第四章 集成運算放大器電路(2-4)

1、第四章第四章 集成運算放大器電路集成運算放大器電路分立元件電路分立元件電路：（Discrete Circuit） 組成電路的元器件（晶體管、電阻、電容等）是獨立的，組成電路的元器件（晶體管、電阻、電容等）是獨立的，通過外接導線將彼此連接，制作成所需的電路。通過外接導線將彼此連接，制作成所需的電路。集成電路：集成電路：（Integrated Circuit）（）（IC） 在半導體基片上同時制作出晶體管、電阻、電容和連線，在半導體基片上同時制作出晶體管、電阻、電容和連線，構成完整的具有特定功能的電路。構成完整的具有特定功能的電路。 模擬集成電路模擬集成電路 數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路專用集成電路專用

2、集成電路 通用集成電路通用集成電路 （Integrated Operational Amplifier）CPU、RAM、MP3等等集成運算放大器等集成運算放大器等邏輯門、計數(shù)器電路等邏輯門、計數(shù)器電路等直流電源穩(wěn)壓器等直流電源穩(wěn)壓器等1/13 2/135英寸英寸(125mm)8英寸英寸(200mm)12英寸英寸(300mm)3/134.1 集成運算放大器的電路特點集成運算放大器的電路特點一、電路設計特點一、電路設計特點1 1、采用級間直接耦合方式；、采用級間直接耦合方式；2 2、盡量用晶體管代替電阻、電容；、盡量用晶體管代替電阻、電容；3 3、采用對稱結構，盡可能使電路性能取決于元器件參數(shù)的、

3、采用對稱結構，盡可能使電路性能取決于元器件參數(shù)的比值，而不是元器件參數(shù)本身的值。比值，而不是元器件參數(shù)本身的值。二、性能特點二、性能特點 電壓增益電壓增益高高，輸入電阻，輸入電阻大大，輸出電阻，輸出電阻小??；零點漂移零點漂移小小。三、電路結構特點三、電路結構特點輸入級：輸入級：差分放大電路差分放大電路中間級：共射放大電路中間級：共射放大電路輸出級：共集放大電路輸出級：共集放大電路 （射極跟隨器射極跟隨器）偏置電路：偏置電路：電流源電路電流源電路輸輸入入級級中中間間級級輸輸出出級級直流偏置電路直流偏置電路UiUo4/134.2 電流源電路電流源電路電流源電路兩大特點：電流源電路兩大特點：1、直流

4、電流穩(wěn)定直流電流穩(wěn)定：提供直流：提供直流偏置電流偏置電流；2、交流電阻很大交流電阻很大：作為：作為有源負載有源負載。一、放大管的恒流特性一、放大管的恒流特性偏置電路參數(shù)不變，偏置電路參數(shù)不變，IC基本不變基本不變1；C極直流電阻小，隨極直流電阻小，隨UC改變；改變；C極交流電阻很大。不隨極交流電阻很大。不隨uC改變改變2。UCCUEEICICroR1R2R3IBiCuCE0)1 (213be3ceoRRRrRrr3BE(on)CC212CRUURRRI+uCE-+uC-1/rce5/13考慮考慮 rce的影響的影響考慮考慮IcIe，則，則同理：同理：RLIbb+- UiIcecRB1+-RsU

5、o+-RCIiIoRB2rberceIbRiRoUsRERiRoceeobberUUIIILEceceEbebii)1 (RRrrRrIURUe )1 ()1 ()(B2B1sEbeEcecbceEccebcEecooRRRRrRrIIrRIrIIRIIUR=0ceELbe11rRRIIELceceb1RRrrIceEeLcb1rRIRIIEcEbEeB2B1sbebe)(RIRIRIRRRrIUB2B1sEbeEcbRRRRrRII二、鏡像電流源（電流鏡）二、鏡像電流源（電流鏡） 對稱結構：對稱結構： T1 和和T2特性完全相同，特性完全相同，且均處于且均處于放大狀態(tài)放大狀態(tài)，則，則參考電流

6、：參考電流：三極管集電極電流：三極管集電極電流：如果如果12，則，則 IC1 UCE1(UBE) 2IB1 IC1 1、UBE(on)隨溫度變化小，參考電流只與隨溫度變化小，參考電流只與UCC和和Rr有關，有關，Ir穩(wěn)定穩(wěn)定2、T1 和和T2特性相同，且特性相同，且值足夠大，值足夠大，直流電流直流電流IC2穩(wěn)定穩(wěn)定。3、交流內(nèi)阻為、交流內(nèi)阻為rce2 （電阻值大）（電阻值大） 。T1T2RrUCCIrIC1IC2UBE+-rCCrBE(on)CCrRURUUI11Cr1Br1C2C22IIIIII2IB1r112C2IIr2CII鏡像鏡像與與1 1的比值有關的比值有關6/13rce2直流偏置直

7、流偏置有源負載有源負載多路鏡像電流源多路鏡像電流源： 各三極管特性一致。各三極管特性一致。 由于由于1(15)4 很容易滿足，所以很容易滿足，所以受受溫度溫度的影響的影響大大減小，鏡像電流更加穩(wěn)定。大大減小，鏡像電流更加穩(wěn)定。)1 (414511Cr51Br1CIIIIIrr51511C4)1 ()1 (IIIr1C2C3C4CIIIIIrCCrBECCr2RURUUI與與1 5的比值有關的比值有關T1T2T3T4RrT5IC2IC3IC4IrUCCIB1IC17/13三、比例電流源三、比例電流源 電流源電流與參考電流源電流與參考電流成比例關系。電流成比例關系。故故而而T1、T2管特性對稱管特

8、性對稱當當IE1、IE2相差相差10倍以內(nèi)時：倍以內(nèi)時：參考電流參考電流T1T2R1R2IE1IE2IC2IrRrUCCUBE1UBE222E2BE11E1BERIURIUTBESEUUeII 1S1ET1BElnIIUU2S2ET2BElnIIUU2S1SII1E2ET2E1ET2BE1BElnlnIIUIIUUUmV6010lnT2BE1BEUUU2BE1BEUUr211E212E2CIRRIRRII1rCC1r1BECCrRRURRUUI（1 1）8/13四、微電流電流源四、微電流電流源 提供提供微安級微安級電流。（電流。（Rr阻值?。┳柚敌。┊敭? 1 時，時，IE1Ir，IE2IC2

9、例如，要求例如，要求IC2=10A,采用采用Ir1mA，則，則T1T2R2IE1IE2IC2IrRrUCC UBE1 UBE22E1E2T22BE1BE2ElnIIRURUUI2Cr2CT2lnIIIUR k126 . 4A10mV26A10A1000lnA10mV262Rk15mA1V15rCCrIURM5 . 1A10V15rCCrIUR若鏡像電流源：若鏡像電流源：lnxx9/13五、負反饋型電流源五、負反饋型電流源 進一步改善恒流特性，提高動態(tài)內(nèi)阻；進一步改善恒流特性，提高動態(tài)內(nèi)阻；減小減小的影響。的影響。威爾遜電流源威爾遜電流源（電流負反饋）：電流負反饋）：T3管的基極、發(fā)射極分別接管

10、的基極、發(fā)射極分別接T1 、T2鏡像電流源的兩端。鏡像電流源的兩端。 IC3IE3IC1IB3（Ir不變）不變） IC3 參考電流：參考電流：電流源電流：電流源電流：動態(tài)內(nèi)阻：動態(tài)內(nèi)阻：T1T2IB3IE3IC3IrRrUCCT3IC2IC1rBECCr2BE3BECCr2RUURUUUI)(321ceo2rrrr23C2221III10/13串聯(lián)電流源：串聯(lián)電流源：UBE1+UBE4=UBE2+UCE3IC2IC3UCE3UBE2IC2 也可視為也可視為UCE3變化范圍小，變化范圍小，IC3變化小。變化小。參考電流：參考電流：T1T2IC3IrRrUCCIC2T4T3+UCE3-UBE2rB

11、ECCr4BE1BECCr2RUURUUUI)21 ()21 (243C44C4B4C1EIIIII22C422C2B1E2B1B1Cr)21)(11 (IIIIIIIIrr22C24241III11/13UCCT1T3T2I六、有源負載放大器六、有源負載放大器 電流源作為放大器的電流源作為放大器的交流負載交流負載。 鏡像電流源電流跟隨且有倒鏡像電流源電流跟隨且有倒 相功能，變?yōu)橥喙采潆娐贰Ｏ喙δ?，變?yōu)橥喙采潆娐?。RrT1uouiUCCT2T3IC3UCCIC3rououiUiUoT1rouiuoIC3IC1IC2UiT1T3T2uiuoC1C2II12/13be1ce3ce11be1oc

12、e11u)/()/(rrrrrrA UiUorbe1rbe2rbe3rce21Ib12Ib23Ib3Ib3Ib2Ib1Uo11o2be2ce22b2ce2oUrrIrU)(2be3be3b31b11orrIIU3be1o3brUI1bei1brUI22be2be3berrr2123i1be2be11oUrrU121,3321be2ce1iourrUUA1beirR 2ceorR 作業(yè)：作業(yè)：41、42、4313/13T1T3T24.3 4.3 差動（差分）放大電路差動（差分）放大電路 Differential Amplifier4.3.1 4.3.1 差動放大器的性能要求及基本電路差動放大器的

13、性能要求及基本電路1、直接耦合放大器的、直接耦合放大器的零點漂移零點漂移要要小?。?2、對、對兩個兩個輸入信號的輸入信號的差值差值進行進行放大放大：3、對、對兩個兩個輸入信號的輸入信號的平均值平均值進行進行抑制抑制：RB1RB2RERCT1UCCUi1 +Uo1 -RB1RB2RERCT2Ui2 +Uo2 -+ Uo -1 i1u1oUAU2i2u2oUAU2o1ooUUUu2u1u:ifAAA1/15)(2i1 iuUUAi2i1udodUUAU2/i2i1ucocUUAU直流工作點穩(wěn)定直流工作點穩(wěn)定差動放大器的基本電路差動放大器的基本電路 電路完全對稱，即左右兩邊電路參數(shù)完全相同。電路完全

14、對稱，即左右兩邊電路參數(shù)完全相同。RERCT1UCCUi1RERCT2Ui2+ Uo -UEERB1RB2RB1RB2RERL2/15直流工作點分析：直流工作點分析：靜態(tài)時：靜態(tài)時：Ui1Ui20電路對稱電路對稱關鍵的一步是通過關鍵的一步是通過RE求電流求電流 I。RCT1UCCUi1RCT2Ui2+ Uo -UEERERLV7 . 0BEQEQ UUIEEEEEEEQV7 . 0)(RURUUIV7 . 0CQC1CCEQCC1QCCCE2QCE1QRIUURIUUUIIIII21E2QQE1C2QC1QCC1QCC2QC1QRIUUUC UEQUoUC1QUC2Q03/154.3.2 4.

15、3.2 差動放大器的性能及分析方法差動放大器的性能及分析方法一、對一、對特定特定輸入信號的放大輸入信號的放大（一）（一）差模放大差模放大特性特性(Differential Mode)差模輸入信號：差模輸入信號：幅度相等、相位（符號）相反幅度相等、相位（符號）相反。Ui1=Uid1，Ui2Uid2，Uid1=Uid2電路電路對稱中點電位不變對稱中點電位不變：差模地差模地。差模等效電路：差模等效電路：差模輸出信號：設差模輸出信號：設 Aud1Aud2AudUod1= Aud Uid1，Uod2 Aud Uid2， Uod1=Uod2 差模信號差模信號Uod= Uod1Uod2 =Aud (Uid1

16、Uid2) =Aud UidUid= Uid1Uid2 = 2Uid1= 2Uid2Uod= Uod1Uod2 = 2Uod1= 2Uod2RCT1UCCUi1RCT2Ui2+ Uo -UEERERLI + Uid2 -RCT1RCT2+ Uod - + Uod1 - + Uod2 - + Uid1 -2LR2LR4/15 + Uod2 -1 1、差模電壓放大倍數(shù)、差模電壓放大倍數(shù)雙端輸入雙端輸出：雙端輸入雙端輸出：雙端輸入單端輸出：雙端輸入單端輸出：T1管管C極輸出：極輸出：T2管管C極輸出：極輸出：單端輸出單端輸出差模電壓放大倍數(shù)是差模電壓放大倍數(shù)是雙端輸出雙端輸出的一半的一半，分為，分為

17、反相反相和和同相同相輸出端輸出端。2 2、差模輸入電阻：、差模輸入電阻：Rid=2rbe3 3、差模輸出電阻：、差模輸出電阻：雙端輸出雙端輸出 Rod=2RC 單端輸出單端輸出 Rod(單單)=RCRCT1RCT2+ Uod - + Uod1 - + Uid1 - - Uid2 +2LR2LRbeL2idod2id11odidodud22rRUUUUUUALCL21RRR beLudid11odid2od(ud22212rRAUUUUA單） + Uid -beLudid1od1idod1)ud1(2212rRAUUUUA單5/15 + Uod2 -差模放大波形差模放大波形RCT1RCT2+ U

18、od - + Uod1 - + Uid1 - - Uid2 +2LR2LR + Uid -6/15（二）（二）共模抑制共模抑制特性特性(Common Mode)共模輸入信號：共模輸入信號：幅度相等、相位（符號）相同幅度相等、相位（符號）相同。 Ui1Ui2Uic電路兩邊對稱電壓、電流變化相同。電路兩邊對稱電壓、電流變化相同。共模等效電路：共模等效電路： Uei RE2IeREIe(2RE)共模輸出信號：共模輸出信號： 設設Auc1Auc2Uoc1Auc1Uic，Uoc2Auc2Uic， Uoc1Uoc2Auc1UicAuc2UicUocAucUic Uoc1Uoc201、共模電壓放大倍數(shù)、共模

19、電壓放大倍數(shù)雙端輸出雙端輸出RCT1UCCUi1RCT2Ui2+ Uo -RERL-UEEiUeIeIeRCT1RCT2+ Uoc - + Uoc1 - + Uoc2 - + Uic - + Uic -2RE2REIeIe0icocucUUA7/15單端輸出單端輸出通常通常(1+)2RErbe如果如果 RE RC，則，則Auc(單單)1。 電路靜態(tài)工作點受外接環(huán)境因素的影響是相同的，故電路靜態(tài)工作點受外接環(huán)境因素的影響是相同的，故零點零點漂移漂移可看作共模信號，故可看作共模信號，故差放電路能有效克服差放電路能有效克服零點漂移零點漂移。 差動放大器對共模信號的抑制作用，除取決于電路的對稱差動放大

20、器對共模信號的抑制作用，除取決于電路的對稱性外，主要體現(xiàn)在性外，主要體現(xiàn)在RE電阻的負反饋作用電阻的負反饋作用上。上。 差動放大器放大差模信號、抑制共模信號是其特有的性能差動放大器放大差模信號、抑制共模信號是其特有的性能RCT1RCT2+ Uoc - + Uoc1 - + Uoc2 - + Uic -2RE2RE + Uic -ic2ocic1oc)(ucUUUUA單EbeC2)1 (RrREC)(uc2RRA單差動放大器對共模信號差動放大器對共模信號不是放大而是抑制。不是放大而是抑制。8/152 2、共模輸入電阻、共模輸入電阻3 3、共模輸出電阻、共模輸出電阻單端輸出單端輸出雙端輸出雙端輸出

21、（三）（三）共模抑制比共模抑制比 由于由于RE電阻不影響差模信號放大，可能差模放大倍數(shù)相同電阻不影響差模信號放大，可能差模放大倍數(shù)相同而共模放大倍數(shù)不同，為綜合反映差動放大電路對差模信號而共模放大倍數(shù)不同，為綜合反映差動放大電路對差模信號放大而對共模信號抑制的性能特點，定義共模抑制比放大而對共模信號抑制的性能特點，定義共模抑制比單端輸出單端輸出RCT1RCT2+ Uoc - + Uoc1 - + Uoc2 - + Uic -2RE2RE2)1 (212EbeicicicicicRrIUIURC)(ocRR單ucudCMRAAK)dB(lg20ucudCMRAAKCoc2RR9/15CbeELE

22、CbeL)單uc()ud(CMR)2()2(RrRRRRrRAAK單共模放大波形共模放大波形RCT1RCT2+ Uoc -Uoc1 Uoc2 + Uic - - Uic +RE RL + Uec -10/15二、對任意輸入信號的放大二、對任意輸入信號的放大差模輸入信號：差模輸入信號：共模輸入信號：共模輸入信號： 一對任意信號可分解為差模信號與共模信號的線性疊加。一對任意信號可分解為差模信號與共模信號的線性疊加。差模信號為兩信號的差值，共模信號為兩信號的平均值。差模信號為兩信號的差值，共模信號為兩信號的平均值。RCT1Ui1RCT2Ui2+ Uo -UEERERLIUCC2i2i1 i1 i1

23、i21212121UUUUUic1id2i1 i2i1 i22UUUUUUi11 i2i2i2i21212121UUUUUic2idi21 i2i1 i22UUUUUU2i1 iid21ididUUUUU22i1 iicUUUicidi121UUUicidi221UUU11/15輸出信號輸出信號：RCT1Ui1RCT2Ui2+ Uo -UEERERLIUCCoc1od1oUUUic)(ucidud21UAUA單ocod22oUUUic)(ucidud21UAUA單)(2ii1udidud2o1ooUUAUAUUU)1 (id)(ud1ic)(ucid)(ud1ic)(ucid)(ud11oUA

24、UAUAUAUAU單單單單單)1 (idCMRicid)(ud1UKUUA單id)(ud1UA單Ue 22i1 iiceUUUUid)單ud2(idCMRicid)ud2(o2)1UAUKUUAU（單 如果共模抑制比足夠大，如果共模抑制比足夠大，任意信號輸入時，不論任意信號輸入時，不論雙端雙端輸輸出還是出還是單端單端輸出，差動放大器輸出，差動放大器近似只對輸入信號差值放大。近似只對輸入信號差值放大。12/15Uo1 Uo2 任意信號放大波形任意信號放大波形RCT1RCT2+ Uo -Uo1 Uo2 + Ui1 - - Ui2 +RE RL + Ue -UCC-UEEUid Uic 13/15例

25、：例：電阻電阻RE=4.3k，RC=4.3k，UCC= UEE=9V；1=2=100；Ui1=202mV，Ui2=200mV。求求Uo。解：解：靜態(tài)工作電流：靜態(tài)工作電流：rbe電阻：電阻：差模電壓放大倍數(shù)：差模電壓放大倍數(shù)：共模電壓放大倍數(shù)：共模電壓放大倍數(shù)：共模抑制比：共模抑制比：輸出電壓：輸出電壓：mA1221EEEEQ2EQ1RUIII)dB44(1665 . 083)單uc()單ud()單(CMRAAKRCT1Ui1RCT2 Uo -UEEREIUCCUE Ui2k6 . 2)1 (EQTbeIUrV7 . 4CCQ1CCCQ2CQ1RIUUU832.6k2k3 . 4100221b

26、eCud)ud2(rRAA單5 . 02)1 (EbeC)uc(RrRA單mV66)2mV166201mV-mV(1283)1 (idCMRicid)ud2(oUKUUAU單14/15例：如圖，單端輸入單輸出。例：如圖，單端輸入單輸出。差模輸入：可視為差模輸入：可視為Ui20組合電路分析：組合電路分析：CCCB組態(tài)組態(tài)T1Ui1RCT2 Uo -UEERERLIUCCi1i2i1idUUUUi1i2i1ic212UUUUbeLCud)(rRRA作業(yè)：作業(yè)：44、45EbeLC)單uc(2)1 ()(RrRRAic)單uc(idudo21UAUAUi1EbeLCi1beLC212)1 ()(2)

27、(URrRRUrRRbeLCEbeEi1ou)(2)1 ()1 (rRRRrRUUAT1Ui1T2 Uo -UEEREILCRRCCLCLURRREbeEbeEbebeEu12)1 ()1 ()1)(1 ()1)(1 (RrRrRrrRAbeLCu2)(rRRAu2u1uAAA 15/15例：如圖，單端輸入單輸出。例：如圖，單端輸入單輸出。1 1、差動放大器分析：、差動放大器分析：差模輸入，可視為差模輸入，可視為Ui202、組合電路分析：、組合電路分析：CCCB組態(tài)組態(tài)T1Ui1RCT2 Uo -UEERERLIUCCT1Ui1T2 Uo -UEEREILCRRCCLCLURRRrbe1rbe

28、2RERC|RLUi1 Uo 1Ib12Ib2rbe1rbe2RERC|RLRC|RLUi1 Uo 1Ib12Ib2e1e2b1c1c2b2例：例：電阻電阻RE=4.3k，RC=4.3k，UCC= UEE=9V；1=2=100；Ui1=202mV，Ui2=200mV。求求Uo。解：解：靜態(tài)工作電流：靜態(tài)工作電流：rbe電阻：電阻：差模電壓放大倍數(shù)：差模電壓放大倍數(shù)：共模電壓放大倍數(shù)：共模電壓放大倍數(shù)：共模抑制比：共模抑制比：輸出電壓：輸出電壓：mA1221EEEEQ2EQ1RUIII)dB44(1665 . 083)單uc()單ud()單(CMRAAKRCT1Ui1RCT2 Uo -UEERE

29、IUCCUE Ui2k6 . 2)1 (EQTbeIUrV7 . 4CCQ1CCCQ2CQ1RIUUU832.6k2k3 . 4100221beCud)ud2(rRAA單5 . 02)1 (EbeC)uc(RrRA單mV66)2mV166201mV-mV(1283)1 (idCMRicid)ud2(oUKUUAU單4.3.3 4.3.3 具有電流源的差動放大電路具有電流源的差動放大電路RE電阻的影響：電阻的影響：靜態(tài)工作電流：靜態(tài)工作電流：rbe電阻：電阻：1、提高共模抑制比作用有限，最大值與、提高共模抑制比作用有限，最大值與RE無關；無關； REIEQ Auc、Aud同時影響直、交流。同時影

30、響直、交流。2、共模電壓影響共模電壓影響靜態(tài)電流靜態(tài)電流，從而影響，從而影響差模放大倍差模放大倍數(shù)數(shù)，所以，必須限制，所以，必須限制共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍。 電流源：電流源：直流提供偏置直流提供偏置 交流作為有源負載交流作為有源負載EEEEQ221RUIIEEEicEQ221RUUIIRCT1Ui1RCT2+ Uo -UEEREIUCCUE Ui2RCT1Ui1RCT2+ Uo -UEEIUCCUi2EETEEQTbe2)1 ()1 (UURIUr1/11TEECTLEECbeELECbeL)CMR(22)2()2(UURURURrRRRRrRK單 +UR2 - 一、直流工作點分析：

31、直流工作點分析： 電流源電流電流源電流I=IC3即靜態(tài)電流與即靜態(tài)電流與UEQ（Uic）無關，）無關， 共模電共模電壓壓Uic不影響差模放大倍數(shù)。不影響差模放大倍數(shù)。RCT1Ui1RCT2+ Uo -UEEI=ICQ3UCCUi2R1R2R33BEQ32REQ3CQ3RUUIICQ3CQ2CQ121IIICCQ1BEQ1CCCEQ2CEQ1RIUUUUBEQ2EQUUUEQT32/12EE212EE212R2)(0URRRURRRU二、差模放大倍數(shù)：二、差模放大倍數(shù)：三、共模放大倍數(shù)：三、共模放大倍數(shù)：四、共模抑制比：四、共模抑制比：共模抑制比大幅提高。共模抑制比大幅提高。RCT1RCT2+

32、Uod - + Uod1 - + Uod2 - + Uid1 - -Uid2 + + Uid -RCT1RCT2+ Uoc - + Uoc1 - + Uoc2 - + Uic -2ro2roobeCicoc1)單uc(2)1 (rrRUUAbeLidodudrRUUAoTC3CbeLo)CMR(2rUIRrRrK單3/123be33ce3o1RrRrr四、共模輸入電壓范圍：四、共模輸入電壓范圍：下限范圍：保證下限范圍：保證T3管不飽和。管不飽和。 UicUC3(sat)+UBE1UB3+UBE1上限范圍：上限范圍： 保證保證T1 、T2管不飽和。管不飽和。 UicUC1 UB3+UBE Uic

33、 UC1考慮差模電壓的變化，實際范圍可能更小。考慮差模電壓的變化，實際范圍可能更小。五、差模輸入電壓范圍五、差模輸入電壓范圍 輸入端放大管的輸入端放大管的發(fā)射結反向擊穿電壓發(fā)射結反向擊穿電壓。RCT1Ui1RCT2+ Uo -UEEI=IC3UCCUi2UB3R1R2R3UET34/12 + uBE2 - + uBE1 -4.4.4 4.4.4 差動放大器的傳輸特性差動放大器的傳輸特性 差動放大電路輸出電流或輸出電壓差動放大電路輸出電流或輸出電壓隨差模輸入電壓隨差模輸入電壓大范圍變化的特性大范圍變化的特性。放大狀態(tài)下：放大狀態(tài)下：RCT1 + uid -RCT2+ uo -UEEIUCCiC1

34、iC2TBE1TBE1/S/SE1e) 1(UuUuIeIiTBE2TBE2/S/SE2e) 1(UuUuIeIi)1 ()1 (E2E1E2E1E2E1E2E1iiiiiiiiITidE2C22th22UuIIiiCC2C1CC2CCCC1CCO2O1O)()()(RiiRiURiUuuuTidTid/E2/E11e1UuUueiiBE2BE1uuTidTidTidTid2222Tideeee2thUuUuUuUuUu5/12Tid/E1C12th221TidUuIIeIiiUu 一、一、iC1、 iC2電流之和恒為電流之和恒為I二、傳輸特性具有非線性特性二、傳輸特性具有非線性特性誤差小于誤

35、差小于5%即當即當近似線性特性近似線性特性:當當限幅特性限幅特性TidC2C12thUuIiiTidCCC2C1O2th)(UuIRRiiuxxxxx.1523th53)5 . 0(xmV26TidUuiC1iC2uoI21Q0uiduid02UT2UT-2UT-2UT4UT-4UTIRC-IRCidTCo2UUIRumV1004TidUuI6/12擴展線性范圍的措施：擴展線性范圍的措施：1、差放管基極串接電阻、差放管基極串接電阻RB；2、差放管射極串接電阻、差放管射極串接電阻R。 線性范圍擴展，增益降低。線性范圍擴展，增益降低。三、差動放大器的三、差動放大器的增益增益與與 I 成正比。成正比

36、。小信號時，小信號時，iC受受uid線性控制線性控制差模電流差模電流RBT1 +Uid -RBT2-UEEIiC1iC2RRiC1iC2I21Q0uid2UT-2UT4UT-4UTR (RB )QidCQidCmdduiuigC1C2C1C2 iiiiTm1QidC1m22dd2UIguigCmQidCCQidoudddddRguiRuuAIURTC2 BB2BE2BB1BE1idRiuRiuu EE2BE2EE1BE1idRiuRiuuTCQ1UI7/124.3.5 4.3.5 差動放大器一般結構及實際誤差差動放大器一般結構及實際誤差一、差動放大器一般結構一、差動放大器一般結構放大器：放大器

37、：共射極組態(tài)共射極組態(tài)共基極組態(tài)共基極組態(tài)共集極組態(tài)共集極組態(tài)組合電路組合電路場效應管電路場效應管電路公共電極耦合連接；公共電極耦合連接；放大特性：放大特性：1、僅放大差信號、僅放大差信號 ui1-ui2 抑制和信號抑制和信號 ui1+ui22、放大器對稱兩端輸出差模信號、放大器對稱兩端輸出差模信號 uo1=-uo2 公共耦合點輸出共模信號公共耦合點輸出共模信號 ug=(ui1+ui2)/23、雙端輸出增益為一邊放大器增益，單端輸出之為其一半。、雙端輸出增益為一邊放大器增益，單端輸出之為其一半。放放大大器器放放大大器器UCC-UEE+ui1 -+ui2 -+uo1 -+uo2 -Ig8/12例

38、：例：+Ui -+ Uo -UCC -UEE RB RB RC RC + UB -IT1 T2 T3 T4 T3 T4 T1 T2 RD RD Rr UCC -UEE +Ui -+ Uo -9/12二、實際差動放大器的誤差二、實際差動放大器的誤差 實際差放電路由于不可能做到實際差放電路由于不可能做到完全對稱，如兩管的完全對稱，如兩管的UBE、值和值和負載負載RC不一致，將產(chǎn)生誤差。不一致，將產(chǎn)生誤差。（一）產(chǎn)生誤差的因素（一）產(chǎn)生誤差的因素1、UBE發(fā)射結特性不一致發(fā)射結特性不一致 兩管發(fā)射結面積不同，其反向飽和電流兩管發(fā)射結面積不同，其反向飽和電流IS不相等，施加相同結電壓時，不相等，施加相

39、同結電壓時，IB電流就電流就不相等，即使不相等，即使值相同也會引起值相同也會引起IC電流不電流不相等，造成誤差；相等，造成誤差；2、值不一致值不一致 兩管的基區(qū)寬度不一致，即使施加相同發(fā)射結電壓，兩管的基區(qū)寬度不一致，即使施加相同發(fā)射結電壓，IB電流相等，也會引起電流相等，也會引起IC電流不相等，造成誤差；電流不相等，造成誤差；3、RC阻值不一致阻值不一致 RC阻值不一致時，即使放大管特性完全對稱，也會造成誤差。阻值不一致時，即使放大管特性完全對稱，也會造成誤差。RC+RCRCT1T2+ Uo -UEEIUCCIBIB10/12（二）誤差電路模型及誤差參數(shù)（二）誤差電路模型及誤差參數(shù) 零輸入時

40、雙端輸出不為零，稱為零輸入時雙端輸出不為零，稱為失調(diào)失調(diào)( (Offset) )誤差及其誤差及其溫漂溫漂誤差。誤差。1 1、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓UIO RC和發(fā)射結面積不對稱。和發(fā)射結面積不對稱。2 2、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流IIO： RC和和不對稱。不對稱。RC+RCRCT1 +Uid -T2+ Uo -UEEIUCCIB1IB2 UIO- + IIO/2 IIO/2IBIBSSCCTBE2BE1IOIIRRUUUU05. 0,01. 0SSCCIIRRmV5 . 1IOUCCBB2B1IORRIIII1 . 010BIOII2B2B1BIII11/12調(diào)零電路：調(diào)零電路：(1)、

41、發(fā)射極調(diào)零發(fā)射極調(diào)零(2)、集電極調(diào)零、集電極調(diào)零3、失調(diào)的溫度漂移（、失調(diào)的溫度漂移（溫漂溫漂）RCT1RCT2+ Uo -UEEIUCCiC1iC2RSRSRWRCT1RCT2+ Uo -UEEIUCCiC1iC2RSRSRWTUTUIIRRTUIOTSSCCIOddIOIOdd1ddITTI)C/V()C/nA(作業(yè)：作業(yè)：46、4812/12集成運算放大器的電路特點集成運算放大器的電路特點 輸輸入入級級中中間間級級輸輸出出級級直流偏置電路直流偏置電路 +Uid -UoT1T2-UCCUCCRL4.4 4.4 集成運放的輸出級電路集成運放的輸出級電路集成運放要求輸出電阻?。杭蛇\放要求輸

42、出電阻?。荷錁O輸出器；射極輸出器；輸出級要求較高的負載能力，輸出級要求較高的負載能力，輸出較大功率，電路自身功耗小：輸出較大功率，電路自身功耗小：互補對稱互補對稱射極輸出器。射極輸出器。一、工作原理一、工作原理1、Ui0V，T1、T2管截止不導通，管截止不導通， iE1iE20，Uo0V。2、 Ui0V，T1管導通、管導通、T2管截止，管截止， iE20，Uo iE1RL Ui 。3、 Ui0V，T1管截止、管截止、T2管導通，管導通， iE10，Uo iE2RL Ui 。+ Uo -iE1iE2+ Ui -T1T2-UCCUCCRL Ui 0 Ui 0tt00Ui Uo T1T21/10二、

43、交越失真二、交越失真考慮三極管導通電壓，實際應為考慮三極管導通電壓，實際應為 Ui UBE(on)時三極管導通時三極管導通,Uo=Ui;當當 Ui UBE(on)時三極管截止，時三極管截止，Uo=0V，產(chǎn)生，產(chǎn)生交越失真交越失真。解決辦法：解決辦法： 給給T1和和T2管提供預偏置，使其管提供預偏置，使其處于處于臨界導通臨界導通或或微導通微導通狀態(tài)。狀態(tài)。1、串聯(lián)二極管偏置、串聯(lián)二極管偏置Ui=0V時，時，UBE1Q=UD(on) =UBE(on) ，UBE2Q=-UD(on) =-UBE(on) ，Uo=0V。Ui0V時，時，uBE1 = Ui +UBE(on) Uo= uBE1 -UBE(o

44、n) = Ui 。Ui0V時，時，uBE2 = Ui -UBE(on) ,Uo= uBE2 +UBE(on) = Ui 。T1T2+ Uo -UCCUCCiE1iE2RL+ Ui -uBE1 uBE2 t0Ui t0Uo UBE(on) -UBE(on) 交越失真交越失真D1D2RRuBE1uBE22/10 uBEttooiEiE 實際電路，合并前級放大。實際電路，合并前級放大。2、模擬電壓源偏置（、模擬電壓源偏置（UBE倍增電路倍增電路）調(diào)整調(diào)整I或或RC使零輸出，調(diào)使零輸出，調(diào)R1消除交越失真。消除交越失真。T1T2+ Uo -UCCUCCRL + Ui -D1D2RCT3T1T2+ Uo

45、 -UCCUCCRL + Ui -RCT3T4R1R2ABAB212BE4URRRUBE(on)21BE421AB11URRURRUIICQ3IDBE1CCCoUIRUU0靜態(tài)：靜態(tài)：3/10三、復合管三、復合管1、同型、同型復合復合（達林頓管達林頓管） (NPN-NPN 或或 PNP-PNP)T1T2iB1iC1iC2iE2iE1= iB2iB11C1iiB11B2E1)1 (iiiB112B22E2)1)(1 ()1 (iiiB1B12121)(ii212121)(TiE2iB1iB112B22C2)1 (iiiB1B12121)1 ()1 (ii21B1121C2C1)1 (iiiiT1

46、T2T4/102、異型復合（反饋對管）、異型復合（反饋對管） (PNP-NPN 或或 NPN-PNP)T1T221iB1iE1iC1= iB2iC2iE2iB11E1)1 (iiB11B2C1iiiB121B22C2iiiB112B22E2)1 ()1 (iii21211B1B1211C2E1)1 ()1 (iiiiiTiB1iE2iT1T2T5/10B1B1211)(ii復合管射極輸出器：復合管射極輸出器：T1T2+ Uo -UCCUCCRL + Ui -RCT3T4R1R2ABT3T4T1T2-UCCUCCRL + Ui -RCT3T4R1R2ABT3T4+ Uo -6/104.5 4.5

47、 F007集成運放電路集成運放電路一、輸入級電路一、輸入級電路T1-T3、T2-T4共集共基組合共集共基組合差分放大差分放大電路；電路；T5-T6電流源電流源有源負載有源負載，雙端變單端輸出電路；，雙端變單端輸出電路；T8-T9-T10輸入偏置電流，輸入偏置電流，共模負反饋共模負反饋。二、中間增益級二、中間增益級T16-T17復合管復合管共射放大共射放大電路。電路。三、輸出級電路三、輸出級電路T14-T18-T19互補對稱互補對稱射極輸出射極輸出電路；電路；T15電壓倍增電路電壓倍增電路。四、偏置電路四、偏置電路T11-T12電流源參考電流電流源參考電流；T13有源負載。有源負載。輸輸入入級級

48、中中間間級級輸輸出出級級直流偏置電路直流偏置電路UiUo7/10 F007（A741）電路原理圖電路原理圖輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級參考參考電流電流IrIo00同相端同相端 反相端反相端8/10集成運放電路符號：集成運放電路符號：封裝形式：封裝形式：F007uou-u+u+u-uo12348765741Au uuo-UEE+UCC2233669/10部分集成運放參數(shù)表 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電流的溫漂OSU的溫漂OSI輸入偏置電流開環(huán)差模增益共模抑制比差模輸入電阻電源電壓名稱參數(shù)符號單位型號品種類型通用型高精度IOUIOITId/dIOTUd/dIOIBIudACMRKidRUU /m

49、VCnA/nAnAdBdBkVCV/A741)(F007 四運放）(F324 177OP5G76502100201200100801000189155 . 11552545100700.0040.30.03-3101.50.51421404104-31050.05120120910型MOS101 . 080767105 . 7作業(yè)：作業(yè)：413、414、 911、416 14573G510/106.6 MOS集成運算放大器集成運算放大器一、一、MOS集成運算放大器的分類：集成運算放大器的分類：1、NMOS：N溝道溝道MOS管組成管組成 放放 大大 管：增強型管管：增強型管(E-MOS)； 有源

50、負載：有源負載：E-MOS管管(E/E MOS)、D-MOS(E/D MOS)。2、CMOS：N溝道與溝道與P溝道溝道MOS管互補組成管互補組成 放放 大大 管：增強型管管：增強型管(E-MOS)； 有源負載：有源負載：P溝道溝道MOS管。管。 二、二、MOS集成運算放大器的優(yōu)點：集成運算放大器的優(yōu)點：1、工藝簡單、集成度高；、工藝簡單、集成度高；2、CMOS電路電路低功耗低功耗、設計靈活簡便。、設計靈活簡便。1/11一、一、MOS管有源電阻管有源電阻 1、增強型、增強型NMOS管管當當uGSUGS(th)時，處于恒流區(qū)。時，處于恒流區(qū)。轉(zhuǎn)移特性成為伏安特性，轉(zhuǎn)移特性成為伏安特性， 溝道長度調(diào)

51、制系數(shù)：溝道長度調(diào)制系數(shù)：漏源極總電導：漏源極總電導：特點：電導特點：電導(gm)大，大，交流電阻小交流電阻小。6.6.1 6.6.1 MOS集成運放中的基本單元電路集成運放中的基本單元電路 iDT+uDS- +uGS -GS(th)GSGSDSUuuuDS2GS(th)GSoxnD12uUuLWCiA1UDS2GS(th)DSoxn12uUuLWC UGS(th) OiD uGS uDS Q UDSQ IDQ DSmQDSD1ddrgui2/112、耗盡型、耗盡型NMOS uGS=UGSQ=0漏源極總電導：漏源極總電導：1/rds 交流電阻較大。交流電阻較大。3、串聯(lián)電阻分壓器、串聯(lián)電阻分壓

52、器由由 I1=I2 得得又又U1+U2=UDD，與上式聯(lián)立可得，與上式聯(lián)立可得iD+uDS-UGSQ=0UDSQIDQuDSiDOTT1T2I1I2+U1-+U2-UDD2GS(th)22oxn2GS(th)11oxn22UULWCUULWC1)/()/(1)/()/(12GS(th)12DD2LWLWULWLWUUQ3/11 二、二、MOS管鏡像電流源管鏡像電流源采用不同的寬長比，可以得到采用不同的寬長比，可以得到鏡像電流源鏡像電流源、比例電流源比例電流源等，等，電路設計簡單靈活。電路設計簡單靈活。IrID2T1T2DS112DS212D1D211)/()/(UULWLWIIrD1IIr12

53、rDS112DS2122Do)/()/(11)/()/(ILWLWIUULWLWIIID1IoUDDT1T2T3IoIrUDD2GS(th)GS1DD3oxnD3r2UuULWCiI4/11三、三、MOS有源負載放大器有源負載放大器1、增強型增強型MOS管有源負載管有源負載E/E MOSgmB2襯底（背柵）跨導襯底（背柵）跨導電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)：10（由于寬長比受限）由于寬長比受限） +Ui - +Uo -gm1Uirds1rds21/gm21/gmB2)1 (2m2m1mB2m2m1ggggg212u)/()/(11LWLWAmB2m2ds2ds1m1iou11ggrrgUUA3 . 01 . 0/m2mB22ggUiU