电子技术基础(模拟部分)(第五版)第6章 集成电路运算放大器X

因为各个管子的β和 VBE相同，所以：
VE VE 1 VE 2 VE 3
Re
Re 1
Re 2
Re 3
I E Re I E1Re1 I E 2 Re 2 I E 3Re3
多路电流源
IC1 I E1 I R Re Re1 IC 2 I E 2 I R Re Re 2 IC 3 I E 3 I R Re Re 3
§6.2 差分放大电路differential amplifier
所谓差分，意思就是两个输入信号之差。差分式放 大电路是集成运放的主要组成单元。
差分式放大电路中的一般概念
vid = vi1 vi2
差模信号 vi1 vi2 线性放大 线路
1 vic = (vi1 vi2 ) 共模信号 2 vid vid vi2 = vic vi1 = vic 2 2
(4-15)
R1 RC1
RC2 T1 T2
+VCC
vo
R2
vi
有时会将 信号淹没
vo t
RE2 0
问题 2 :零点漂移。
前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得 当 vi 等于零时， vo不等于零。
(4-16)
零漂现象：
6.2差分式放大电路differential amplifier
1 直耦放大电路的特殊问题——零点漂移
输入Vi=0时，输出有 缓慢变化的电压产生。
(4-17)
•温漂是影响直接耦合放大电路性能的主要因素之一。
当温度变化使第一级放大器的静态工作 点发生微小变化时，这种变化量会被后 面的电路逐级放大，最终在输出端产生 较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温 漂。
Ｕ0
产生零漂的原因：
t
当输入端短路时输出将随t缓慢变化，如图 这种输入电压为零，输出电压偏离零值的变化称零点漂 移-----零漂。严重时会淹没有用信号。 衡量：将输出漂移电压折合到输入端来衡量。

VBE 1 VBE 2


RE
微电流源
RE引入电流负反馈，也提高T2 由于 VBE 很小， 的集电极输出电阻，它更接近 于理想的恒流源 所以IC2也很小
(4-11)
3. 多路电流源
VCC
IC I R I B / I R
IR
IC
T
R
T0
I
IC1
B
IC 2
T2
IC 3
T3
T1
RC RS T1
vo T2
RC RS vi2
vi1
2RE 2RE
对共模信号的抑制作用
T1
vi1
Ie1+Ie2=2Ie，对每管而言， 可视为在射极接入2RE,电 路仍然是对称的。
对双端输出： voc=vc1-vc2=0
(4-29)
RE 具有强负反馈作用
RC RS T1 vi1 2RE
vo
RC RS vi2
Ad Ac
(分贝)
Ad KCMRR (dB) = 20 log Ac
例: Ad=-200 Ac=0.1
KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB
(4-24)
双电源长尾式差放
一、结构
RC RB T1 vi1 RE –VEE T2 vi2 vo RC RB +VCC
特点：加入射极电阻RE ；加入负电源 -VEE ， 采用正负双电源供电。 为了使左右平衡，可 设置调零电位器:
vo= vC1 - vC2= vC1- vC2 = 2vC1
差模电压放大倍数： AC
vo 2vo1 RC vi 1 vi 2 2vi 1 RS rbe
(4-23)
五、共模抑制比(CMRR)的定义
CMRR — Common Mode Rejection Ratio KCMRR =
VCC VBE IR R
I B1 I B 2
无 论 Rc2 的 值 如 何， IC2 的电流 值将保持不变。
镜像电流源
(4-9)
电路优点
结构简单，并具有一定的温度补偿作用。
电路缺点
1. 受VCC影响大，当VCC变化时，IC2几乎同样随之变，
不适应电源电压在大幅度变动下运行。
2. 要求小电流时，如微安级，要求R大；
•线性集成电路 • • 运算放大器 集成稳压器 功率放大器
集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成 的多级放大器。 一、特点: 1.直接耦合 2.偏置电流较小 3.几十Ω<R<几十千Ω 4.有源负载代替大电阻、恒流源、T代替D 5.对称性好、差动、 电流源 6.用复合管改进单管性能
(4-3)
集成电路的工艺特点：
(4-8)
6.1 集成运放中的电流源
为了加强电路的集成度，电路中的电阻不宜太多，所 以在集成电路中常用以下几种恒流源电路：
1. 镜像电流源
I R I C1 2I B
VCC
IC1 I B
R
I C1
2
IR
I C1
V1
I R 设 1
2I B
V2
IC 2
I C1 I C 2 I R
IC1= IC2= IC= IB
VE1= VE2 =－IB×RS－VBE VC1= VC2= VCC－IC×RC VCE1= VCE2 = VC1－VE1
(4-28)
2. Re对共模信号的抑制 作用 —— 抑制温度 漂移，稳定静 态工作点。
+VCC RC RS vo RC T2 vi2 RE –VEE RS
RB
RS
当 vi1 = vi2 =0 时： vo= VC1 - VC2 = 0 当温度变化时： vo= (VC1 + vC1 ) - (VC2 + vC2 ) = 0
(4-21)
三、 共模电压放大倍数AC
+VCC
RB RC RS T1 vi1
vo T2
RC
RB RS vi2
共模输入信号： vi1 = vi2 = vC （大小相等，极性相同） 理想情况：vi1 = vi2 vC1 = vC2 vo= 0 但因两侧不完全对称， vo 0
（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因 而特别有利于实现需要对称结构的电路。 （2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以 功耗很小，在毫瓦以下。
（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使 用有源负载。
（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集 成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容， 只有外接。 （5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。
RL T2
2RE
由于2RE的作用，引入很强的负反馈，对零 漂起到抑制作用，此时单边放大倍数
Auc
RS rbe 2(1 ) RE
RL '
RL ' Rc // RL
RS相当于电源内阻
(4-30)
3.对差模信号的放大作用
RC RS T1 vi1 RE T2 vo RC
RS
流过RE的差模电流为 零，因此RE对差模信 号而言相当于短路， 即不起任何影响。故 将射极视为地电位， vi2 此地称“虚地” 。
(4-5)
多极放大电路Multistage amplifier
• 一、概述
信号源
输入级
多极放大电路
中间级 输出级 负载
三种耦合方式：阻容耦合、直接耦合、变压器耦合
(a)阻容耦合
(b)直接耦合 耦合电路的形式
(c)变压器耦合
(4-6)
三种耦合方式的特点
1.阻容耦合 1)各级Q独立 2）选择较大的耦合电容可以不衰减传递的信号。 3）不适于放大缓慢变化和直流信号
此时，放大电路的差模放大倍数仍为单管放大倍数，即：
Aud
RC
RS rbe
(4-31)
RC RS T1 vi1
vo
RL
RC T2
RB
vi2
RE
若差动电路带负载RL (接在 C1 与 C2 之间), 对于差 动信号而言，RL中点电位为 0, 所以放大倍数：
共模电压放大倍数：
AC vo vC
（很小，<1)
(4-22)
四、差模电压放 大倍数Ad
vi1
RB RC RS T1
vo T2
RC
RB
RS
+VCC
vi2
差模输入信号： vi1 =- vi2 =vd （大小相等，极性相反） 设vC1 =VC1 +vC1 ， vC2 =VC2 +vC2 。 因vi1 = -vi2， vC1 =-vC2
T1
设vi1 = vi2 = 0
温度T 自动稳定 IC IC IE = 2IC
IB
–VEE
VE
VBE
RE 具有强负反馈作用
(4-27)
2. Q点的计算 直流通路
RS T1 vi1 T2 RC
+VCC
IC1 IC2
vo
RC RS
IB IE
RE –VEE
IB
vi2
IB
VEE VBE RS 2(1 ) RE
二、动态参数的计算 1.电压放大倍数Au
UO1 Ui 2
r01
U 01
前级
U01 Ui 2
ri2
RL1 ri 2
U O1 Au1 U i1
UO2 Au 2 Ui2
后级
U O 2 U O 2 U i 2 U O 2 U O1 A A Au u 2 u1 U i1 U i 2 U i1 U i 2 U i1