集成運放第一、二節(jié)

1、Welcome to us !Welcome to us !6.16.1集成電路運算放大器中的電流源集成電路運算放大器中的電流源6.26.2差分式放大電路差分式放大電路6.36.3集成電路運算放大器集成電路運算放大器6.46.4集成電路運算放大器的主要參數(shù)集成電路運算放大器的主要參數(shù) ：把整個電路中的元器件制作在一快硅基片上，：把整個電路中的元器件制作在一快硅基片上，構(gòu)成特定的功能的電子電路。構(gòu)成特定的功能的電子電路。1 就就集成度集成度分：小規(guī)模中規(guī)模分：小規(guī)模中規(guī)模 大規(guī)模大規(guī)模 超大規(guī)模（每塊芯超大規(guī)模（每塊芯片上可有上億個元件）片上可有上億個元件）2 就就導電類型導電類型分：雙極型分：

2、雙極型 單極型單極型 兩種兼容型兩種兼容型3 就就功能功能分：數(shù)字集成電路模擬集成電路運算放大電路分：數(shù)字集成電路模擬集成電路運算放大電路 功率放大電路等功率放大電路等集成電路集成電路分類分類： 由于制造工藝上的原因，模擬集成電路與分立元件電路由于制造工藝上的原因，模擬集成電路與分立元件電路相比有以下相比有以下特點特點：（1）電阻和電容的值不宜做得太大，電路結(jié)構(gòu)上采用直接藕合）電阻和電容的值不宜做得太大，電路結(jié)構(gòu)上采用直接藕合方式方式 由于集成電路中，由于集成電路中，電阻電阻是利用是利用NPN管的基區(qū)體電阻構(gòu)成，管的基區(qū)體電阻構(gòu)成， 電阻值的范圍一般為幾十歐電阻值的范圍一般為幾十歐10千歐左右

3、，阻值范圍不大，且阻千歐左右，阻值范圍不大，且阻值精度不易控制，誤差可達值精度不易控制，誤差可達10%20%。所以，若需要高阻值電。所以，若需要高阻值電阻，可用阻，可用BJT或或FET等組成的恒流源代替，或采用外接電阻的方等組成的恒流源代替，或采用外接電阻的方法。法。 電容電容則采用則采用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成，約在結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成，約在100PF以下，誤差也以下，誤差也較大，因此電路結(jié)構(gòu)只能采用直接耦合方式。較大，因此電路結(jié)構(gòu)只能采用直接耦合方式。電感電感的制造則更的制造則更加困難。加困難。集成電路的特點集成電路的特點（2）為克服直接耦合電路的）為克服直接耦合電路的溫度漂移溫度漂移，常采用差分式放

4、大電路，常采用差分式放大電路 作為輸入級作為輸入級（3）盡量采用）盡量采用BJT（或或FET）代替電阻電容和二極管等元件代替電阻電容和二極管等元件 在集成電路制造工藝中，制造三極管（特別是在集成電路制造工藝中，制造三極管（特別是NPN管）比制管）比制造其他元件容易，且占用面積小，性能好。因此常用造其他元件容易，且占用面積小，性能好。因此常用BJT（或或FET）構(gòu)成恒流源作偏置電阻；將構(gòu)成恒流源作偏置電阻；將BJT的基極和集電極短接構(gòu)成二的基極和集電極短接構(gòu)成二極管穩(wěn)壓管等；用復合管共射極管穩(wěn)壓管等；用復合管共射共基共集共基共集共基等組合電共基等組合電阻來改善單管電路的性能。阻來改善單管電路的性

5、能。1. 1. 鏡像電流源鏡像電流源2. 2. 微電流源微電流源3. 3. 電流源用作有源負載電流源用作有源負載1 1. . 鏡像電流源鏡像電流源設(shè)T1 T2參數(shù)完全相同。 1= 2，ICEO1 = ICEO2 ， VBE1=VBE2 ， IE1 =IE2 ， IC1=IC2存在問題：當不夠大時，IC2與IREF 差異較大改改 進進IC2 IC1 IREF （VccVBE）/ R Vcc / RRRcT1T2Vcc2IBIREFIC1IE1IC2IC2IREF無論無論Rc的值如何，的值如何， IC2的電流值將保持不變。的電流值將保持不變。IREFIC1IC2IBT1T2RVccT3IB2IB1

6、IC2 IREFIC2IREF鏡像電流源改進電路：鏡像電流源改進電路：鏡像電流源電路適合用于較大工作電流（mA級）的場合，若需要IC2 R ，在集成電路中不易實現(xiàn)。故推出 IREF RVVBECC22 2. . 微電流源微電流源IREFIC1IE2IC2RRe22IBT1T2VccIE2Re2 = V BE1VBE2IE2Re2+ VBE2= VBE1（KVL方程）方程）IE2 =（V BE1VBE2 ）/ Re2 IC2 V BE的數(shù)值很小的數(shù)值很小 IC2亦很小，故稱為亦很小，故稱為IREF （VccVBE）/ R Vcc / R 當電流變化時當電流變化時 IREF變化變化 V BE變化很

7、小變化很小 IC2變化很?。ㄟh變化很?。ㄟh小于小于IREF的變化）的變化） IC2較穩(wěn)定較穩(wěn)定3. 3. 電流源用作有源負載電流源用作有源負載RT2VccT1T3VOVIIREF特點：直流電阻小，交流電阻很大直流電阻小，交流電阻很大提高交流放大倍數(shù)而不影響提高交流放大倍數(shù)而不影響 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點亦常用作射級負載亦常用作射級負載電流源用作集電極負載電流源用作集電極負載線性放大vi1vi2vo基本差分式放大電路線性放大vi1vi2vovo=AVD（vi1vi2）差模電壓增益基本差分式放大電路1. 差模信號：差模信號： vid = vi1 vi22. 共模信號：共模信號： vic = （vi1

8、 + vi2 ）/2可以看出：可以看出：差模信號是在兩輸入端各加入了一個大小相差模信號是在兩輸入端各加入了一個大小相 等，方向相反的信號。等，方向相反的信號。共模信號是在兩輸入端各加入了一個大小相共模信號是在兩輸入端各加入了一個大小相 等，方向相同的信號。等，方向相同的信號。在差模共模信號同時存在的情況下（用疊加原理）在差模共模信號同時存在的情況下（用疊加原理）vO=AVDvid+ A VC vic AVD = vod /vidAVC = voc /vic其中：其中：稱為差模電壓增益稱為差模電壓增益稱為共模電壓增益稱為共模電壓增益vi1= vic+ vid / 2vi2= vic vid /

9、21. 1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析( (雙端輸入，雙端輸出) )IoiC2iC1C1C2eb1b2Rc1Rc2vo1T1T2+Vccvo2vEVEEvi1vi2+rO輸入：輸入：vi1 = vi2 = 0故有：輸入信號電壓為零時，輸入信號電壓為零時，輸出信號電壓也為零。輸出信號電壓也為零。vid =vi1vi2= 0vo =vo1vo2= 02. 2. 抑制零點漂移抑制零點漂移( (雙端輸入，雙端輸出) )IoiC2iC1C1C2eb1b2Rc1Rc2vo1T1T2+Vccvo2vEVEEvi1vi2+rO無論是溫度變化，還是電源電壓的波動，都會引起兩管集電極電流及相應(yīng)集電極電壓的相同變化，由于電

10、路的對稱性，輸出電壓基本不變，從而抑制了零點漂移抑制了零點漂移。同時，對共模對共模信號也具有抑制作信號也具有抑制作用用。 + vo Rc1Rc2T1T2iC2iC1C1C2b1b2vi1= vid /2+vi2= vid /2+vo1vo2vo3. 3. 動態(tài)分析動態(tài)分析 當當 vi1 = -vi2 = vid /2 時時 稱為稱為差模輸入差模輸入一管電流將增加，一管電流將增加，一管電流將減小一管電流將減小vo =vo1vo2 0輸入差模信號時，輸出不為零。輸入差模信號時，輸出不為零。 Rc1Rc2T1T2iC2iC1C1C2b1b2vi1= vid /2+vi2= vid /2+vo1vo2

11、vo3. 3. 動態(tài)分析動態(tài)分析 當當 vi1 = -vi2 = vid /2 時時 稱為稱為差模輸入差模輸入一管電流將增加，一管電流將增加，一管電流將減小一管電流將減小vo =vo1vo2 0輸入差模信號時，輸出不為零。輸入差模信號時，輸出不為零。 iC2iC1C1C2b1b2vi1+vi2+vo1vo2vo 當當 vi1 = vi2 = vic 時時 稱為稱為共模輸入共模輸入兩管電流將同時變化兩管電流將同時變化vo =vo1vo2 =0輸入共模信號時，輸入共模信號時， 輸出為零輸出為零 Rc1Rc2T1T22ro2ro4. 4. 主要技術(shù)指標的計算主要技術(shù)指標的計算差模電壓增益差模電壓增益

12、 * *雙端輸入、雙端輸出雙端輸入、雙端輸出的差模電壓增益的差模電壓增益AVD = vo /vid = （vo1 - vo2 ） /（vi1 vid2 ）= 2vo1 / 2vid1 = -Rc / rbe當集電極當集電極c1 、 c2兩點接入負載電阻兩點接入負載電阻RL時時AVD= -RL / rbeRL =Rc（RL / 2）其中其中 * *雙端輸入、單端輸出雙端輸入、單端輸出（只取其中一管的集電極）（只取其中一管的集電極）的差模電壓增益的差模電壓增益AVD = AVD1 /2 = -Rc / 2rbe * *單端輸入單端輸入的差模電壓增益的差模電壓增益單端輸入時電路的工作狀態(tài)與雙端輸入時

13、近似一致。單端輸入時電路的工作狀態(tài)與雙端輸入時近似一致。 在電路完全對稱的情況下，其與單邊電路的電壓增益相等?？梢娫撾娐肥窃陔娐吠耆珜ΨQ的情況下，其與單邊電路的電壓增益相等。可見該電路是用成倍的元器件以換取抑制零點漂移的能力。用成倍的元器件以換取抑制零點漂移的能力。4.4.主要技術(shù)指標的計算主要技術(shù)指標的計算共模電壓增益共模電壓增益 * *雙端輸出雙端輸出的共模電壓增益的共模電壓增益AVC = voc/vic = （voc1 - voc2 ） /vi c0 * *單端輸出單端輸出的共模電壓增益的共模電壓增益AVC 1 -Rc /2ro一般情況下，一般情況下，（ 1+ ）2 ro rbe ， 1

14、 共模電壓增益越小，說明放大電路的性能越好共模電壓增益越小，說明放大電路的性能越好ro越大，即恒流源越大，即恒流源Io越接近理想情況，越接近理想情況， AVC 1越小，說明它抑制共模信號的能力越強越小，說明它抑制共模信號的能力越強AVC 1= voc1 / vic = voc2 / vic = rbe +（1+ ）2 ro Rc共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR為了說明差分式放大電路抑制共模信號的能力，常用共模為了說明差分式放大電路抑制共模信號的能力，常用共模抑制比作為一項技術(shù)指標來衡量其性能。抑制比作為一項技術(shù)指標來衡量其性能。K KCMR CMR = = | |A AVD VD / A

15、/ AVC VC | |越大越好！越大越好！3.3.主要技術(shù)指標的計算主要技術(shù)指標的計算或用分貝表示或用分貝表示K KCMR CMR = 20lg= 20lg| |A AVD VD / A/ AVC VC |dB|dB理想情況下理想情況下A AVCVC=0=0 K KCMR CMR 雙端輸出雙端輸出單端輸出單端輸出K KCMR CMR = = | |A AVD1 VD1 / A/ AVC 1VC 1| | r ro o /2r/2rbebe4 4. . 由于差分式放大電路有兩種輸入方式和兩種輸出方式，由于差分式放大電路有兩種輸入方式和兩種輸出方式，組合后便有組合后便有四種典型電路四種典型電路。

16、則其電壓增益及。則其電壓增益及K KCMRCMR均不同。均不同。輸入方式輸入方式 雙雙 端端 輸輸 入入原理電路圖原理電路圖 如圖所示如圖所示輸出方式輸出方式 雙雙 端端 單單 端端差模電壓增益差模電壓增益AVDAVD = vo /vid = -Rc /rbeAVD 1= vo1 /vid =- vo2/vid = -Rc /2rbe共模電壓增益共模電壓增益AVCAVC0AVC1 -Rc /2ro共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR KCMR ro /2rbe差模輸入電阻差模輸入電阻Rid Rid = 2rbe共模輸入電阻共模輸入電阻Ric Ric = rbe +（1+ ）2 ro / 2輸出

17、電阻輸出電阻Ro Ro= 2Rc Ro= Rc高頻響應(yīng)高頻響應(yīng) 與共射電路相同與共射電路相同 用用 途途1.用于輸入、輸出不需要一端接地時用于輸入、輸出不需要一端接地時2.常用于多級直接耦合放大電路的輸入級、常用于多級直接耦合放大電路的輸入級、輸出級輸出級將雙端輸入轉(zhuǎn)化為單端輸入，常用于多級直接耦將雙端輸入轉(zhuǎn)化為單端輸入，常用于多級直接耦合放大電路的輸入級、中間級合放大電路的輸入級、中間級輸入方式輸入方式 單單 端端 輸輸 入入原理電路圖原理電路圖 如圖所示如圖所示輸出方式輸出方式 雙雙 端端 單單 端端差模電壓增益差模電壓增益AVDAVD = vo /vid = -Rc /rbeAVD 1= vo1 /vid =- vo2/vid = -Rc /2rbe共模電壓增益共模電壓增益AVCAVC0AVC1 -Rc /2ro共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR KCMR - ro /2rbe差模輸入電阻差模輸入電阻Rid Rid = 2rbe共模輸入電阻共模輸入電阻Ric Ric = rbe +（1+ ）2 ro / 2輸出電阻輸出電阻Ro Ro= 2Rc Ro= Rc高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)從從vo2輸出