模电第六章

以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力
接入负载时
1 β ( Rc || RL ) 2 Avd = rbe
<B> 双入、单出
Avd1 Avd2
vo1 1 vo1 Rc = Avd vid 2vi1 2 2rbe
vo2 Rc = vid 2 rbe
接入负载时
Avd1
β ( Rc || RL ) = 2 rbe
则vid=vi1 -vi2=100μV ，vic=1/2（vi1 +vi2）=0
如vi1=＋ 1050μV，vi2= ＋ 950μV， 则vid=vi1 -vi2=100μV ，vic=1000μV 两种情况下输出电压是不同的。（除非共模增益为零）
动画
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
1. 用三端器件组成的差分式放大电路
若第一级漂了100 μV，
则输出漂移 1 V。
漂了 100 μV
若第二级也漂了100 μV， 则输出漂移 10 mV。
第一级是关键
漂移 1 V+ 10 mV
3、 减小零漂的措施
用非线性元件进行温度补偿 调制解调方式。如“斩波稳零放大器”
采用差分式放大电路
4、 差分式放大电路中的一般概念
集成运放的基本单元电路：电流源和差分式放大电路。
6.1 模拟集成电路中的 直流偏置技术
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 *3. 高输出阻抗电流源 *4. 组合电流源
2. 微电流源
6.1.2 FET电流源
1. MOSFET镜像电流源
2. MOSFET多路电流源
3. JFET电流源
6.1.1 BJT电流源电路
dB
双端输出，理想情况
单端输出
K CMR
Avd1 Avc1
K CMR

ro
rbe
K CMR 越大， 抑制零漂能力 越强
对差分放大器，人为只加差模信号（放大），所谓共 模输入实际上是外界的干扰信号，应抑制。
（4）频率响应 高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。
6.3 差分式放大电路的传输特性
差模信号和共模信号 差模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号； 共模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。
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。
温度对差分式放大电路输入端的影响相 当于加入了共模信号。差分式放大电路抑制 共模信号，放大差模信号，是模拟集成运算 放大电路输入级所采用的电路形式。
可以放大直流信号
2.直接耦合放大电路 电源电压波动 的零点漂移 也是原因之一
零漂： 输 入 短 路 时 ， 输 出仍有缓慢变化 的电压产生。
主要原因： 温度变化引起，也称温漂。 温漂指标： 温度每升高1℃时，输出漂移电压按电压增益 折算到输入端的等效输入漂移电压值。
零点漂移是怎样形成的
运算放大器均是采用直接耦合方式，而直接耦 合方式放大电路的各级Q点是相互影响的，由于各级 的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生
+ vi1
+ vid -
差放
+ -
vo + vo2 -
+
vo1 -
-
+ vi2 -
2. 有关概念 vid = vi1 vi2 差模信号
1 vic = (vi1 vi2 ) 共模信号 2 vod Avd = vid 差模电压增益 voc Avc = 共模电压增益 vic
其中 v od ——差模信号产生的输出
I B1 I B2
IC β
Vo = 0
动态 仅输入差模信号， v i1 和 v i2 大小相等，相位相反。 vc1 和 vc2 大小相等， 相位相反。 vo vc1 vc2 0 ，
信号被放大。 仅输入共模信号， vo
vc1 vc2 0
2.
抑制零点漂移原理 温度变化和电源电压波
vO1，vO2＝f（vid）的传输特性曲线
从传输特性可以看出； 1、 vid vi 1 vi 2 0 时，电路处于静态，即Q态 2、vid在0~±VT范围变化时，vo1、vo2与vid呈线性关系， 放大电路工作在放大区，放大倍数越大，曲线越陡，线 性区越窄，动态范围小。 反之：放大倍数越小，曲线越缓，线性区越宽，动态 范围大。 3、当vid≥4VT时，差分放大电路具有限幅特性。
动态(交流)电阻
i C 2 1 ro ( ) vCE 2
IB 2
rce
一般ro在几百千欧以上
电流源内阻越大稳流特性越好。
电流源具有直流电阻小 而交流电阻大的特点。
2. 微电流源
微电流源电路通过接入 Re2 电阻得到一个比基准电流 小许多倍的微电流源，适 用于微功耗的集成电路。
VBE1 = VBE2 I E2 Re2
可见，差分放大电路对差模输入信号有一定的要求。
6.4 集成电路运算放大器
6.4.1 CMOS MC14573集成电路运算放大器
6.4.2 BJTLM741集成运算放大器
1、方框图
特点： 电压增益高 输入电阻大
输出电阻小
运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造 的高增益放大器，它是模拟集成电路最重要的品种， 广泛应用于各种电子电路之中。
当 2 时，IC2和IREF是镜像关系。
6.1.1 BJT电流源电路
1. 镜像电流源
当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略
VCC VBE ( VEE ) VCC VEE Io＝IC2≈IREF＝ R R
无论C2支路的负载值如何， IC2的电 流值将保持不变。
代表符号
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术
6.2 差分式放大电路
6.3 差分式放大电路的传输特性 6.4 集成电路运算放大器 6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路 的影响 6.6 变跨导式模拟乘法器 6.7 放大器中的噪声和干扰
集成电路
集成电路：把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，
完成特定功能的电子电路。 按功能分为数字集成电路和模拟集成电路。 在模拟集成电路中集成运放是应用极为广泛的一种。
差分放大电路的工作状 态分差模和共模两种：
差分放大电路的差模工作状态分为四种 1. 双端输入、双端输出（双—双） 2. 双端输入、单端输出（双—单） 3. 单端输入、双端输出（单—双） 4. 单端输入、单端输出（单—单）
静态
I C1 = I C2
1 IC IO 2
VCE1 = VCE2
VCC IC Rc2 VE VCC IC Rc2 (0.7V)
例如，温漂信号属共模信号，它对差分放大电路的 两个输入端影响相同。如果输入信号极性相同，幅 度也相同，则是纯共模信号。如果极性相同，但幅 度不等，则可以认为既包含共模信号，又包含差模 信号，应分开加以计算。
vi1
- 0
vid
v ic
t
vi2
+ 0
vid
vic
t
共模、差模信号混合的情况
即：vi1=vic -vid/2 vi2=vic +vid/2 差模信号vid=vi1 -vi2 ，共模信号vic=1/2（vi1 +vi2） 如vi1=＋50μV，vi2=－50μV，
很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入
级的Q点发生微弱变化 ，如：温度），输出将随时 间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。
产生零漂的主要原因是：晶体三极管的参数受
温度的影响。
例如 假设
漂移 10 mV+100 μV
漂移 1 V+ 10 mV
AV1 = 100, AV2 = 100, AV3 = 1 。
动，都将使集电极电流产生 变化。且变化趋势是相同的
其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。 差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。
3.
主要指标计算
（1）差模电压增益
微变等效电路
（1）差模电压增益 <A> 双入、双出
vo1 vo2 vo Avd = vi1 vi2 vid
R 2vo1 c rbe 2vi1
VT2
+ vo 放大管
vo ( Rc // RL ) AV = rbe vi
6.2 差分式放大电路
6.2.0 概述 6.2.1 差分式放大电路的一般结构 6.2.2 射极耦合差分式放大电路 6.2.3 源极耦合差分式放大电路
6.2.0 概述
1. 直接耦合放大电路
# 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
将差分信号转换为 单端输出信号。
<C> 单端输入
ro很大，ro支路相当于 开路，输入信号近似 均匀地分在两管的输 入回路上。
单端输入等效于双 端输入,指标计算 与双端输入相同。
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。
Rid = 2rbe
差模输出电阻 单端输出时， Ro
差分式放大电路就其功能来说，是放大两个输入信号之差。
理想情况：vo= Avdvid=Avd（vi1-vi2）；Avd差模电压增益 放大电路两个输入端所共有的任何信号对输出电压无 影响。（如共有的干扰信号） 实际情况：vo=Avdvid+ Avcvic ；Avd差模电压增益，Avc共模电压 增益。 其中， 差模信号vid=vi1 -vi2 ，共模信号vic=1/2（vi1 +vi2）
Rc
双端输出时，Ro 2 Rc
（2）共模电压增益 <A> 双端输出 共模信号的输入使
两管集电极电压有相同的
变化。 所以
voc voc1 voc2 0
共模增益
voc Avc 0 vic
<B> 单端输出
voc1 voc2 Avc1 vic vic
Rc Rc rbe (1 )2ro 2 ro
1.输入级：抑制零漂，有放大作用。 常使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强 的抑制能力。 2.中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。 中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放 大器（共射单管、复合管放大器）。 3.互补输出级：提高带负载能力。 常用单管（复合管）的射极输出器，也用单管（复合管） 的互补对称功率放大器。 4.偏置电流源：提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流， 以稳定工作点。
1. 镜像电流源
镜像电流源电路的特点是工 作三极管的集电极电流是电流源 电路电流的镜像(相等)。 T1、T2的参数完全相同（对管）
即β 1＝β 2，ICEO1＝ICEO2
VBE2 = VBE1
则I E2 = I E1 , I C2 = I C1
I R EF I C 1 2 I B IC2 2 IB I C 2 (1 2 )
I E2 Re2 VBE1 VBE2 VBE
IO IC2 I E2
VBE Re2
由于 VBE 很小，所以IC2也很小。
4. 电流源作有源负载
镜像电流源
用三极管代替负载 电阻RC ，组成有源 负载，获得较高的 电压放大倍数 + 共射电路的电压增益为： vi -
+VCC VT3 R VT1
总ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ出电压
vo = vod voc Avdvid Avcvic
voc ——共模信号产生的输出
共模抑制比
K CMR
Avd = Avc
反映抑制零漂能力的指标
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理
差分放大电路是由对称的两个 基本放大电路，通过射极电流 源耦合构成。 对称的含义是两个三极管的特 性一致，电路参数对应相等。
1=2=
VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO Rc1=Rc2= Rc
信号的输入方式：若信号同 时从两个输入端输入，称为 双端输入； 若信号仅从一 个输入端对地加入，称为单 端输入。 信号的输出方式：差分放大电路可以有两个输出端，一 个是集电极C1，另一个是集电极C2。从C1 和C2输出称为 双端输出，仅从集电极 C1或C2 对地输出称为单端输出。
ro Avc1
抑制零漂能力增强
共模输入电阻 不论是单端输入还 是双端输入，共模输 入电阻Ric为
Ric 1 = [rbe + (1 + β )2ro ] 2
共模输出电阻 单端输出时， Ro
Rc
双端输出时，Ro 2 Rc
（3）共模抑制比
K CMR Avd Avc
K CMR
Avd 20 lg Avc
传输特性——输出差模信号随输入差模信号变化的曲线 根据三极管vBE 与iE的基本关系 iE I ES evBE /VT 得：
vBE1= vi1= vid/2 vBE2= vi2 = -vid/2 又 vO1＝VCC－iC1Rc1 vO2＝VCC－iC2Rc2 可得传输特性曲线 vO1，vO2＝f（vid）