第06章集成电路运算放大器

1、差分式放大器 集成电路运算放大器中的集成电路运算放大器中的电流源电流源 一、电流源电路的特点：这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。1、BJT、FET工作在放大状态时，其输出电流都是具有恒流特性的受控电流源；由它们都可构成电流源电路。2、在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等3、电流源电路一般都加有电流负反馈，4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性，对电流源电路进行温度补偿，以减小温度对电流的影响。 电 流 源 概 述 电电 流流 源源 概概 述述 2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、 增大动态范围。二、电流源电路的用途：1、给直接

2、耦合放大器的各级电路提供直流偏置电流，以获得极其稳定的Q点。 3、由电流源给电容充电，可获得随时间线性增长的电压输出。 4、电流源还可单独制成稳流电源使用。 集成电路电流源集成电路电流源 一、一、镜象电流源三极管三极管T1、T2匹配，匹配，则,BE2BE1BE21VVV=bbb 镜象电流源其中：基准电流 是稳定的，故输出电流 也是稳定的。 二、精密镜象电流源 精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其镜象精度提高了b 倍。 精密电流源 电路中增加了T3 管， IB3 比镜象电流源的2IB小3倍。因此IC2和IREF之间的镜象精度提高了 倍。 三、微电流源微电流源 微电流源电路,接入Re2电阻得到一

3、个比基准电流小许多倍的微电流源，适用微功耗的集成电路和集成放大器的前置级中。 微电流源IC2 远小于IREF , 当R取 几k 时， IREF 为mA量级，而IC2可降至A量级的微电流源。且IC2 的稳定性也比IREF 的稳定性好。 四、比例式电流源四、比例式电流源 在镜象电流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成比例电流源。比例式电流源 因两三极管基极对地电位 e2e1E1E2 e2 E2e1E1BE2BE1e2E2BE2e1E1BE1=RRII R IRIVVRIVRIV +因相等，于是有 五、多路电流源五、多路电流源 通过一个基准电流源稳定

4、多个三极管的工作点电流，即可构成多路电流源。图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流IC2、IC3。 多路电流源vi1vi2线性放大电路vo电路完全对称的理想情况：差模电压增益差模信号放大两个输入信号之差共模信号 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。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。差模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相反的信号。共模信号 ：是指在两个输入端加幅度相等，极性相同的信号。 差分放大电路是由两个特性基本相同的三极管组成，电路参数对称相等。 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。IIUI RUIRUUUUUUCB

5、CCCCCECCEECECEBEBE= V=V=+b+2静态分析静态分析动态分析动态分析当输入信号为零时，即IIUI RUIRUUUUUUCBCCCCCECCEECECEBEBE= V=V=+b+2当在电路两个输入端各加一个大小相等，极性相反的信号电压，IIUI RUIRUUUUUUCBCCCCCECCEECECEBEBE= V=V=+b+2一管电流增加，另一管电流减小，所以IIUI RUIRUUUUUUCBCCCCCECCEECECEBEBE= V=V=+b+2即在两个输出端有信号电压输出。抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理零点漂移零点漂移 当放大电路的输入端短路时，输出端还有电压输出。

6、在差分电路中，温度的变化，电源电压的波动都会引起两管集电极电流、集电极电压的变化，其效果相当与在两个输入端加入了共模信号，由于电路对称，在理想的情况下，输出电压不变，从而抑制了零点漂移。零点漂移零点漂移动画动画6-1零点漂移零点漂移动画动画6-2差模电压增益差模电压增益双端输入、双端输出双端输入、单端输出加负载电阻加负载电阻RL差分放大电路有两个输出端集电极C1和集电极C2。 若信号从C1 和C2输出，则称为双端输出，反之，若信号仅从集电极 C1或C2 对地输出，则称为单端输出。共模共模电压增益电压增益 Avc（1）双端输出时：（2）单端输出时： 共模电压增益越小，放大电路的性能越好。 Avc

7、1越小，抑制共模信号的能力越强。 (2)差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻入电阻Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。RRridsbe=+2(3)输出电阻 输出电阻在输出电阻在 单端输出时，单端输出时， 双端输出时，双端输出时， RRoc=RRoc= 2共模抑制比共模抑制比KAACMR=uducKAACMRlgdB= 20uduc（2）单端输出时共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。（1）双端输出时KCMR为无穷大恒流源差分放大电路恒流源差分放大电路 为了提高共模抑制比应加大为了提高共模抑制比应加大Re 。但。

8、但Re加大后，加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。可用恒流源的。可用恒流源T3来代替来代替Re 。恒流源动态电阻大，可提高恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。同时恒流源的共模抑制比。同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。高负电源之值。恒流源电流数值为IE =(VZ - VBE3 )/ Re 双电源差分放大电路差分放大电路的静态计算差分放大电路的静态计算 将电路中信号源短路即可获得计算静态的直流通路。已知：b=100，VBE=0.6VIURRBEEBEse=V-+()12b另一种工程估算法：交流参

9、数rbe:例1：解：小小 结结(对于基本共发放大器构成的差放）对于基本共发放大器构成的差放） 双端输入 单端输入 双端输入 单端输入 双 端 输 出 单 端 输 出 Avd 例例2： 一、估算Q点：二、动态分析： 等效的发射极耦合电阻REE比例式电流源的输出电阻例例2： 1.双出（双入或单入）：差模特性： rbe=1.3k, 把直流电源、Vic 都短路；RL 两臂各分一半；两臂的差模信号电流大小相等、方向相反，同时流过T4 时抵消，使T4 无差模电流、也无差模电压，T4、 R1 可视作短路（或开路），这里作短路处理；对于RW：两臂各分一半。画差模信号通路：例例2： 画共模信号通路：把直流电源、

10、Vid 都短路；RL 两端共模信号电位相等，故其中无共模电流流过，故可视作开路；由于两臂的共模信号电流同时流过T4 、R1，因此，把它等效到每管发射极时，需用2REE表示。RW的影响可略。共模特性：已算得rbe=1.3k,电流源的输出电阻（等效的REE）为4050k。1.双出（双入或单入）：共模信号通路例例2： 2. 单出-（双入或单入）： （1）差模特性： 差模信号通路例例2： 2. 单出-（双入或单入）： （2）共模特性集成电路运算放大器集成电路运算放大器 集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。 运算放大器方框图 1.输入级 使用高性能的差分放大电路

11、，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入双端输出的形式。 4.偏置电路 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。 3.输出级 由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。 2.电压放大级 要提供高的电压增益，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。 运算放大器的引线 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号+表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“-”表示。输

12、出端在输入端的另一侧，在符号边框内标有+号。集成放大器的符号运运算算放放大大器器外外形形图图 1.差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd80dB即可。 理想运算放大器的条件 2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的 电阻大23个量级即可。3.输出电阻Ro= 0，实际上Ro比输入端外电路的电阻 小12个量级即可。 4.带宽足够宽。5.共模抑制比足够大。 实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器 都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。 理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运

13、放必须在闭环(负反馈）下工作。 理想运算放大器的特性 (1)(1)虚短虚短 由于运放的电压放大倍数很大，一般都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 (2)(2)虚断虚断 由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1 M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。 例1：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达