模电课件第四章

 Uod Uod 1 Uod 2 RL    所以 Aud  Uid Uid1 Uid 2 rbe

式中： R '  R 1 R L C L 2 结论：双端输出时的差模电压放大倍数等于单 边共射放大器的电压放大倍数。
22

单端输出时:
U CC RC UC1 ＋ RC UC2

RL V1
U i1 U i2

由于RE的调节作用使输出大为减少。

32

RC

RC ＋ V1

Uoc1 ＋
Uic －

Uoc

－ V2

Uoc2

2RE

2 RE

2. 共模输入电阻
U ic U ic Ric   I ic 2 I ic1 1  rbe  ( 1   )2 RE  2

3.共模输出电阻

双端输出时为
单端输出时为

Roc 双  0 Roc (单） RC
16

零点漂移衡量指标：等效输入漂移电压ΔUip
UCC RB
等效输入
漂移电压

RC ΔUC
输出漂移电压

+
_

U C ΔUip = Au

等效输入漂移电压限制

了放大器所能放大的最
小信号。

图4―11 放大器的零点漂移
17

4―3―2差动放大器的工作原理及性能分析
U CC RC RL UC1 ＋ Uo － UC2 RC

图4―12 基本差动放大器

一、差模放大特性
RC
RL UC1 U i1
＋ Uid1 － － Uid2 ＋

U CC

RC
＋ V1 Uo － V2 UC2

Uid=Uid1-Uid2

RE －UEE

U i2

RE上只有静态电压，而不产生差模信号电压。
双端输出时，负载RL的中点电位为0。
20

RC ＋ Uod ＋ RL RL Uod1 2 2 － － ＋ Uod2 －

Iid

＋
Uid1

V1

V2

－
Uid2

Rid 

Uid 2Uid1   2rbe I id I id

26

3. 差模输出电阻
RC ＋ Uod ＋ RL RL Uod1 2 2 － － ＋ Uod2 － RC

Iid

＋
Uid1

V1

V2

－
Uid2

双端输出时为 单端输出时为

Rod  2RC

Rod (单） RC

U CC  U BE 3  U BE 2 Ir  Rr U CC  2U BE  Rr I r  I C1  I B 3  I C1  I C1  I C 2 , I E3  IC 2  IC3

3

3 IC3  I E3 1  3
I C1

1



IC 2

2

图4―8 威尔逊电流源

若β>>1，则 IE1≈Ir, IE2≈IC2
U CC  U BE1 U CC Ir   Rr  R1 Rr  R1

IC 2

R1  Ir R2
11

四、微电流电流源
UCC

IE2
IC2

Ir

Rr

1 UT I E1  (U BE1  U BE 2 )  ln R2 R2 I E 2
当 β1>>1 时 ，

U CC RC RL UC1 ＋ V1 U i1 Uo － V2 UC2 RC

U CE1Q  U CE 2Q  U CC  0.7  I C1Q RC
U C1Q  U C 2Q  U CC  I C1Q RC
静态时，差动放 大器两输出端之 间的直流电压为 零。
19

U i2
RE －UEE
第四章 集成运算 放大器电路

1

集成电路：60年代发展起来的一种新型器件，把众多
晶体管、电阻、电容及连线制作在一块半导体芯片 （如：硅片）上，做成具有特定功能的独立电子线路。 外型一般用金属圆壳或双列直插结构。 集成电路具有性能好，可靠性高，体积小， 耗电少， 成本低等优点。 集成运放：是一 种模拟集成电路，早期实现各种数 学运算，主要用于模拟计算机；现在广泛应用于各
8

图4―4 多路镜像电流源

集成电路中多路镜像电流源的实现
UCC
V1 Rr Ir IC1 IC2 IC3 R r Ir V2 UCC V3 IC2 IC3

(a)三集电极横向PNP管电路

(b)等价电路

图4―5多集电极晶体管镜像电流源
9

三、比例电流源
UCC Ir Rr IB1 V1 IE1 － ＋ UBE1 IB2 ＋ UBE2 － R2 V2 IE2 IC2
Auc (单）  U oc1 U ic 或 Auc (单）  U oc 2 U ic U oc1 U oc 2 RC Auc (单）    U ic U ic rbe  (1   )2 RE

通常满足(1+β)2RE>>rbe，所以上式可简化为
RC Auc ( 单）  2 RE

13

若三管特性相同，则β1=β2=β3=β, I C1 I C 2 1  3 1 1 I E3  IC 2   I C 3  (1   ) I C 2 1  2 3 1  2 利用交流等效电路
1  I C 3  (1  1  1 )(I r  IC3

可求出威尔逊电流

I C1

1

V2

1 I r   Ir 1  2
( 1  1)

图4―3 镜像电流源

UCC  U BE UCC Ir   Rr Rr
7

UCC Rr Ir V5 V1 V2 V3 V4 IC2 IC3 IC4

IC 2  IC 3  IC 4

1 (1  5 )  Ir 1 (1  5 )  4

U i1  U i 2 共模信号：U ic1  U ic2   U ic 2 U i1  U i 2 差模信号：U id1  U id 2  2

U BE1  I E1R1  U BE 2  I E 2 R2

I E1  U BE1  U T ln I S1 IE2 U BE 2  U T ln IS2 I S1  I S 2

R1

 U BE1  U BE 2

I E1  U T ln IE2

图4―6比例电流源

IE2  U T ln I E1

源的动态内阻Ro 为：









)

Ro 


2

Байду номын сангаасrce

2 I C 3  (1  2 )Ir   2  2

优 点 较大的动态内阻； 输出电流受β的影响也大大减小
14

六、有源负载放大器
UCC V3 uo ui V1 Rr u
i

UCC V3 ΔIC3 ΔIC1 V1 I V2 ΔIC2 uo

V2
' RL  RC RL 式中：
24

RE

结论：单端输出时的差模电压放大倍数为单边共

射电路电压放大倍数的一半，且两输出端信号的
相位相反。

双端输出时为 单端输出时为

Rod  2RC

Rod (单） RC
25

2. 差模输入电阻
RC ＋ Uod ＋ RL RL Uod1 2 2 － － ＋ Uod2 － RC
10

室温下，当两管的射极电流相差10倍时：
U BE1  U BE 2 I E1  UT ln IE2  UT ln 10  60m V

仅为此时两管UBE电压(>0.7V)的10%。因此，
UBE1≈UBE2。
U BE1  I E1R1  U BE 2  I E 2 R2

I E1R1  I E 2 R2

(a)共射电路

(b)具有倒相功能的共射电路

图4―10有源负载放大器
15

4―3 差动放大电路
4―3―1 零点漂移现象
1.静态时，由于温度变化，电源波动等因素 的影响，会使工作点电压(即集电极电位)偏离设

定值而缓慢地上下飘动。
2. 对直接耦合放大电路，这种飘动会逐级放 大，会使后级放大器进入截止和饱和， 这样整 个电路将无法正常工作。 3.差动放大器电路能有效地克服零点漂移。
33

三、共模抑制比KCMR
差模：需要放大的有用信号，尽可能的放大。

共模：无用的干扰信号，需要抑制。
为了衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共

模信号的抑制能力，通用共模抑制比来衡量。
KCMR  Aud Auc KCMR Aud  20lg Auc (dB)

K CMR (单) 

Aud (单) Auc (单)

射随器或互 补射随器

Ui

输 入 级

中 间 级

输 出 级

Uo

电流源电路
提供各级偏流和有源负载 图4―1 集成运算放大器组成框图
4

4―2 电流源电路
电流源的作用：
1、为各级电路提供稳定的直流偏置电流 2、可用为有源负载代替集电极电阻RC。

5

   R3 一、单管电流源电路 Ro  rce 1   r R R   be 3 B  

IE1≈Ir,IE2≈IC2
V1 V2 R2

UT Ir R2  ln IC 2 IC 2
已知Ir=1mA,要求IC2=10μA时
26  103 1000 R2  ln  12k 6 10  10 10

图4―7微电流电流源
12

五、负反馈型电流源
UCC Ir Rr IC3 V3 IC1 IB3 IE3 IC2 V1 V2

27

二、共模抑制特性
U CC RC RC

RL
UC1 U i1
＋ U ic1 Uic=(Uic1+Uic2)/2 =Uic1=Uic2 － － ＋

＋ V1

Uo

－ V2

UC2

RE －UEE
28

U ic2

U i2

共模等效通路 对共模信号而言，每个管子的射极相当 于各接有2RE的电阻 双端输出时，负载RL上的电流为零，相当 于RL开路。

29

RC Uo c1 ＋ Uic － 2RE ＋ V1 Uoc － V2

RC Uoc2

2 RE

图4―14 基本差动放大器的共模等效通路
30

1.共模电压放大倍数Auc
双端输出时的共模电压放大倍数
U oc U oc1  U oc 2 Auc   0 U ic U ic

单端输出时的共模电压放大倍数



  RL RE rbe RC
34

KCMR实质上是反映实际差动电路的对称性。 理想情况下：在双端输出理想对称的情况下，

Auc=0， KCMR→∞。
为了定量分析，通常用单端输出的KCMR。

35

四、对任意输入信号的放大特性
U i1  U i 2 U i1  U i 2 U i1    U id1  U ic1 2 2 U i1  U i 2 U i1  U i 2 Ui2     U id 2  U ic 2 2 2
IC R1 IB R2 0 UCE R3

IC

IC Ro

－U EE

(a)晶体管的恒流特性

(b)电流源电路

(c)等效电流源 表示法
6

图4―2单管电流源电路

二、镜像电流源
UCC Rr IC1 V1 Ir

问题：为何增加该连线？

I C 2  I C1  I r  2 I B1
IC2

 Ir  2
IC 2

RC

＋

V1 ＋ Uid1 － －
Uid2

V2

Uid=Uid1-Uid2
－ ＋
21

图4―13基本差动放大器的差模等效通路

U od 1. 差模电压放大倍数 Aud  U id 在双端输出时 U od  U od 1  U od 2  2U od 1  2U od 2

U id  U id1  U id 2  2U id1  2U id 2

种电子系统中。
2

4―1 集成运算放大器的特点
1.级间只能采用直接耦合方式(集成工艺不能 制作大电容和电感)； 2.尽可能采用有源器件代替无源器件(避免使

用大电容、大电阻)；
3.利用对称结构改善电路性能 (采用对称结构 的差动放大器，抑制工作点漂移，解决零漂现象 )。
3

差动放 大器

负载为有源 负载的共射 放大器

Uo －

V2

RE
－UEE

信号只从一端输出。
23

RC
UC1 RL V1

RC ＋
U od － V2 UC2

Uid=Uid1-Uid2 U i1
U i2

' U od 1 U od 1 1 1 RL Aud ( 单）    Aud   U id 2U id1 2 2 rbe ' U od 2 U od 2 1 1 RL    Aud  或 Aud ( 单）  U id  2U id 2 2 2 rbe

当Ui1=Ui2=0时

U E  U BE  0.7V
则流过RE的电流I为

V1 U i1
U i2 RE

V2

U E  (U EE ) I RE U EE  0.7  RE
故有

I C1Q  I C 2Q  I E1Q  I E 2Q 1  I 2 18

－UEE

图4―12 基本差动放大器
31

结论：由于射极电阻2RE的存在，使单端输出时的
共模电压放大总倍数大为减小。即差动放大器对共 模信号不是放大而是抑制，且RE↑→抑制作用越强。

差动电路能够克服零点漂移现象的根本原因：
共模信号一般指由于外界影响（β，T，

UCC），引起工作点的漂移，折算到输入端就是一
种共模信号，双端输出时，只要对称性好，则 UOC=0，可以完全抑制外界的干扰。单端输出时，