第4章多級(jí)放大電路和集成電路運(yùn)算放大器1

第4章多級(jí)放大電路和集成電路運(yùn)算放大器

4.1多級(jí)放大電路4.2集成運(yùn)算放大器概述4.3差動(dòng)放大電路4.4電流源電路4.6集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)4.5通用集成運(yùn)算放大器第四章知識(shí)要點(diǎn)1.正確理解多級(jí)放大電路的耦合模式以及直接耦合放大電路中零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其抑制措施；2.熟練掌握多級(jí)放大電路的分析計(jì)算；差動(dòng)放大電路的工作原理、輸入和輸出方式及各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算；3.深刻理解熟練掌握理想集成運(yùn)放的特點(diǎn)和實(shí)際運(yùn)放的主要參數(shù)。4.了解各種電流源電路

引言4.1.1級(jí)間耦合問(wèn)題4.1.2多級(jí)放大電路的分析4.1多級(jí)放大電路

為什么要多級(jí)放大？在第2、3章，我們主要研究了由單個(gè)晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管組成基本放大電路，它們的電壓放大倍數(shù)一般只有幾十倍。但是在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要放大非常微弱的信號(hào)，上述的放大倍數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為了獲得更高的電壓放大倍數(shù)，可以把多個(gè)基本放大電路連接起來(lái)，組成“多級(jí)放大電路”。而級(jí)與級(jí)之間的連接方式則叫做“耦合方式”。實(shí)際上，單級(jí)放大電路中也存在電路與信號(hào)源以及負(fù)載之間的耦合問(wèn)題。引言4.1.1級(jí)間耦合問(wèn)題極間耦合形式：直接耦合A1A2電路簡(jiǎn)單，能放大交、直流信號(hào)，“Q”互相影響，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重。阻容耦合A1A2各級(jí)“Q”獨(dú)立，只放大交流信號(hào)，信號(hào)頻率低時(shí)耦合電容容抗大。變壓器耦合A1A2用于選頻放大器、功率放大器等。光電耦合A1A2以光信號(hào)為媒介實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合與傳遞，抗干擾能力強(qiáng)1、阻容耦合阻容耦合是通過(guò)電容器將后級(jí)電路與前級(jí)相連接，其方框圖所示。阻容耦合放大電路的方框圖單級(jí)阻容耦合放大電路兩極阻容耦合放大電路1）各級(jí)的直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立。由于電容器隔直流而通交流，所以它們的直流通路相互隔離、相互獨(dú)立的，這樣就給設(shè)計(jì)、調(diào)試和分析帶來(lái)很大方便。2）在傳輸過(guò)程中，交流信號(hào)損失少。只要耦合電容選得足夠大，則較低頻率的信號(hào)也能由前級(jí)幾乎不衰減地加到后級(jí)，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)放大。優(yōu)點(diǎn)：3）電路的溫漂小。4）體積小，成本低。缺點(diǎn)：2）低頻特性差；1）無(wú)法集成；3）只能使信號(hào)直接通過(guò)，而不能改變其參數(shù)。2、變壓器耦合

變壓器可以通過(guò)磁路的耦合把一次側(cè)的交流信號(hào)傳送到二次側(cè)，因此可以作為耦合元件。變壓器耦合的兩級(jí)放大電路

可能是實(shí)際的負(fù)載，也可能是下級(jí)放大電路

理想變壓器情況下，負(fù)載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。從變壓器原邊看到的等效電阻為什么要講變壓器耦合？因?yàn)樽儔浩髟趥魉徒涣餍盘?hào)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。優(yōu)點(diǎn)：1）變壓器耦合多級(jí)放大電路前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是相互獨(dú)立、互不影響的。因?yàn)樽儔浩鞑荒軅魉椭绷餍盘?hào)。2）變壓器耦合多級(jí)放大電路基本上沒(méi)有溫漂現(xiàn)象。3）變壓器在傳送交流信號(hào)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。缺點(diǎn)：1）高頻和低頻性能都很差；2）體積大，成本高，無(wú)法集成。3、光電耦合光電耦合放大電路的方框圖uD+-iDiC把發(fā)光元件與光敏元件結(jié)合在一起。發(fā)光元件為輸入回路，把電能轉(zhuǎn)換為光能；光敏元件為輸出回路，將光能轉(zhuǎn)換為電能。(0.1—1.5)usRsRc光電耦合器放大電路4.直接耦合直接耦合的兩級(jí)放大電路存在兩個(gè)問(wèn)題：1）第一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)已接近飽和區(qū)。2）由于采用同種類型的管子，級(jí)數(shù)不能太多。（1）直接耦合的具體形式UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＞

UCQ1

在用NPN型管組成N級(jí)共射放大電路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后級(jí)集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。為了解決第一個(gè)問(wèn)題：可以采用如下的辦法。（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a)加入電阻RE2RRB1C1R

C2uiuoTT12RUz+VDzCC（b）在T2的發(fā)射極加入穩(wěn)壓管RRB1C1RE2uiuoTT12RC2VCC+為了解決第二個(gè)問(wèn)題：可以在電路中采用不同類型的管子，即NPN和PNP管配合使用，如下圖所示。利用NPN型管和PNP型管進(jìn)行電平移動(dòng)UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＜

UCQ1

1）電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)。低頻特性好。2）便于集成。由于電路中只有晶體管和電阻，沒(méi)有電容器和電感器，因此便于集成。缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立，相互影響。會(huì)給設(shè)計(jì)、計(jì)算和調(diào)試帶來(lái)不便。2）引入了零點(diǎn)漂移問(wèn)題。零點(diǎn)漂移對(duì)直接耦合放大電路的影響比較嚴(yán)重。（2）直接耦合放大電路的優(yōu)缺點(diǎn)（3）直接耦合放大電路中的零點(diǎn)漂移問(wèn)題1）何謂零點(diǎn)漂移？一個(gè)直接耦合多級(jí)放大電路的輸入端短路時(shí)輸出電壓并不是始終不變，而是會(huì)出現(xiàn)電壓的隨機(jī)漂動(dòng)，這就是零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱零漂。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。

ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。2）產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因

溫度變化導(dǎo)致電阻，管子參數(shù)的變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。如果采用高精度電阻并經(jīng)過(guò)老化處理和采用高穩(wěn)定度的電源，則晶體管參數(shù)隨溫度的變化將成為產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因。3）零點(diǎn)漂移的嚴(yán)重性及其抑制方法如果零點(diǎn)漂移的大小足以和輸出的有用信號(hào)相比擬，就無(wú)法正確地將兩者加以區(qū)分。因此，為了使放大電路能正常工作，必須有效地抑制零點(diǎn)漂移。注意：為什么只對(duì)直接耦合多級(jí)放大電路提出這一問(wèn)題呢？原來(lái)溫度的變化和零點(diǎn)漂移都是隨時(shí)間緩慢變化的，如果放大電路各級(jí)之間采用阻容耦合，這種緩慢變化的信號(hào)不會(huì)逐級(jí)傳遞和放大，問(wèn)題不會(huì)很嚴(yán)重。但是，對(duì)直接耦合多級(jí)放大電路來(lái)說(shuō)，輸入級(jí)的零點(diǎn)漂移會(huì)逐級(jí)放大，在輸出端造成嚴(yán)重的影響。特別是當(dāng)溫度變化較大，放大電路級(jí)數(shù)多時(shí)，造成的影響尤為嚴(yán)重。4）抑制零點(diǎn)漂移的方法：a.采用恒溫措施，使晶體管工作溫度穩(wěn)定。需要恒溫室或槽，因此設(shè)備復(fù)雜，成本高。b.采用溫度補(bǔ)償法。就是在電路中用熱敏元件或二極管（或晶體管的發(fā)射結(jié)）來(lái)與工作管的溫度特性互相補(bǔ)償。最有效的方法是設(shè)計(jì)特殊形式的放大電路，用特性相同的兩個(gè)管子來(lái)提供輸出，使它們的零點(diǎn)漂移相互抵消。這就是“差動(dòng)放大電路”的設(shè)計(jì)思想。c.采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。d.各級(jí)之間采用阻容耦合。5）零點(diǎn)漂移大小的衡量△uIdr=△uOdr/Au△T△uOdr是輸出端的漂移電壓；△uIdr就是溫度每變化1℃折合到放大電路輸入端的漂移電壓。△T是溫度的變化；Au是電路的電壓放大倍數(shù)；思路：根據(jù)電路的約束條件和管子的IB、IC和IE的相互關(guān)系，列出方程組求解。如果電路中有特殊電位點(diǎn)，則應(yīng)以此為突破口，簡(jiǎn)化求解過(guò)程。4.1.2多級(jí)放大電路的分析方法1、靜態(tài)工作點(diǎn)的分析變壓器耦合同第二章單級(jí)放大電路阻容耦合光電耦合直接耦合例1如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路，已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。計(jì)算前、后級(jí)放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V);

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.解:

兩級(jí)放大電路的靜態(tài)值可分別計(jì)算。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.第一級(jí)是射極輸出器:

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.第二級(jí)是分壓式偏置電路

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–Ui.T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.例2

下圖是一個(gè)輸入短路的兩級(jí)直接耦合放大電路，計(jì)算IBQ1、ICQ1、UCEQ1和IBQ2、ICQ2、UCEQ2的值。設(shè)VT1、VT2的β值分別是β1=50，β2=35，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=4V，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。2.動(dòng)態(tài)性能分析Au1第一級(jí)Au2第二級(jí)Aun末級(jí)uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii=Au1·Au2

·

·

·

AunAu

(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)+·

·

·+Aun

(dB)

考慮級(jí)與級(jí)之間的相互影響，計(jì)算各級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)，應(yīng)把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載處理!!!（1）放大倍數(shù)的計(jì)算（2）輸入和輸出電阻的計(jì)算多級(jí)放大電路的輸入電阻為第一級(jí)放大電路的輸入電阻。多級(jí)放大電路的輸出電阻為最后一級(jí)放大電路的輸出電阻。

對(duì)電壓放大電路的要求：Ri大，Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。例:3如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路，已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.（1）求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。（2）求放大電路的輸入電阻和輸出電阻（1）求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級(jí)放大電路為射極輸出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.第二級(jí)放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.(2)計(jì)算

r

i和r

0微變等效電路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻

ri等于第一級(jí)的輸入電阻ri1。第一級(jí)是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負(fù)載有關(guān)，而射極輸出器的負(fù)載即是第二級(jí)輸入電阻

ri2。2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.1=60,2=100;rbe1=2k,rbe2=2.2k。求Au,Ri,Ro。例3:[解]Ri2=R6//R7

//rbe2RL1=R3//Ri2AU=AU1?AU2Ri=Ri1=R1//R2

//

[rbe1+(1+1)R4]Ro=R8=4.7k4.1.3其他多級(jí)放大電路4.3差動(dòng)放大電路4.3.2射極耦合差動(dòng)放大電路的靜態(tài)分析4.3.6具有恒流源差分放大電路4.3.4差分放大電路的的四種接法4.3.1電路組成及抑制零點(diǎn)漂移的原理4.3.3射極耦合差動(dòng)放大電路的動(dòng)態(tài)分析4.3.5差動(dòng)放大電路的調(diào)零1、電路組成特點(diǎn)：

a.兩只完全相同的管子；b.兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端；c.元件參數(shù)對(duì)稱；4.3.1電路組成及抑制零點(diǎn)漂移的原理2、抑制零漂的工作原理

原理：靜態(tài)時(shí)，輸入信號(hào)為零，即將輸入端①和②短接。由于兩管特性相同，所以當(dāng)溫度或其他外界條件發(fā)生變化時(shí)，兩管的集電極電流ICQ1和ICQ2的變化規(guī)律始終相同，結(jié)果使兩管的集電極電位UCQ1、UCQ2始終相等，從而使UOQ=UCQ1-UCQ2≡0，因此抑制了零點(diǎn)漂移。UCQ1UCQ2具體實(shí)踐：在實(shí)踐中，兩個(gè)特性相同的管子采用“差分對(duì)管”，兩半電路中對(duì)應(yīng)的電阻可用電橋精密選配，盡可能保證阻值對(duì)稱性精度滿足要求。結(jié)論：可想而知，即使采取了這些措施，差動(dòng)放大電路的兩半電路仍不可能完全對(duì)稱，也就是說(shuō)，零點(diǎn)漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。（2）共模輸入方式Ui1=Ui2=Uic(共模信號(hào)、共模輸入方式、共模輸入信號(hào)、共模輸出信號(hào)、共模電壓放大倍數(shù)）共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)，即Ac叫做共模電壓放大倍數(shù)。理論上講，Ac為0，實(shí)際上由于電路不完全對(duì)稱，可能仍會(huì)有不大的Uoc，一般Ac《1。為什么討論共模信號(hào)呢？差放的兩半電路完全對(duì)稱，又處于同一工作環(huán)境，這時(shí)溫度變化以及其它干擾因素對(duì)這兩半電路都有完全相同的影響和作用，都等效成共模輸入信號(hào)。如果在Uic作用下，Uoc=0或Ac=0，則說(shuō)明差放有效地抑制了因溫度變化而引起的零漂。3、信號(hào)的輸入方式和電路的響應(yīng)（1）差模輸入方式Ui1=Uid，Ui2=-Uid差模輸入信號(hào)為：Ui1－

Ui2=2

Uid差模輸入方式ui1↑→ib1↑→ic1↑→uc1↓ui2↓→ib2↓→ic2↓→uc2↑輸出電壓uO=uC1－

uC2≠0，而是出現(xiàn)了信號(hào)，記為Uod。定義：Ad=Uod/2Uid(差模信號(hào)、差模輸入方式、差模輸入信號(hào)、差模輸出信號(hào)、差模電壓放大倍數(shù)）（3）任意輸入方式

輸入端分別接Ui1和Ui2，這種輸入方式帶有一般性，叫“任意輸入方式”。Uic=(Ui1+Ui2)/2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若則Uid=(Ui1-Ui2)/2任意輸入方式例如：Ui1=10mVUi2=6mV則Uid=2mVUic=8mV利用疊加原理得到：Uo=Uod+Uoc=Ad·2Uid+AcUic=Ad（Ui1-Ui2）結(jié)論：在任意輸入方式下，被放大的是輸入信號(hào)Ui1和Ui2的差值。這也是這種電路為什么叫做“差動(dòng)放大的原因”。4.存在的問(wèn)題及改進(jìn)的方案以上研究的是基本的差動(dòng)放大電路，它實(shí)際上不可能完全抑制零漂，因?yàn)閮砂腚娐凡粫?huì)完全對(duì)稱。另外，如果從一管輸出，則與單管放大電路一樣，對(duì)零漂毫無(wú)抑制能力，而這種“單端輸出”方式的形式又是經(jīng)常采用的。

穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，就是要減小ICQ的變化，而抑制零點(diǎn)漂移也同樣是減小ICQ的變化。即抑制零點(diǎn)漂移和穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)是一回事。因此可以借鑒工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中采用過(guò)的方法，在管子的射極上接一電阻。這樣，基本的差動(dòng)放大電路就改進(jìn)為如圖所示?？梢韵胍?jiàn)，RE越大，則工作點(diǎn)越穩(wěn)定，零點(diǎn)漂移也越小。但，RE太大，在一定的工作電流下，RE上的壓降太大，管子的動(dòng)態(tài)范圍就會(huì)變小，如下圖所示。為了保證一定的靜態(tài)工作電流和動(dòng)態(tài)范圍，而RE又希望取得大些，常采用雙電源供電，用電源VEE提供RE上所需的電壓。采用雙電源供電后的的負(fù)載線也如圖所示，可以看出在同一個(gè)ICQ下，輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍大多了。改進(jìn)后的電路叫射極耦合差動(dòng)放大電路也叫長(zhǎng)尾電路。射極耦合差動(dòng)放大電路.W因?yàn)橛胸?fù)電源VEE提供發(fā)射極正偏所需要的電壓，所以RB可以去掉。在理想對(duì)稱的情況下：1.克服零點(diǎn)漂移；2.零輸入零輸出；3.抑制共模信號(hào)；4.放大差模信號(hào)。典型電路晶體管輸入回路方程：通常，R1較小，且IBQ很小(微安)，故選合適的VEE和Re就可得合適的Q4.3.2射極耦合差動(dòng)放大電路的靜態(tài)分析R1是必要的嗎？4.3.3.射極耦合差動(dòng)放大電路的動(dòng)態(tài)分析WA在討論基本差動(dòng)放大電路時(shí)已經(jīng)討論過(guò)（1）對(duì)于任意輸入信號(hào)Ui1和Ui2，可以用一個(gè)差模信號(hào)和一個(gè)共模信號(hào)疊加來(lái)表示。其中Uid=(Ui1-Ui2)/2Uic=(Ui1+Ui2)/2因此總是分別求電路的差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)。1、差模電壓放大倍數(shù)A、對(duì)差模信號(hào)，若一管的射極電流增大△I，則另一管的射極電流必然減小△I，因而流過(guò)射極電阻RE的總電流不變，相當(dāng)于交流接地。B、負(fù)載RL中點(diǎn)電位為交流地電位?！鱥E1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對(duì)差模信號(hào)無(wú)反饋?zhàn)饔?。由此畫出半電路的交流通路如圖所示。Ad1：表示一個(gè)管子差摸電壓放大倍數(shù)。結(jié)論：差模電壓放大倍數(shù)等于半電路電壓放大倍數(shù)。3、差模輸入電阻RidRid=2[R1+rbe]4、差模輸出電阻Rod=2RC2、共模電壓放大倍數(shù)在理想情況下，共模電壓放大倍數(shù)Ac=0。5、共模抑制比KCMR=︱Ad/Ac︱用分貝表示：KCMR=20lg︱Ad/Ac︳Ad越大越好，Ac越小越好，因此KCMR越大越好。6、差動(dòng)放大電路的電壓傳輸特性Rid=2[R1+rbe]Rod=2RCAc=0電路如圖所示，設(shè)滑動(dòng)端處于中間位置，管子的，分析計(jì)算：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)、、的值。靜態(tài)時(shí)中是RL否有電流通過(guò)？（2）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：差模電壓放大倍數(shù)、差模輸入電阻和輸出電阻。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。

根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。4.3.4差動(dòng)放大電路的四種接法主要討論的問(wèn)題有：靜態(tài)分析；

差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻輸出電阻1.雙端輸入雙端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)

（2）共模電壓放大倍數(shù)（3）差模輸入電阻（4）輸出電阻由于輸入回路沒(méi)有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。2.雙端輸入單端輸出靜態(tài)分析Q關(guān)鍵是UC1

1(1)差模電壓放大倍數(shù)

如果在右端輸出，則

動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題：雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的2倍嗎？（3）輸出電阻（2）差模輸入電阻（4）共模電壓放大倍數(shù)共模半電路：

3.單端輸入雙端輸出4.單端輸入單端輸出4.3.3差動(dòng)放大電路的調(diào)零增加調(diào)零電阻后四種接法下的性能分析比較靜態(tài)分析時(shí)不考慮Rp(1)差模電壓放大倍數(shù)

與單端輸入還是雙端輸入無(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：

差動(dòng)放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)

雙端輸出時(shí)：

單端輸出時(shí)：

(2)共模電壓放大倍數(shù)

與單端輸入還是雙端輸入無(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：

雙端輸出時(shí)：

單端輸出時(shí)：

(3)差模輸入電阻

不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。

單端輸出時(shí)，

雙端輸出時(shí)，

(4)輸出電阻(5)共模抑制比

共模抑制比KCMR是差分放大器的一個(gè)重要指標(biāo)。

雙端輸出時(shí)KCMR可認(rèn)為等于無(wú)窮大，

單端輸出時(shí)共模抑制比：例題射極耦合差動(dòng)放大電路，，,,兩的，輸入信號(hào)為，。求負(fù)載電阻接在兩管集電極與之間以及接在與地之間的輸出電壓和電路的共模抑制比。4.3.6具有恒流源差分放大電路電路的組成和工作原理從以上兩式看出要減小Ac，提高共模抑制比，應(yīng)增大RE，但RE不能太大。

因?yàn)?.Re增大，ie減小，ib減小，rbe增大，Ad減小2.在保持VT1、VT2兩管的工作電流為一定值時(shí)，要加大RE，必須提高VEE，這是有困難的。1mA,50K,100V3.集成電路中大電阻不易制作能不能找到這樣一種元器件，它的直流電阻很小，而它的交流電阻卻很大，這樣靜態(tài)時(shí)不需要很大的VEE，動(dòng)態(tài)時(shí)的AC卻很小，KCMR很大？減少共模放大倍數(shù)的思路：增大REE用恒流源代替REE特點(diǎn)：直流電阻為有限值動(dòng)態(tài)電阻很大1.三極管電流源電流源代替差分電路中的REE+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RC–VEER2R3IC3V3ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RC–VEER2R3IC3V31、靜態(tài)分析2、動(dòng)態(tài)分析帶射極恒流源的差動(dòng)放大電路帶射極恒流源的差動(dòng)放大電路2、動(dòng)態(tài)分析1、靜態(tài)分析優(yōu)點(diǎn)：IC3穩(wěn)定，靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定，缺點(diǎn)：但電阻多，不容易集成1、鏡像電流源24.4電流源電路當(dāng)較小時(shí)，誤差較大。2．改進(jìn)的鏡像電流源該電流是恒定的，不可調(diào)。增加三極管的目的是減少三極管VT1、VT2對(duì)IR的分流作用，提高鏡像精度，減小β值不夠大時(shí)帶來(lái)的影響。

和改變射極電阻的大小可以獲得不同比例的輸出電流。

3．多路輸出比例電流源3、微電流源24.電流源用作有源負(fù)載

由于電流源具有直流電阻小、交流電阻大的特點(diǎn)，在模擬集成電路中廣泛地把它作負(fù)載使用--有源負(fù)載，可提高電路的電壓增益及動(dòng)態(tài)輸出范圍。

4.2集成運(yùn)算放大器的概述1.集成電路的概念1)分立元件電路:由相互獨(dú)立的電阻、電容、二極管、三極管等元件，用導(dǎo)線或印制電路連接成的一個(gè)完整電路，這種電路統(tǒng)統(tǒng)稱為分立元件電路。

2)集成電路:采用半導(dǎo)體制造工藝將晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、二極管、電阻等元器件以及電路的連線都集中制作在一小塊半導(dǎo)體硅基片上，并封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)完整的具有一定功能的微型結(jié)構(gòu)器件，稱為集成電路。優(yōu)點(diǎn)：元器件密度高、連線短、體積小、重量輕、功耗低、外部連線及焊點(diǎn)大為減少，從而使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步，綜合性能大大高于分立元件電路，實(shí)現(xiàn)了元件、電路和系統(tǒng)的三結(jié)合，為電子技術(shù)的應(yīng)用開辟了一個(gè)新時(shí)代。2．集成電路的種類1）集成電路按照單個(gè)芯片上能集成的元器件數(shù)目的多少可分為小規(guī)模（SSI）、中規(guī)模（MSI）、大規(guī)模（LSI）和超大規(guī)模（VLSI）四類。2）集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。3)按制造工藝分類可分為雙極型、CMOS型和BiFET型。

3.模擬集成電路的特點(diǎn)1)直接耦合：采用差動(dòng)電路形式和電流源電路，元件相對(duì)誤差小；2)用有源元件替代無(wú)源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。大電阻用恒流源代替，大電容外接；3)二極管用三極管代替(B、C極接在一起)；4)用復(fù)雜電路實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐返膹?fù)雜化并不帶來(lái)工藝的復(fù)雜性。高增益、高輸入電阻、低輸出電阻。集成運(yùn)算放大電路，簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，是一個(gè)高性能的直接耦合多級(jí)放大電路。因首先用于信號(hào)的運(yùn)算，故而得名。4、集成運(yùn)放電路的組成兩個(gè)輸入端一個(gè)輸出端

若將集成運(yùn)放看成為一個(gè)“黑盒子”，則可等效為一個(gè)雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。輸入級(jí)：差動(dòng)電路，大大減少溫漂。輸入級(jí)又稱前置級(jí)，它的好壞直接影響集成運(yùn)放的大多數(shù)性能參數(shù)，如增大輸入電阻，減小零漂，提高共模抑制比等。所以，輸入級(jí)一般是一個(gè)雙端輸入的高性能差分放大電路，它的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)電路的反相輸入端和同相輸入端。中間級(jí)：采用有源負(fù)載的共發(fā)射極電路，增益大。中間級(jí)的主要作用是提高電壓增益，它可由一級(jí)或多級(jí)放大電路組成。而且為了提高電壓放大倍數(shù)，增大輸出電壓，經(jīng)常采用復(fù)合管做放大管，以恒流源做有源負(fù)載的共射放大電路。輸入級(jí)偏置電路中間級(jí)輸出級(jí)+uouid偏置電路：鏡像電流源，微電流源。偏置電路的作用是為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)提供靜態(tài)偏置電流，建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。輸出級(jí)：

OCL電路，帶負(fù)載能力強(qiáng)。集成運(yùn)放的輸出級(jí)一般要求輸出電壓幅度要大，輸出功率大，效率高，輸出電阻較小，提高帶負(fù)載能力。因此，一般采用互補(bǔ)對(duì)稱的電壓跟隨器。4.5.1集成運(yùn)放的發(fā)展概況

第一代產(chǎn)品基本沿用了分立元件放大電路的設(shè)計(jì)思想，采用了集成數(shù)字電路的制造工藝。

第二代產(chǎn)品以1986年制造的μA741型高增益運(yùn)放(10萬(wàn)倍左右)為代表。

第三代產(chǎn)品出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代末，輸入級(jí)采用超管(1000～5000)，且工作電流很低，從而使輸入失調(diào)電流及溫漂大大減小，輸入電阻大大提高。

第四代產(chǎn)品出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，采用了斬波穩(wěn)零和動(dòng)態(tài)穩(wěn)零技術(shù)，將場(chǎng)效應(yīng)管、雙極型三極管和自穩(wěn)零放大技術(shù)兼容在一塊硅片上，得到了極佳的抑制零漂效果。

4.5通用集成運(yùn)算放大器舉例：F007——通用型集成運(yùn)放對(duì)于集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路，然后根據(jù)信號(hào)流通順序，將其分為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)電路。

若在集成運(yùn)放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個(gè)電流往往是偏置電路中的基準(zhǔn)電流。找出偏置電路雙端輸入、單端輸出差分放大電路以復(fù)合管為放大管、恒流源作負(fù)載的共射放大電路用UBE倍增電路消除交越失真的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)三級(jí)放大電路簡(jiǎn)化電路

分解電路輸入級(jí)的分析

T3、T4為橫向PNP型管，輸入端耐壓高。共集形式，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式頻帶寬。共集-共基形式Q點(diǎn)的穩(wěn)定：T（℃）↑→IC1↑IC2↑→IC8↑IC9與IC8為鏡像關(guān)系→IC9↑，因IC10不變→

IB3↓IB4↓→IC3↓IC4↓→IC1↓IC2↓

T1和T2從基極輸入、射極輸出T3和T4從射極輸入、集電極輸出輸入級(jí)的分析T7的作用：抑制共模信號(hào)

T5、T6分別是T3、T4的有源負(fù)載，而T4又是T6的有源負(fù)載，增大電壓放大倍數(shù)。+++++++_放大差模信號(hào)+___特點(diǎn)：輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、共模放大倍數(shù)小、輸入端耐壓高，并完成電平轉(zhuǎn)換（即對(duì)“地”輸出）。中間級(jí)的分析中間級(jí)是主放大器，它所采取的一切措施都是為了增大放大倍數(shù)。

F007的中間級(jí)是以復(fù)合管為放大管、采用有源負(fù)載的共射放大電路。由于等效的集電極電阻趨于無(wú)窮大，故動(dòng)態(tài)電流幾乎全部流入輸出級(jí)。中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)的分析D1和D2起過(guò)流保護(hù)作用，未過(guò)流時(shí)，兩只二極管均截止。iO增大到一定程度，D1導(dǎo)通，為T14基極分流，從而保護(hù)了T14。準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)，UBE倍增電路消除交越失真。中間級(jí)輸出級(jí)電流采樣電阻特點(diǎn)：輸出電阻小最大不失真輸出電壓高判斷同相輸入端和反相輸入端

輸入電阻大、差模增益大、輸出電阻小、共模抑制能力強(qiáng)、允許的共模輸入電壓高、輸入端耐壓高等。二、集成運(yùn)算放大器電路符號(hào)及理想化條件1.運(yùn)放的符號(hào)習(xí)慣用符號(hào)uid+VCC–VEE國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)uouid+VCC–VEE8直流電源接法(VCC=VEE)等效電路uouidu–i+u+uoRidAuduidRoi–u+—同相端輸入電壓u-

—反相端輸入電壓uid—差模輸入電壓uid=u–

u+Aud—開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

uo=Aud(u+–u)1)

Aud2.運(yùn)放特性的理想化6)UIO0，I