33.第二章：模拟电子技术第5节：集成运算放大电路（二）

33.第二章：模拟电子技术第5节：集成运算放大电路（二）

四．差分放大电路的分析计算

1.静态分析

差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时，其输入端基本上是零电位，将Re从接地改为接负电源－VEE，如图6所示。由于接入负电源，所以偏置电阻Rb可以取消，改为－VEE和Re提供基极偏置电流。

图4差分放大电路

（1）静态分析

静态时，，则，；

故输出电压

温度变化时，两边的变化量相等，即，；

图7差分放大电路静态等效电路

则输出电压

结论：零点漂移完全被抑制了。

（2）双端输入双端输出差分放大电路的静态计算：

基极电流为

由IB的计算式可知，Re对一半差分电路而言，而Re流过的电流是2Ie，所以单边计算时，只有2Re才能获得相同的电压降。

2.动态分析

（a）差模特性

1)差模电压放大倍数Aud

双端输入差分放大电路如图8所示。负载电阻接在两集电极之间，ui接在两输入端之间，也可看成ui/2各接在两输入端与地之间。

图8

图9

双端输入、双端输出差模电压放大倍数

图10双入双出差分放大电路的微变等效电路

图11共模信号和差模信号示意图

差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。

这种方式适用于对称输入和对称输出，输入、输出均不接地的情况。

双端输入、单端输出差模电压放大倍数

图12双端输入、单端输出差分放大电路

双端输入单端输出因只利用了一个集电极输出的变化量，所以它的差模电压放大倍数是双端输出的二分之一。这种方式适用于将差分

信号转换为单端输出信号。

③单端输入、双端输出差模电压放大倍数

图13单端输入、双端输出差分放大电路

图14单端输入转换为双端输入

图15单端输入、双端输出差分放大电路微变等效电路

单端输入信号可以转换为双端输入，其转换过程见图14。右侧的归算到发射极回路的值为，故Re对Ie分流极小，可忽略，于是有

这种方式用于将单端信号转换成双端差分信号,可用于输出负载不接地的情况。

④单端输入、单端输出电压放大倍数

通过从T1或T2的集电极输出，可以得到输出与输入之间或反相或同相的关系。从T1的基极输入信号，从C1输出，为反相；从C2输出为同相。

2)差模输入电阻

不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。

3)输出电阻

输出电阻在单端输出时，

双端输出时，

（b）共模特性

1)共模放大倍数Auc

共模信号对放大电路来说也是变化量，不能视为直流量。计算共模放大倍数Auc的微变等效电路，如图7所示。

图16差动放大电路的共模等效电路

其中Re用2Re等效，这与差模微时不同。共模放大倍数Auc的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出时可以认为等于零。单端输出时为

双端输出时：

单端输出时：

Auc的大小是衡量差分放大电路对称性好坏的标准，理想情况下，Auc=0。

2)共模抑制比

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，引入"共模抑制比"这一指标。共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。

或

KCMR越大，说明差动放大电路的质量越好。

双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比

双端输出时：

单端输出时：

它表明Re越大，共模负反馈越强，共模抑制比越高。

【例1】恒流源式差动放大电路如题图17所示，设电路的电路参数对称：已知三极管的UBE=0.7V，?=50，，稳压管的UZ=+6V，+VCC=+12V，–VEE=–12V，RB=5kΩ，RC=1kΩ，RE=53kΩ，RL=30kΩ。

①求静态工作点Q（IBQ、ICQ、UCEQ）；

②?求差模电压放大倍数Aud；

③?求差模输入电阻Rid与输出电阻Rod。

图17

解：（1）静态工作点Q：

基极电流:

的集电极电流:

因电路的电路参数对称，所以和的均相等：

上的压降：

则

（2）差模电压放大倍数：

差模输入电阻Rid与输出电阻Rod。

【例2】(2005)同一差动放大电路，采用下列（）方式使得共模抑制比最大。

A.单端输入；

B.双端输入；

C.单端输出；

D.双端输出；

答案是:D

双端输出时，输出共模信号近似为0，近似为。

2.5.3集成运算放大器

集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分的整体。

特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸、使用方便等优点，获得了非常广泛的应用。

一．集成运算放大器的组成

图18集成运放内部电路方框图

1.输入级

要求其具有输入阻抗高，放大倍数大，抑制温漂能力强等特点。采用差分放大电路。

为了获得较高的增益，减少内部电路的补偿要求，在差动输人放大级中，还采用有源负载或恒流源负载。输入级的保护电路也是不可缺少的。

2．中间级

中间级是主放大器，要求其具有足够的电压放大倍数，多采用带有源负载的共发射极放大电路，作用是进行电压放大。

为了提高共模抑制能力、提高差模增益和提供稳定的内部工作电流，实际电路中广泛采用各种恒流源电路，如稳压管恒流源、镜像恒流源、多集电极恒流源、场效应管恒流源等。

3.输出级

输出级是功放级，要求其具有输出电阻小、带负载能力强、不失真输出电压高等特点，一般采用互补对称射极输出电路，作用是为了提高电路的带负载能力。

输出级应输出以零电平为中心、有一定大小电流的正负电压，并能与中间电压放大级和负载进行匹配，所以常采用各种形式的互补推挽输出放大电路。

4．偏置电路

偏置电路的作用是用于给各级电路提供一个合适的静态偏置电流，从而确定合适的静态工作点，减小失真。集成运放中的偏置电路除了提供偏置的电路外，还包括诸如差动放大电路的发射极恒流源、共射放大器的有源负载及电平移动电路的有源负载和标准恒流源等

运算放大器的参数

静态指标

（1）输入失调电压VIO：输入电压为零时，为了使放大器输出电