06集成电路运算放大器(差放电路,复合管)

06集成电路运算放大器(差放电路,复合管)
第六章 集成电路运算放大器
• 与分立元件电路相比，模拟集成电路有以下几 方面的特点：
(1) 级间采用直接耦合方式 (2) 电路结构与元件参数具有对称性 (3) 用有源器件代替无源器件 (4) 采用复合管结构的电路 (5)电路大都采用晶体管的发射结构成二极管， 用作温度补偿元件或电位移动电路。
6.1 差动放大电路 •集成电路运算放大器是一种具有高放大倍数的多
级直接耦合放大电路。
•当多级直接耦合放大电路的输入端短路( ui＝0 )，
输出端电压它并不保持恒值，而在缓慢地、无规 则地变化着，这种现象就称为零点漂移。
•产生零点漂移的主要原因是三极管受温度的影响。 抑制零点漂移要着重于第一级。有效的措施之一 是采用差动放大电路，因而差动放大电路成为集 成运放的主要组成单元。
2.动态分析 • 差动放大电路的输入信号可以分为两种类型：共
模信号和差模信号。
• 当两个输入端的信号为ui1＝-ui2＝uid/2时，输入方 式称为差模输入。uid＝ui1-ui2称为差模信号。
• 当两个输入信号为ui1＝ui2＝uic， uic称为共模信号， 其输入方式称为共模输入。 uic的作用与温度影响 相似，所以常常用对共模信号的抑制能力来反映
Aud1 =-Aud2 = -R’L /2(Rs+rbe) R’L = Rc //RL
差模信号通路
(2)差模电压放大倍数
• 单端输入(设 ui2 =0) ∵uid=ui1-ui2 = ui1
uic=(ui1+ui2) /2 = ui1 /2 一方面：若电路完全对称，
ui1=uic+uid/ 2≈uid / 2
电路对零漂的抑制能力。
2.动态分析
• 当两个输入端各加一个任意的信号电压ui1和ui2， 这两个输入信号可以分解为差模信号和共模信号，
uid＝ui1-ui2 uic=(ui1+ui2)/2
• 两个输入电压可用共模和差模信号表示，
ui1＝uic+uid/2
ui2= uic-uid/2
• 在差模信号和共模信号同时存在的情况下，对于
线性放大电路来说，可利用叠加原理来求出总的
输出电压。
• uo=Auduid+Aucuic
•Aud=uod／uid为差模电压放大倍数 •Auc=uoc／uic为共模电压放大倍数。
主要技术指标的计算 (1)共模电压放大倍数
共模输入信号时的信号通路
• 双端输入、双端输出 若电路的完全对称有， uic=ui1=ui2 ue=ieRe=2Reie1 uoc=0 Auc= uoc/ uic=0 共模电压放大倍数越小，说明放大电路的性能越好。
(2)差模电压放大倍数
•双端输入、双端输出
∵ui1=-ui2， ie1=-ie2 ， ie=0 ∴差模信号对Re不起作用，
Re可视为短路，差模电压 放大倍数与单边放大电路 的电压放大倍数相同。
Aud=uo/ uid = (uo1- uo2)/ uid = uo1/ ui1= -Rc/(Rs+rbe) 当集电极c1、c2间接入负载 电阻RL时，电压放大倍为 Aud = -R’L/(Rs+rbe) R’L = Rc //（RL/2）
6.1.1 基本差动放大电路
图中所示是一个基本 差动放大电路，又称为 长尾式差动放大电路， 其结构特点是：
•对称，即
Rs1=Rs2=Rs， Rc1=Rc2=Rc， βU1=BβEl2==UβB，E2=UBE •两个输入端ui1和ui2 •两个输出端uo1和uo2
6.1.1 基本差动放大电路
1.静态分析(ui1= ui2=0) ∵对称
(3) 共模抑制比KCMR •为了衡量差动放大电路抑制共模信号的能力，常
用共模抑制比作为一项技术指标来，其定义为
KCMR=|Aud /Auc | 或 KCMR=20lg |Aud /Auc| dB •若差动放大电路完全对称，双端输出时，
KCMR=|Aud /Auc |→∞ 单端输出时，
KCMR=|Aud /Auc |= (Rs +rbe +(1+β)2Re)/2 (Rs +rbe ) •一般有 (1+β)2Re>>(rbe+Rs)，β>>1 ， 所以
ui2= uic-uid / 2 ≈-uid / 2 单端输入可等效为双端输入。
差模信号通路
另方面：若满足Re>>r b‘e ie =ue /Re ≈0 ， 所以，uid近似地 均分在两管的输入回路上。
结论：差模电压放大倍数仅与输出形式有关，双端输出， 电压放大倍数Aud与单边放大电路相同；单端输出， Aud1 =-Aud2 = Aud / 2 ，而输入电阻都是相同的。
∴IC1=IC2=IC，IB1=IB2=IB， IE1=IE2=IE/2，UC1=UC2=UC 对输入电路
RsIB+ UBE +2ReIE1= UEE 有
IE12UREeE 1U RBsEUE2E RU e BEIC
UE=2IE1Re- UEE≈2ICRe- UEE
IB＝IC/ β
UC= UCC–RcIC
差模信号通路
பைடு நூலகம்2)差模电压放大倍数
•双端输入、单端输出
∵ uo1 = uo /2 (同相 ), 或 uo2 =- uo /2 (反相 )
∴单端输出电压放大倍数只 有双端输出时的一半 。
Aud1= uo1/ uid =Aud /2= - Aud2 = -Rc/2(Rs+rbe)
若从集电极c1或c2点与地之 间接入负载电阻RL时
主要技术指标的计算
(1)共模电压放大倍数
• 单端输出
Auc1= Auc2= uoc1/ uic=
-βRc/(Rs +rbe +(1+β)2Re)
一般情况下，
(1+β)2Re>>(rbe+Rs)， β>>1
共模输入信号时的信号通路
Auc1 = Auc2 ≈-Rc/ 2Re
Re越大，ie的恒流性能越好， Auc1越小，说明它抑制共 模信号的能力越强。
uO= UC1 - U C2=0
抑制零点漂移的作用
1）电路的对称性有效抑制了零点漂移；
2）RE 引入的电 流负反馈，稳定电路工作点，抑 制单个管子的零点漂移。
3）电源（-UEE）的作用是： a）对三极管T 1、T 2 提供基极电流； b）补偿I E 在RE 上产生的直流压降，使UE = 0， 则UCE = UC，输出电压有较大的变化范围。