了很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，兩個(gè)三極管仍單端輸入時(shí)，由于引入了很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，兩個(gè)三極管仍基本工作在差分狀態(tài)。基本工作在差分狀態(tài)。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.4 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路5.4.1 集成運(yùn)算放大器典型產(chǎn)品簡介集成運(yùn)算放大器典型產(chǎn)品簡介5.4.2 集成運(yùn)算放大器的表示符號(hào)集成運(yùn)算放大器的表示符號(hào)5.4.3 集成運(yùn)算放大器的分類及主要技術(shù)指標(biāo)集成運(yùn)算放大器的分類及主要技術(shù)指標(biāo) 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣

32、工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.4.1 集成運(yùn)算放大器典型產(chǎn)品簡介集成運(yùn)算放大器典型產(chǎn)品簡介4個(gè)組成個(gè)組成：輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)偏置電路偏置電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院1.輸入級(jí)輸入級(jí) T1T4組成共集組成共集-共基共基差分放大電路差分放大電路，具具有較高的輸入阻有較高的輸入阻抗和電壓增益。抗和電壓增益。 T8、T9組成組成鏡像電流源鏡像電流源，代替電阻，代替電阻RE，并提供恒定直流，并提供恒定直流工作電流。工作電流。 T5、T6、T7(射極輸出器射極輸出器)也組成鏡像電流源，作為輸入也組成鏡像電流源，作為輸入級(jí)差

33、分電路的級(jí)差分電路的有源負(fù)載有源負(fù)載，提高電壓增益同時(shí)把雙端輸入，提高電壓增益同時(shí)把雙端輸入轉(zhuǎn)化為單端輸出到中間級(jí)。轉(zhuǎn)化為單端輸出到中間級(jí)。鏈接（圖鏈接（圖5.4.1） 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2.偏置電路偏置電路T12與與T13也構(gòu)成鏡像電流源，為中間級(jí)的也構(gòu)成鏡像電流源，為中間級(jí)的T16、T17管提管提供集電極有源負(fù)載。供集電極有源負(fù)載。3.中間放大級(jí)中間放大級(jí)T16、T17三極管組成共射接法復(fù)合管，集電極采用有源三極管組成共射接法復(fù)合管，集電極采用有源負(fù)載，保證了集成運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)達(dá)到幾萬倍。負(fù)載，保證了集成運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)達(dá)

34、到幾萬倍。鏈接（圖鏈接（圖5.4.1） 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.輸出級(jí)輸出級(jí)集成運(yùn)放要求一定的輸出功率和較小的輸出電阻，故集成運(yùn)放要求一定的輸出功率和較小的輸出電阻，故輸出管輸出管T14和和T20都接成射極輸出器。都接成射極輸出器。集成運(yùn)放的第集成運(yùn)放的第6腳為輸出端，腳為輸出端，7腳為正電源端，腳為正電源端，4腳為腳為負(fù)電源端。負(fù)電源端。A741采用的是采用的是T14和和T20管組成的管組成的互補(bǔ)功率輸出電路互補(bǔ)功率輸出電路。避免了輸出交流電壓經(jīng)過零點(diǎn)附近的交越失真。避免了輸出交流電壓經(jīng)過零點(diǎn)附近的交越失真。鏈接（圖鏈接（圖5.4.1） 退

35、出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.4.2 集成運(yùn)算放大器的表示符號(hào)集成運(yùn)算放大器的表示符號(hào)圖圖5.4.2 集成運(yùn)放的電路符號(hào)集成運(yùn)放的電路符號(hào)兩個(gè)輸入端兩個(gè)輸入端：反相輸入端反相輸入端和和同相輸入端同相輸入端，分別用符號(hào)，分別用符號(hào)“-”和和“+”標(biāo)明。標(biāo)明。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.4.3 集成運(yùn)算放大器的分類及主要技術(shù)指標(biāo)集成運(yùn)算放大器的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.集成運(yùn)算放大器的分類集成運(yùn)算放大器的分類按集成度按集成度：小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路(SSI) 、中規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路MSI)、大

36、規(guī)模、大規(guī)模 集成電路集成電路LSI)和超大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路(VLSI)等等；按處理信號(hào)對(duì)象按處理信號(hào)對(duì)象：模擬集成電路、數(shù)字集成電路、混合型集成電路；模擬集成電路、數(shù)字集成電路、混合型集成電路；按芯片制造工藝按芯片制造工藝：薄膜集成電路、厚膜集成電路和混合型集成電路；薄膜集成電路、厚膜集成電路和混合型集成電路；按有源器件的種類按有源器件的種類：雙極型集成電路雙極型集成電路(BJT)和和單單極型集成電路極型集成電路 (MOSFET或或JFET)；按晶體管的工作狀態(tài)按晶體管的工作狀態(tài)：線性集成電路和非線性集成電路線性集成電路和非線性集成電路。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院

37、淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2.集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)在室溫（在室溫（25）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為零時(shí)，為）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為零時(shí)，為了使集成運(yùn)放的輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫了使集成運(yùn)放的輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫失調(diào)電壓失調(diào)電壓VIO。一般約為。一般約為（110）mV。 輸入偏置電流輸入偏置電流是指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值。是指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值。 IIB（IBNIBP）/ /2 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO是指當(dāng)輸

38、入電壓為零時(shí)流入放大器兩輸是指當(dāng)輸入電壓為零時(shí)流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即入端的靜態(tài)基極電流之差，即IIO|IBPIBN| 一般約為一般約為1 nA0.1 A。 （4）溫度漂移）溫度漂移 1）輸入失調(diào)電壓溫漂）輸入失調(diào)電壓溫漂 VIO / T 2）輸入失調(diào)電流溫漂）輸入失調(diào)電流溫漂 IIO / T 通常將溫度每變化通常將溫度每變化1在輸出端引起的漂移折合到輸入端在輸出端引起的漂移折合到輸入端的大小作為的大小作為溫度漂移指標(biāo)溫度漂移指標(biāo)。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院一般指運(yùn)放在作電壓跟隨器時(shí)，使輸出電壓產(chǎn)生一般指運(yùn)放在作電壓跟隨器時(shí)，使輸

39、出電壓產(chǎn)生1%跟隨誤跟隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質(zhì)量的運(yùn)放可達(dá)差的共模輸入電壓幅值，高質(zhì)量的運(yùn)放可達(dá) 13V。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院（9）開環(huán)帶寬）開環(huán)帶寬BW 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.5 集成運(yùn)算放大電路的模型集成運(yùn)算放大電路的模型5.5.1 集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性5.5.2 理想集成運(yùn)算放大器的模型理想集成運(yùn)算放大器的模型 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.5.1 集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性集成運(yùn)算放大器的電

40、壓傳輸特性集成運(yùn)放集成運(yùn)放輸出和輸入之間的特性輸出和輸入之間的特性，稱為集成運(yùn)放的傳輸特性。，稱為集成運(yùn)放的傳輸特性。圖圖5.5.1 反相比例反相比例運(yùn)放的電壓傳輸特性運(yùn)放的電壓傳輸特性工作區(qū)域分為：工作區(qū)域分為：線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)（飽和區(qū)）非線性區(qū)（飽和區(qū)） 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院1.集成運(yùn)放工作在線性區(qū)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)運(yùn)放工作在線性區(qū)運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)：時(shí)：圖圖5.5.2 理想運(yùn)放的開環(huán)傳輸特性理想運(yùn)放的開環(huán)傳輸特性 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院可見，負(fù)反饋的引入，可見，負(fù)反饋的引入，將輸入

41、信號(hào)的變化范圍將輸入信號(hào)的變化范圍擴(kuò)大擴(kuò)大了了1000倍，可在倍，可在0.1V-0.1V范圍內(nèi)均工作范圍內(nèi)均工作在線性區(qū)在線性區(qū)。圖圖5.5.3 利用負(fù)反饋擴(kuò)大線形區(qū)利用負(fù)反饋擴(kuò)大線形區(qū) 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2.集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)集成運(yùn)放工作在非線性區(qū) 為了使集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)，集成運(yùn)放均開環(huán)運(yùn)為了使集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)，集成運(yùn)放均開環(huán)運(yùn)用或者加正反饋。即用或者加正反饋。即圖圖5.5.2 理想運(yùn)放的開環(huán)傳輸特性理想運(yùn)放的開環(huán)傳輸特性 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院5.5.2 理想集成運(yùn)算放大

42、器的模型理想集成運(yùn)算放大器的模型1.集成運(yùn)放理想化條件集成運(yùn)放理想化條件(8)無干擾、無噪聲。無干擾、無噪聲。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院1. vo的飽和極限值等于運(yùn)放的電源電壓的飽和極限值等于運(yùn)放的電源電壓V和和V 2. 運(yùn)放的開環(huán)電壓增益很高運(yùn)放的開環(huán)電壓增益很高 若（若（vPvN）0，則，則 vO=V 若（若（vPvN）0， 則則 vO=V 3. 若若V vO V ，則，則 （vPvN）0 4. 輸入電阻輸入電阻ri的阻值很高，使的阻值很高，使 iP 0、iN 0 5. 輸出電阻很小，輸出電阻很小， ro 0NvPviv圖圖5.5.2 理想運(yùn)放圖形符號(hào)理想運(yùn)放圖形符號(hào) 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2.理想集成運(yùn)放的重要特性理想集成運(yùn)放的重要特性（