模拟电子技术基础第16讲 差分放大电路和集成运算放大器
差分放大电路和集成运算放大器
差分放大电路的应用
差分放大电路广泛应用于各种模拟电路中，如 音频信号处理、通信系统、测量仪器等。
在高速数字电路中，差分信号传输可以有效地 抑制电磁干扰（EMI），因此差分放大电路也 常用于高速数据采集和传输系统。
工业自动化领域
工业自动化领域对于高精度、高速的信号处理需求越来越大，差分放大 电路和集成运算放大器将在该领域发挥更大的作用，如运动控制系统、 过程控制系统等。
面临的挑战与机遇
技术创新
随着电子技术的不断发展，差分 放大电路和集成运算放大器需要 不断创新，以满足更高的性能要
求。
应用领域的多样化
随着应用领域的不断拓展，差分放 大电路和集成运算放大器的应用场 景将更加多样化，需要不断适应新 的应用需求。
应用比较
差分放大电路
差分放大电路适用于需要抑制共模信号和噪声的应用场合，如信号放大、差分信号传输、模拟电路中的减法器和 微分器等。
集成运算放大器
集成运算放大器适用于各种模拟信号处理和控制电路，如放大器、滤波器、比较器和振荡器等。
优缺点比较
差分放大电路
差分放大电路的优点在于其高共模抑制比和低噪声性能，能够有效地抑制共模信号和噪声，提高电路 的抗干扰能力。此外，差分放大电路还具有高输入阻抗和低输出阻抗的优点。然而，差分放大电路的 成本较高，体积也较大。
另外，由于差分放大电路具有低噪声和高共模 抑制比的特点，因此在高精度测量和自动控制 系统中也得到了广泛应用。
CHAPTER 02
集成运算放大器
集成运算放大器的基本概念
集成运算放大器（简称运放） 是一种高放大倍数的集成电路， 能够实现对微弱信号的放大和 处理。
《模拟电子技术基础》目录
模拟电子技术根底主编：黄瑞祥副主编：周选昌、查丽斌、郑利君杨慧梅、肖铎、赵胜颖目录绪论第1章集成运算放大器1.1 抱负运算放大器的功能与特性抱负运算放大器的电路符号与端口抱负运算放大器的功能与特性1.2 运算放大器的反相输入阐发闭环增益输入、输出阻抗有限开环增益的影响加权加法器运算放大器的同相输入阐发闭环增益输入、输出阻抗有限开环增益的影响电压跟随器1.4 运算放大器的差分输入阐发1.5 仪表放大器1.6 积分器与微分器1.6.1 具有通用阻抗的反相输入方式1.6.2 反相积分器1.6.3 反相微分器1.7 运算放大器的电源供电1.7.1 运算放大器的双电源供电1.7.2 运算放大器的单电源供电本章小结习题第2章半导体二极管及其底子电路2.1 半导体根底常识2 本征半导体2 杂质半导体2 两种导电机理——扩散和漂移2.2 PN结的形成和特性2.2.1 PN结的形成2.2.2 PN结的单向导电性2.2.3 PN结的反向击穿2.2.4 PN结的电容特性2.3 半导体二极管的布局及指标参数2 半导体二极管的布局2 二极管的主要参数2 半导体器件型号定名方法2.4 二极管电路的阐发方法与应用2.4.1 二极管电路模型2.4.2 二极管电路的阐发方法2 二极管应用电路2.5 特殊二极管2.5.1 肖特基二极管2.5.2 光电子器件本章小结习题第3章三极管放大电路根底3.1 三极管的物理布局与工作模式3 物理布局与电路符号3 三极管的工作模式3.2 三极管放大模式的工作道理3.2.1 三极管内部载流子的传递3.2.2 三极管的各极电流3.3 三极管的实际布局与等效电路模型3.3.1 三极管的实际布局3.3.2 三极管的等效电路模型3.4 三极管的饱和与截止模式3.4.1 三极管的饱和模式3.4.2 三极管的截止模式3.5 三极管特性的图形暗示3.5.1 输入特性曲线3.5.2 输出特性曲线3.5.3 转移特性曲线3.6 三极管电路的直流阐发3.6.1 三极管直流电路的阐发方法3.6.2 三极管直流电路阐发实例3.7 三极管放大器的主要参数3.7.1 三极管放大器电路3.7.2 集电极电流与跨导3.7.3 基极电流与基极的输入电阻发射极电流与发射极的输入电阻电压放大倍数3.8 三极管的交流小信号等效模型3.8.1 混合∏型模型3.8.2 T型模型3.8.3 交流小信号等效模型应用3.9 放大器电路的图解阐发3.10 三极管放大器的直流偏置3.10.1 单电源供电的直流偏置3.10.2 双电源供电的偏置电路集电极与基极接电阻的偏置电路恒流源偏置电路3.11 三极管放大器电路3.11.1 放大器的性能指标3.11.2 三极管放大器的底子组态共发射极放大器发射极接有电阻的共发射极放大器共基极放大器共集电极放大器本章小结习题第4章场效应管及其放大电路4.1 MOS场效应管及其特性4 增强型MOSFET〔EMOSFET〕4 耗尽型MOSFET〔DMOSFET〕4 四种MOSFET的比较4 小信号等效电路模型4.2 结型场效应管及其特性4 工作道理4 伏安特性4 JFET的小信号模型4.3 场效应管放大电路中的偏置4 直流状态下的场效应管电路4 分立元件场效应管放大器的偏置4 集成电路中场效应管放大器的偏置4.4 场效应管放大电路阐发4 FET放大电路的三种底子组态4 共源放大电路4 共栅放大电路4 共漏放大电路4 有源电阻本章小结习题第5章差分放大器与多级放大器5.1 电流源5 镜像电流源5 微电流源比例电流源5.2 差分放大器差分放大器模型差分放大器电路差分放大器的主要指标差分放大器的传输特性5.2.5 FET差分放大器5.2.6 差分放大器的零点漂移5.3 多级放大器5 多级放大器的一般布局5 多级放大器级间耦合方式5 多级放大器的阐发计算5.4 模拟集成电路读图操练5.4.1 模拟集成电路内部布局框图5.4.2 简单集成运放电路道理通用型模拟集成电路读图操练集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的分类正确选择集成运算放大器集成运算放大器的使用要点本章小结习题第6章滤波电路及放大电路的频率响应6.1 有源滤波电路6 滤波电路的底子概念与分类6 低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器6.2 放大电路的频率响应6 三极管的高频等效模型6 单管共射极放大电路的频率特性阐发多级放大电路的频率特性本章小结习题第7章反响放大电路7.1 反响的底子概念与判断方法7 反响的底子概念7 负反响放大电路的四种底子组态反响的判断方法7.2 负反响放大电路的方框图及一般表达式7.2.1 负反响放大电路的方框图7.2.2 负反响放大电路的一般表达式7.3 负反响对放大电路性能的影响7.3.1 提高增益的不变性7.3.2 改变输入电阻和输出电阻7.3.3 减小非线性掉真和扩展频带7.4 深度负反响放大电路的阐发深度负反响条件下增益的近似计算虚短路和虚断路7.5 负反响放大电路的不变性问题负反响放大电路自激振荡及不变工作的条件负反响放大电路不变性的阐发负反响放大电路自激振荡的消除方法本章小结习题第8章功率放大电路8.1 概述8 功率放大电路的主要特点8 功率放大电路的工作状态与效率的关系8.2 互补对称功率放大电路8.2.1 双电源互补对称电路〔OCL电路〕8.2.2 单电源互补对称功率放大器〔OTL〕8.2.3 甲乙类互补对称功率放大器8.2.4 复合管互补对称功率放大器8.2.5 实际功率放大电路举例8.3 集成功率放大器8.3.1 集成功率放大器概述8.3.2 集成功放应用简介8.4 功率放大器实际应用电路OCL功率放大器实际应用电路OTL功率放大器实际应用电路集成功率放大器实际应用电路功率放大器应用中的几个问题本章小结习题第9章信号发生电路9.1 正弦波发生电路9.1.1 正弦波发生电路的工作道理和条件9.1.2 RC正弦波振荡电路9.1.3 LC正弦波振荡电路9.1.4 石英晶体正弦波振荡电路9.2 电压比较器单门限电压比较器迟滞比较器窗口比较器集成电压比较器9.3 非正弦波发生电路9.3.1 方波发生电路9.3.2 三角波发生电路9.3.3 锯齿波发生电路集成函数发生器简介本章小结习题第10章直流稳压电源10.1 引言10.2 整流电路10.2.1 单相半波整流电路单相全波整流电路10.2.3 单相桥式整流电路10.3 滤波电路10.3.1 电容滤波电路10.3.2 电感滤波电路10.3.3 LC滤波电路Π型滤波电路10.4 线性稳压电路10.4.1 直流稳压电源的主要性能指标10.4.2 串联型三极管稳压电路10.4.3 提高稳压性能的办法和庇护电路10.4.4 三端集成稳压器10.5 开关式稳压电路10.5.1 开关电源的控制方式10.5.2 开关式稳压电路的工作道理及应用电路10.5.3 脉宽调制式开关电源的应用电路本章小结习题。
差动放大电路与集成运算放大器基础知识讲解
（2）电路采用正负双电源供电。
图3.1 典型基本差动放大电路
2.差动放大电路抑制零点漂移的原理
由于电路的对称性，温度的变化对VT1、 VT2两管组成的左右两个放大电路的影响 是一致的，相当于给两个放大电路同时加 入了大小和极性完全相同的输入信号。因 此，在电路完全对称的情况下，两管的集 电极电位始终相同，差动放大电路的输出 为零，不会出现普通直接耦合放大电路中 的漂移电压，可见，差动放大电路利用电 路对称性抑制了零点漂移现象。
1.单端输入
单端输入和双端输入并没有本质的区 别，可以直接利用双端输入时的公式进行 计算。
2.单端输出
单端输出的输出信号可以取自 VT1或 VT2的集电极。
（1）单端输出时的差模电压放大倍数Aud1 （2）单端输出时的共模电压放大倍数Auc1 （3）单端输出时的共模抑制比KCMR （4）单端输出时差动放大电路的输出电阻rod
输入失调电流温漂ΔIIO/ΔT 6.共模抑制比KCMR 7.差模输入电阻rid 8.输出电阻rod
3.2.3 集成运算放大器使用 中的几个具体问题
1.集成运放的选择 （1）信号源的性质 （2）负载的性质 （3）精度要求 （4）环境条件
2.集成运放参数的测试
以μA741为例，其管脚排列如图3.14(a) 所示。其中2脚为反相输入端，3脚为同相 输入端，7脚接正电源15V，4脚接负电源15V，6脚为输出端，1脚和5脚之间应接调 零电位器。μA741的开环电压增益Aud约为 94dB(5×104倍)。
3.1.2 差动放大电路的基本形式
差动放大电路是一种具有两个输入端且 电路结构对称的放大电路，其基本特点是只 有两个输入端的输入信号间有差值时才能进 行放大，即差动放大电路放大的是两个输入 信号的差，所以称为差动放大电路。
差分放大电路和集成运算放大器
2
反馈网络
集成运算放大器使用反馈网络控制输出，并实现特定的功能。
3
运算功能
集成运算放大器可以执行数学运算，如求和、平均、积分等。
集成运算放大器的特点
高增益
集成运算放大器通常具有高增益，适用于需要放大微弱信号的应用。
输入输出阻抗高
集成运算放大器的输入和输出阻抗较高，使其能够连接到其他电路并保持信号完整性。
广泛应用
集成运算放大器广泛应用于模拟电路、信号处理和控制系统等领域。
差分放大电路与集成运算放大器的比较
差分放大电路
差分放大电路主要用于信号放大和测量系统，具有 较高的共模抑制比和输入阻抗。
集成运算放大器
集成运算放大器适用于各种模拟电路和信号处理应 用，具有较高的增益和输入输出阻抗。
差分放大电路和集成运算 放大器
在电子电路领域，差分放大电路和集成运算放大器是两种常见的放大器。它 们在工作原理、特点和应用领域上有所不同。
差分放大电路的工作原理
1
差分输入
差分放大电路通过比较两个输入信号的差异来产生输出信号。
2
放大器阶段
信号经过差分放大器阶段，放大并输出到后续电路中。
3
反馈回路
差分放大电路通常使用反馈回路来稳定增益并降低噪声。
差分放大电路的特点1Fra bibliotek抗干扰能力强差分放大电路能够抵抗共 模噪声，提高信号品质。
2 增益可调节
3 应用广泛
差分放大电路的增益可以 通过调整电路元件来实现。
差分放大电路常用于音频 放大、通信系统和传感器 测量等领域。
集成运算放大器的工作原理
1
差分放大器
集成运算放大器由差分放大器组成，用于增加输入信号的幅度。
集成运算放大器的组成及各组分功能叙述
集成运算放大器的组成及各组分功能叙述集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种高增益、差分输入、单端输出的电子放大器。
它由多个晶体管、电阻、电容等元件组成，通过集成电路技术将这些元件集成在一块芯片上。
集成运算放大器广泛应用于模拟电路中，具有放大、滤波、积分、微分等功能。
集成运算放大器的组成主要包括差分输入级、差动放大级、输出级和电源级等组分。
差分输入级是集成运算放大器的第一级，它由两个晶体管组成。
其中一个晶体管的基极接收输入信号，另一个晶体管的基极接收反向输入信号。
差分输入级的主要功能是将输入信号转换为差分信号，以便后续的差动放大。
差动放大级是集成运算放大器的核心部分，它由多个晶体管组成。
差动放大级的输入端接收差分信号，经过放大后输出到输出级。
差动放大级的主要功能是放大差分信号，同时具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点。
输出级是集成运算放大器的最后一级，它由一个晶体管和一个负反馈电阻组成。
输出级的输入端接收差动放大级的输出信号，经过放大后输出到外部负载。
输出级的主要功能是将差动放大级的输出信号放大到足够的幅度，以驱动外部负载。
电源级是集成运算放大器的电源部分，它由多个晶体管和电阻组成。
电源级的主要功能是为差动放大级和输出级提供稳定的工作电压，以保证集成运算放大器的正常工作。
除了以上主要组分外，集成运算放大器还包括偏置电流源、偏置电压源、补偿电容等辅助组分。
偏置电流源用于提供差动放大级的偏置电流，以保证差动放大级的工作点稳定。
偏置电压源用于提供差动放大级的偏置电压，以保证差动放大级的工作在线性区。
补偿电容用于提供频率补偿，以保证集成运算放大器在高频时具有稳定的增益。
集成运算放大器的各组分功能可以总结如下：1. 差分输入级：将输入信号转换为差分信号。
2. 差动放大级：放大差分信号，并具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点。
3. 输出级：将差动放大级的输出信号放大到足够的幅度，以驱动外部负载。
模拟集成电路——差分放大电路
差分放大电路的优势：共模抑制比高，可以抑制输入端的噪声。
①差分放大电路的基本结构图1 差分放大电路的基本结构只要差分放大电路是左右对称的，那么M1和M2管的源端在差分信号比较小的情况下可以看作交流地。
左侧双入双出的电路和右侧双入单出的电路的增益相同，虽然右侧电路实现了单端输出，但是电路不对称了，对共模信号和输入端噪声的抑制作用下降。
问题一：输入信号的共模输入范围。
NMOS管作为放大管时，要保证尾管和放大管都处于饱和状态，由此确定了最小的共模信号为Vgs+Vov=2Vov+VTH。
PMOS管作为放大管时，同理，可以确定最大的共模信号为VDD-(Vgs+Vov)=VDD-(2Vov+VTH)。
所以要根据信号的共模信号范围选择合适的结构，可以通过在输入信号之前增加一个CD实现电平转换，或者使用差分对管的结构实现“轨到轨”。
问题二：动态响应。
差分放大电路左右两侧支路同时满足以下几个方程。
I_{1}+I_{2}=I_{ss}\Delta I_{ds}=I_{1}-I_{2} v_{id}=\DeltaV_{gs}=\sqrt{2I_{1}/k_{1}}-\sqrt{2I_{2}/k_{2}}I_{1}=(I_{ss}+\DeltaI_{ss})/2I_{2}=(I_{ss}-\Delta I_{ss})/2由此可以解得\Delta I_{ds}=I_{1}-I_{2}=v_{id}\sqrt{kI_{ss}}\sqrt{1-\frac{kv_{id}^{2}}{4I _{ss}}}\approxv_{id}g_{m}(1-\frac{kv_{id}^{2}}{8I _{ss}})包含非线性项。
问题三：动态范围。
图2 转移特性曲线当差分信号较大时，其中一个管子就会处于截止状态，此时左右两个支路的电流相差Iss，这种临界状态的差分信号被称为动态范围。
v_{id,max}=\pm\sqrt{2I_{ss}/k}=\sqrt{2}\Delta问题四：线性范围。
集成运算放大器和差动放大电路.ppt
ui2 = uC – ud/2
例： ui1 = 20 mv , ui2 = 10 mv
第4章 差动放大电路和集成运算+V放C大器
C
R
C
u
R
C
o
R
R
B
T
T
B
1
2
u
i
RE
2
-VEE
则：ud = 20- 10 =10mv , uc = (20 + 10)/ 2=15mv
2019年11月21日星期四
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26
例 图示电路，设三极管的 rbb’＝100，β第＝4章10差0动。放大电路和集成运算放大器
(1)求静态工作点；
(2)求差模放大倍数；
(3)当vi为一直流电压16mV时，计算VTl，VT2集电极对地的直流电
压(忽略共模信号分量）。
解 (1)RE上的电压
VRE Vz VBE3
输出电阻：
Ro = 2 RC
2019年11月21日星期四
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16
② 双端输入、单端输出
第4章 差动放大电路和集成运算放大器
RB
B1 C1
ib1
rbe1
ui1 uid
E
ib1
RC
uod1 uod
RB
Ad
u od u id
uod1 2ui1
1 2
Ad
1
1 RC
2 RB rbe
uRE=0
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12
差模信号交流通路
RB
ui1
模电集成运算放大器课件
增益，确保电路稳定性和滤波效果。
应用场景
03
音频信号处理、通信系统等。
CHAPTER 05
集成运算放大器非线性应用及信号 处理功能扩展
电压比较器原理及应用举例
电压比较器原理
利用集成运算放大器的开环放大特性，实现输入信号与参考电压的比较，输出 高低电平表示比较结果。
应用举例
过零比较器、滞回比较器等，用于检测输入信号是否超过阈值、实现信号整形 等。
现状
目前，集成运算放大器已经形成了多 种系列和规格，适应了不同领域的需 求。随着科技的进步，其性能和质量 也在不断提高。
应用领域与前景展望
应用领域
广泛应用于通信、仪器仪表、自动控制、医疗电子、消费电 子等领域。例如，在通信系统中用于放大信号、滤除噪声； 在仪器仪表中用于信号调理、数据采集；在自动控制系统中 用于信号比较、调节等。
设计要点
选择合适的电阻和电容值，确 定积分或微分时间常数，确保 电路稳定性和精度。
应用场景
信号处理、控制系统等。
有源滤波器设计
设计思路
01
利用运算放大器和电阻、电容等元件组成滤波器电路，对输入
信号进行滤波处理，输出特定频率范围的信号。
设计要点
02
选择合适的滤波器类型和元件参数，确定滤波器的截止频率和
模电集成运算放大器课 件
CONTENTS 目录
• 集成运算放大器概述 • 集成运算放大器基本原理 • 集成运算放大器电路分析方法 • 集成运算放大器典型应用电路设计实
例
CONTENTS 目录
• 集成运算放大器非线性应用及信号处 理功能扩展
• 集成运算放大器选型、使用注意事项 及故障排查方法
CHAPTER 01
差分放大电路和差分输入运算放大电路
差分放大电路和差分输入运算放大电路差分放大电路和差分输入运算放大电路，听起来是不是有点绕口？别着急，慢慢说，咱们一个一个来。
你要知道，这两者其实都是在电路里用来放大信号的，但它们的工作原理、应用场景和结构都有些不同。
不过，别担心，咱们从头到尾聊一聊，保证你能明白个中奥妙。
差分放大电路，说白了，就是一种能够放大两个输入信号差值的电路。
比如你手里有两个信号，一个稍大，一个稍小，差分放大电路的任务就是把这俩信号的差值放大出来。
这就好像两个人吵架，一个说“我很忙”，另一个说“我也很忙”，差分放大电路的作用就是把这两个人的“忙”加大，最后谁更忙，放得更清楚。
这个“忙”只是个比喻，实际是处理电信号的“差异”。
而且啊，差分放大电路的厉害之处在于它能够很有效地抑制一些共模信号。
什么意思呢？就是如果两边的信号都受到外界干扰，它能“聪明”地只放大你关心的部分，而把干扰的部分给过滤掉。
这种特性，尤其在很多需要精准信号处理的场合，比如医疗仪器、精密测量等，简直是必不可少的神器。
再说说差分输入运算放大电路，这个名字听起来可能更复杂一点。
其实它也是基于差分放大原理的一种放大电路，但它在设计上加了一些额外的功能。
我们都知道，运算放大器（简称Opamp）是电子学中非常常见的一个元器件，它能够放大非常微弱的信号。
差分输入运算放大电路就是在运算放大器的基础上，做了差分输入的设计。
简单来说，它不仅能放大输入信号的差值，还能进行一些复杂的数学运算，比如加法、减法、积分和微分等。
你可以把它想象成一个“高级版”的差分放大电路，不仅能干“加法减法”，还可以进行一些“高阶操作”。
你可能会问，为什么我们要特别区分这两者呢？嗯，实际上它们的应用领域就差得远了。
差分放大电路一般用在那些要求非常精确的测量场合，比如测量电压、传感器信号的放大，或者用在噪声干扰较大的环境中。
比如说汽车里的电控系统，它就可能用到差分放大电路来处理车速传感器、温度传感器的数据，保证数据的准确性。
运算放大器差分电路
运算放大器差分电路运算放大器差分电路是一种常用的电路配置，用于放大差分信号。
差分信号是由两个相对的信号构成，例如一个信号与其反相信号之间的差值。
差分信号在许多应用中非常重要，比如在通信系统、传感器和测量设备中。
差分电路由两个输入端和一个输出端组成。
输入端分别连接到两个输入信号源，输出端连接到输出负载。
在差分电路中，两个输入信号源的信号大小和相位关系会影响输出信号的放大倍数和相位。
差分电路的基本原理是利用差分放大器来放大差分信号。
差分放大器由两个输入级和一个差分放大级组成。
输入级是由两个晶体管组成的差分对，用于将输入信号转换为差分信号。
差分放大级由晶体管和负反馈电阻组成，用于放大差分信号。
在差分电路中，差分放大器起到了放大差分信号的作用。
差分放大器的放大倍数可以通过调整晶体管的工作点来实现。
当晶体管的工作点在饱和区时，放大倍数较小；当晶体管的工作点在线性区时，放大倍数较大。
差分电路的优点是具有较好的抗干扰能力和共模抑制比。
由于差分信号的特性，差分电路对共模干扰信号具有较好的抑制能力。
这使得差分电路在工业控制系统和通信系统中得到广泛的应用。
在实际应用中，差分电路还可以通过添加电容、电阻和电感等元件来实现更复杂的功能。
例如，可以通过添加电容来实现高通滤波器或低通滤波器的功能；可以通过添加电阻和电感来实现衰减和增益的功能。
运算放大器差分电路是一种重要的电路配置，用于放大差分信号。
差分电路具有较好的抗干扰能力和共模抑制比，广泛应用于通信系统、传感器和测量设备中。
在实际应用中，差分电路还可以通过添加元件来实现更复杂的功能。
差分电路的研究和应用对于提高系统的性能和抗干扰能力具有重要意义。
模拟电子技术-集成电路(差分放大,直流偏置)(3)
vid max
IO Kn
VOV2=400m V Q 虚线表示当 I / K (W ) O n
L
增加时传输特性曲线线性 工作区扩大 Vid2=400mV Vid2max=560mV 500 vid/mV
9
9
7.5 集成运算放大器
集成运算放大器是一种高增益的直接耦合多级放大电路， 在信号的运算、处理、测量及波形产生与变换等方面有广泛 的应用 。 为满足实际应用，除性能指标比较适中的通用型运放外， 还有适应不同特殊需求的专用型集成运放。它们在某些技术 指标上比较突出，例如高速、宽带、高精度、高输入电阻、 高压、大功率、低温漂、低噪声和低功耗等等。
27
27
集成运放应用中的实际问题
输入为零时 的等效电路
1 VO (1 Rf / R1 )VIO I IB( R1 || Rf R2 ) I IO ( R1 || Rf R2 ) 2 当 R2 R1 || Rf 时，可以消除偏置电流 I IB 引起的误差，此时
(a)
(b)
(c)
(d)
10
10
集成运放内部原理框图
（此外还有一些辅助环节：电平移动、过载保护、高频补偿等）
集成运放的一般特点：电压增益高,输入电阻大,输出电阻小 集成运放按制造工艺分为：BJT、CMOS和BiFET型
11
11
CMOS MC14573集成运算放大器
T5、T8构成的电流源 为T7提供偏置电流， 并做T7的有源负载
交流 通路
d1
若vod取自T1管集电极(vod1与vid反相)
vod1 1 vod1 β Rc // RL Av d 2 v vid 2rbe i1
模拟电子技术-集成电路(差分放大,直流偏置)(1)
IO
( W / L)2 I REF (此时构成 ( W / L)1 比例电流源)
4
FET电流源
MOSFET镜像电流源的动态电阻 ro
动态电阻可利用小信号等效电路求 (类似于求放大电路的输出电阻）
动态电阻ro= rds2
iD2=iO ID2 可用范围 1 斜率＝ ro 击穿
ro
0 VGS-VTN VDS VBR vDS2
当T1,T2的宽长比不同时
IO ( W / L)2 I REF ( W / L)1
要求T1- T3都工作 在饱和区
动态电阻ro= rds2
6
FET电流源
VDD ro d4
2.
串级镜像电流源
IREF ID3 (W/L)3 T 3 ID1 g4 － VGS3 ＋ ＋ VGS4 － ID2 ID4=IO T4 (W/L)
I REF
VCC VEE R
ro
(其中VT在室温27℃时约为26mV)
动态电阻： ro rce2 (1
bRe2
rbe2 Re2
)
特点: IO较小(uA级)，动态电 阻大，输出电流恒定性高。
） （参考课本P186求射极偏置共射电路的 Ro
11
BJT电流源电路
3. Wilson电流源
掌握差分式放大电路基本概念、原理和静
态与交流性能指标分析计算
了解集成运算放大器组成和主要参数 了解乘法器及其应用电路
2
7.1 模拟集成电路中的直流偏置技术
电流源又称为“恒流源”,其特点为输出电流恒定,动 态电阻大。（动态电阻越大，恒流特性越好） 用途： 为放大电路提供稳定的直流偏置 作有源负载提高放大电路的增益
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三、组合差放
♦共集—共基组合差放 共集 共基组合差放
输入电阻高， 输入电阻高，电流 和电压增益高
T1、T2组成共集差放电路， 组成共集差放电路， 双入—双出。 双入 双出。 双出 T3、T4组成共基差放电路， 组成共基差放电路， 双入—双出。 双入 双出。 双出
四、共模负反馈差放
具有较高的共模抑制 比，CMRR>80dB R1R2两级的电流负 反馈对共模信号 共模信号有很强 反馈对共模信号有很强 抑制能力， 的抑制能力，对差模信 号反馈不存在，因此不 号反馈不存在，因此不 影响差模信号。 影响差模信号。 输入共模信号∆ 输入共模信号∆Uic1 =∆Uic2 ∆ ∆Uic1↑ ∆Uic2↑ Ib2↑→ Ic2↑→ Uc2↓→ Ib4↓→ Ie4↓ Ib1↑ Ic1↑→ Uc1↓→ Ib5↓→ Ie5↓ →UR2↓ →Ie3↓ →Ic1↓ Ic2 ↓
♦共射—共基组合差放 共射 共基组合差放
由共射T 由共射 1、T2与共基电 路T3、T4组成的两级差放电 路。信号从T4的集电极输出。 信号从 的集电极输出。 共基电路的负载T 共基电路的负载 5、T6， T5、T6对称，且基极射极电 对称， 位均相同，因此流过 位均相同，因此流过T5、T6 的电流相同。 的电流相同。 ∆I ∆I 共基电 路 -∆I ∆ -∆I ∆ 有源负 载 ∆ Io
中间放大级
输出级
电流源
•电压增益高 电压增益高 集成运放的特点： 输入电阻大 集成运放的特点：•输入电阻大 •输出电阻小 输出电阻小
6.3.2 通用型集成电路运算放大器
作业
P270 - 6.2.3 P271 - 6.2.5 P272 - 6.2.7 P273 - 6.2.8
二、恒流源差分放大电路
♦电路4 电路 MOSFET差分式放大电路 差分式放大电路
构成的差分电路的输入电阻可达10 ， 由MOSFET构成的差分电路的输入电阻可达 15Ω，输 构成的差分电路的输入电阻可达 入偏置电流在 以下。 入偏置电流在10pA以下。 以下
三、组合差放
提高输入级的速度 电压增益高 共射电 路
(3)对任意信号的分析 (3)对任意信号的分析 对于两个任意信号Ui1、Ui2，分析时可将它们分解成一对共 对于两个任意信号 分析时可将它们分解成一对共 模信号和一对差模信号，然后分别由差模和共模增益来求。 模信号和一对差模信号，然后分别由差模和共模增益来求。 Uic = Uic1=Uic2 =(Ui1+Ui2)/2 Ui1=Uic+Uid/2 Uid=(Ui1-Ui2) Ui2=Uic- Uid/2 Uid1=-Uid2= Uid /2 (4)单端输入差放电路的分析 单端输入差放电路的分析 1. 虽然是单端输入，输入信号自动将 i/2加于 1,- Ui/2加于 2 虽然是单端输入，输入信号自动将U 加于 加于T 加于T 加于 的负反馈的作用） 双端输入处理。 （Ree的负反馈的作用）——双端输入处理。 双端输入处理 2.增加了一对共模信号， Uic1=Uic2= Ui/2 增加了一对共模信号， 增加了一对共模信号
差动输入级有两个输入U 当信号从U 输入，输出U 差动输入级有两个输入U+、U-，当信号从U-输入，输出Uo与 极性相反， 为反相输入端；当信号从U 输入，输出U U-极性相，称U-为反相输入端；当信号从U+输入，输出Uo与 极性相同， 为同相输入端。 U+极性相同，称U+为同相输入端。减小漂移
输入级
微电流源
多路电流源
6.2 差分式放大电路
一、长尾差分式放大电路 1. 静态分析
Ee - UBE IBQ = Rb + 2(1+ β )Ree
ICQ = βIBQ UC = EC − ICQRc
一、长尾差分式放大电路 2. 动态分析
(1)对差模信号的放大作用分析 (1)对差模信号的放大作用分析 双端输入—双端输出 双端输入 双端输出
ric = [R b + rbe + (1 + β ) ⋅ 2R ee ] / 2
双端输出 CMRR → ∞
共模抑制比CMRR 共模抑制比
A Ud (单） 单端输出 CMRR(单） = A Uc (单）
差放的特点：输入无差别，输出就不动；输入有差别， 输出就变动。
2. 动态分析
一、长尾差分式放大电路
电压增益： 电压增益：
一、长尾差分式放大电路
(2)对共模信号的放大作用分析 (2)对共模信号的放大作用分析
U oc U oc1 − U oc2 = =0 A Uc (双） = U ic U ic
输入电阻： 输入电阻：
Uoc1 − βRc Rc AUc(单） = = ≈ Uic1 (Rb + rbe) + 2(1+ β )Ree 2Ree
A Ud
- βR ′L = R b + rbe
是单管增益的一半
rid=2(Rb+rbe)
rod ≈2 Rc 1 βR ′L Uo U cd1 =− 双端输入—单端输出 = 双端输入 单端输出 A Ud = U id 2U id1 2 R b + rbe rid=2(Rb+rbe) rod ≈ Rc
2. 动态分析
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
I C2
β I REF = 2+β
IC1 = IREF −
2IB
β3
镜像电流源
高精度镜像电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
Ic2 ∆VBE = Re2
I REF R e = R e1 I REF R e = Re2 I REF R e = Re3
IC1 ≈ I E1 IC 2 ≈ I E2 IC3 ≈ IE3
二、恒流源差分放大电路
♦电路1 电路 ♦电路2 电路
二、恒流源差分放大电路
♦电路3 电路 1. 电路组成 2. 差模增益
AVD2 v o2 = v id
FET差分式放大电路 差分式放大电路
1 = + gm Rd 2
3. 差模输入电阻
Rid = Rg1 = 1 MΩ
构成的差分电路的输入电阻可达10 ， 由JFET构成的差分电路的输入电阻可达 12Ω，输入偏 构成的差分电路的输入电阻可达 置电流约为100pA数量级。 数量级。 置电流约为 数量级
6.3 集成电路运算放大器
6.3.1 简单的集成电路运算放大器 6.3.2 通用型集成电路运算放大器
6.3.1 简单的集成电路运算放大器
低阻功率输出级， 增益级 低阻功率输出级， 集成运算放大器是一个高增益直接耦合多级放大电路。 集成运算放大器是一个高增益直接耦合多级放大电路。 提高负载能力。 提高负载能力。 一般高增益共射电路 UU+ 差动放大 输入级 Uo 中间放大级 互补输出级 提供稳定合适的偏流 一般由恒流源组成 恒流偏置电路
组合差分
四、共模负反馈差放
组合差分
输入差模信号∆ 输入差模信号∆Uid1 =-∆Uid2 ∆ ∆Uid1↑ Ib1↑ Ic1↑ ∆Uid2 ↓ Ib2↓ Ic2 ↓ Uc2 ↑→ Ie4↑ Uc1↓ Ie5↓ → ∆ UR2=0 即无反馈信号
共模负反馈电路具有较强的共模抑制能力， 共模负反馈电路具有较强的共模抑制能力，对差模信号无影响