第08次课 20091218(集成运放1)

若单端输出(如 若单端输出 如vO2端 输出)， 可不接R 输出 ，T1可不接 c。 这 是否相等？ 时ICQ和VCQ是否相等？
浙江大学 蔡忠法
集成电子技术基础
2.差分放大电路的工作原理 2.差分放大电路的工作原理
被测信号的输入方式： 被测信号的输入方式：
单端输入方式 单端输入方式 双端输入方式 如桥式测量电路） 方式（ 双端输入方式（如桥式测量电路） 差模成分：两个输入信号之差 之差。 差模成分：两个输入信号之差。 v Id = v I 1 v I 2 成分 共模成分：两个输入信号平均值。 v Ic = 共模成分：两个输入信号平均值。 成分 平均值
T3管的作用是减小输出电流与参考电流的误差。 管的作用是减小输出电流与参考电流的误差。
浙江大学 蔡忠法
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I B3
IE3 2 I B1 = = 1+ β 1+ β 2IC1 = β (1 + β )
当β≥50时，输出电流 L 时 输出电流I 与参考电流I 与参考电流 REF的相对 ， 误差小于0.08%，因此 误差小于 称为跟随型电流源 跟随型电流源。 称为跟随型电流源。 实际应用时常接有R 有什么作用？ 实际应用时常接有 e3， Re3有什么作用？ Re3可增大 3管工作电流，从而提高 3管的 。 可增大T 管工作电流，从而提高T 管的β。
浙江大学 蔡忠法
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一、集成运放的典型结构
输入级采用差分放大电路 输入级采用差分放大电路 差分放大 中间级采用CE(CS)电路 电路 中间级采用 输出级采用互补对称式射 输出级采用互补对称式射 极跟随器结构 极跟随器结构
低温漂， 低温漂，高共模抑 制比和 制比和高输入电阻 高电压增益 低输出电阻， 低输出电阻，较 强带负载能力
Avc小
差分放大电路具有对差模信号进行放大、对共 差分放大电路具有对差模信号进行放大、 差模信号进行放大 模信号进行抑制的能力 的能力。 模信号进行抑制的能力。
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〖例2.3.1〗 已知差分放大电路v 已知差分放大电路 I1=5.01V、vI2=4.99V，Avd＝–80， 、 ， ， Avc＝ – 0.01，求vO＝？ ， 〖解〗 v I d = v I 1 v I 2 = 5.01V 4.99V = 0.02V
β
β
误差为2I 相对误差通常小于5%。 误差为 B，相对误差通常小于 。
浙江大学 蔡忠法
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二、跟随型镜像电流源电路 在基本镜像电流源 电路的基础上增加 T3管，输出电流与 参考电流仍然有 镜像”关系。 “镜像”关系。
I L = I C 2 = I C 1 ≈ I REF VCC 2VBE VCC = ≈ RREF RREF
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1.静态分析 1.静态分析 IC1＝IC2＝IC IE1＝IE2＝IE VE＝-VBE＝-0.7V
VE (VEE ) ( IC ≈ I E = 2 Re VEE 0.7 = 2 Re
差分放大电路的静态偏置电流由电源-VEE提供， 提供， 差分放大电路的静态偏置电流由电源 提供 调整Re可以方便地改变静态电流的大小 可以方便地改变静态电流的大小。 调整 可以方便地改变静态电流的大小。
I E Re ≈ I E 1 Re1 ≈ I E 2 Re 2 ≈ I E 3 Re 3
I REF Re ≈ I C 1 Re1 ≈ I C 2 Re 2 ≈ I C 3 Re 3
5G28 CF741
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2.3.3 差分放大电路
一、基本电路形式和工作原理 也称为差动放大电路 也称为差动放大电路 (differential amplifier)。 。 由两只特性和参数完全 相同的三极管（称为对 相同的三极管（称为对 组成对称电路。 管）组成对称电路。 T1、T2的发射极连接一 个射极电阻， 个射极电阻，简称长尾 式差分放大电路。 式差分放大电路。
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场效应管组成的电流源电路 N沟道 沟道JFET 沟道 P沟道 沟道JFET 沟道
电路特点： 电路特点： 负载串联在漏极回路上 栅极偏置电压恒定 源极电阻稳定输出电流
5G28
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一、基本镜像电流源电路
(1) T1管工作在什 么状态？ 么状态？ (2) 电路的 o=？ 电路的R ？ 由两只特性完全相同的三极管组成。 由两只特性完全相同的三极管组成。 电阻R 确定参考电流I 电阻 REF确定参考电流 REF。 IC2= IC1≈IREF，因此称为镜像电流源或电流镜电路。 因此称为镜像电流源或电流镜电路。 镜像电流源 电路
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v Id = v I 1 v I来自2v I 1 + v I 2 v Ic = 2 差分放大电路的输入 可以表示为： 可以表示为： v Id v I 1 = v Ic + 2 v Id v I 2 = v Ic 2
输入可以等效为共模成分与差模成分的叠加。 输入可以等效为共模成分与差模成分的叠加。相 应地，输出也应该可以等效为共模与差模的叠加。 应地，输出也应该可以等效为共模与差模的叠加。
Avd 1
Avd 2
β Rc v Od 1 = = 2rbe v Id
β Rc v Od 2 = =+ 2rbe v Id
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差模输入电阻 Rid
v Id Rid = = 2rbe i Id
差模输出电阻 Ro 双端输出时， 双端输出时，
Ro = 2 Rc
单端输出时， 单端输出时，
两个输出端上的差模输出电压大小相等而极性相反。 两个输出端上的差模输出电压大小相等而极性相反。 大小相等而极性相反
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双端输出时差模 双端输出时差模 电压放大倍数为： 电压放大倍数为：
β Rc vOd Avd = = rbe v Id
单端输出时差模 单端输出时差模 电压放大倍数为： 电压放大倍数为：
T1管增加的 E1等于 2管 管增加的i 等于T 减小的i 减小的 E2 ，所以流过恒 流源的电流保持不变， 流源的电流保持不变， vE =0，e点交流接地。 点交流接地。 ， 点交流接地
rbe1=rbe2, iE1= –iE2， iR0e=0，所以 点交 ，所以e点交 流接地。 流接地。
浙江大学 蔡忠法
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输出电流的精确计算
I B = I B1 = I B 2 1 IE = 1+ β
IC = IC1 = IC 2 =
β
1+ β
IE
I REF
β +2 IE = IC + 2I B = 1+ β
1+ β 1 I L = IC = IE = I REF = I REF 1+ β 1+ β β + 2 1+ 2/ β
v I 1 + v I 2 2
差模成分反映被测信号的变化，需要进一步放大。 差模成分反映被测信号的变化，需要进一步放大。 成分反映被测信号的变化 进一步放大 成分反映测量的初始条件或外界干扰， 共模成分反映测量的初始条件或外界干扰 共模成分反映测量的初始条件或外界干扰，不但不 必放大，而且还需要加以抑制 加以抑制。 必放大，而且还需要加以抑制。
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差模电压放大倍数 Avd
v I 1 = v I 2 =
i B 1 = i B 2
v Id 2 v I 1 v Id = = rbe 2rbe
v Od 1 = β i B 1 Rc
vOd 2 = β i B 2 Rc
vOd 1 = vOd 2
vO = v Od 1 vOd 2 = 2vOd 1 = 2v Od 2
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VO1Q＝VO2Q＝VCC－ICQRc VOQ＝VO1Q－VO2Q＝0 双端输出时， 双端输出时，静态 输出电压为0； 输出电压为 ； 单端输出时，静态 单端输出时， 输出电压不为0。 输出电压不为 。 由于电路结构对称， 由于电路结构对称， 元件参数和特性相同， 元件参数和特性相同， 因而温度变化时，IC1Q、 因而温度变化时， IC2Q始终相等，有效地抑 始终相等，有效地抑 制了温漂和零漂。 制了温漂和零漂。
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2.3.2 集成运放中的恒流偏置电路
三极管组成的电流源电路 电路特点： 电路特点： 负载串联在集电极回路上 基极偏置电压恒定 射极电阻稳定输出电流
β e R rce R o = 1 + rbe + Re
当Re＝0时， 时
Ro ≈ rce
当Re >> rbe 时，Ro ≈ βrce
无法制造大容量电容
采用直接耦合方式 采用直接耦合方式 直接耦合
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电路符号
国标符号 简化符号 习惯画法
反相输入端 同相输入端 调零端 电容补偿端
浙江大学 蔡忠法
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低频小信号模型 集成运放可以看成是一个压控电压源(VCVS)，小 ， 集成运放可以看成是一个压控电压源 信号模型如图所示。需注意的是， 信号模型如图所示。需注意的是，运放的实际输出电 压总为有限值（不可能大于电源电压）。 压总为有限值（不可能大于电源电压）。 理想运放： 理想运放： Rid→∞ Rod→0 Aod→∞
浙江大学 蔡忠法
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二、集成运放的主要特点 同一硅片 相同工艺 芯片面积小 功耗很低 元件参数具有良好的 一致性和同向偏差 工作电流极小 (如几 几十微安 如几~几十微安 如几 几十微安) 采用结构对称 采用结构对称 为特征的电路 采用微电流源 采用微电流源 作为偏置 偏置及 作为偏置及有 源负载