模拟电子电路集成运算放大器电路(3)

1、1|uA复习复习. 几种方式指标比较几种方式指标比较CMRKbeLc)21/(rRRbeLc2)/(rRR 输出方式输出方式双出双出双出双出单出单出单出单出信号信号共模共模差模差模RiRo2)1 (21beERr2)1 (21beERrbe2rbe2rcR无意义cRc2RERrRR2)1 ()/(beLc0CMRK(双出双出)beEbeEbeLbeLrRrRrRrRK22)1 (2)1 (/2CMR(单出单出)2v 四、对任意输入信号的放大特性四、对任意输入信号的放大特性v 如果在图412差动放大器的两个输入端分别加上任意信号Ui1和Ui2，即Ui1和Ui2既不是差模信号，也不是共模信号，这时

2、可以把Ui1和Ui2写成如下形式： 3222121211212112222icidiiiiiicidiiiiiUUUUUUUUUUUUUU(430) 图中图中: :共模输入电压共模输入电压 uic = (ui1 + ui2 ) / 2i2i1id=uuu差模输入电压差模输入电压 4 不难看出，差动电路相当输入了一对共模信号21212121212122iiidididiiiciciciiicicUUUUUUUUUUUUUU和一对差模信号 根据定义，这时的差模输入电压为(432) (433)(434) 222121211212112222icidiiiiiicidiiiiiUUUUUUUUUUUU

3、UU5idudicucidudicucidudiiudidudicuciduduciiidididiiididiciiicicUAUAUAUAUAUUUUAUAUAUAUAUUUUUUUUUUUUUU2121)(, 022)()()(010210212121212121单单单单端输出时，有故双端输出时，由于和电压和共模输出电压之输出电压应为差模输出6 图512 基本差动放大器 图514 基本差动放大器的共模等效通路 结论: 无论无论双端或单端双端或单端差动放大电路,都能够放大差模信号抑制共模信号7 5-3-3具有电流源的差动放大电路具有电流源的差动放大电路图图512所示的基本差动放大器，存在两

4、个所示的基本差动放大器，存在两个缺点：缺点：一是共模抑制比做不高，一是共模抑制比做不高，若若UEE=15V，则室温下，则室温下，KCMR (单单)的的上限约为上限约为300，而与，而与RE的取值无关。的取值无关。)2(2)1 ()1 (EEEEQEETEEQTbeRUIUURIUrTEEEETEEbeEbeEbeCMRUUUURRrRrRrK22)1 ()1 ()1 (22)1 (单）8二是不允许输入端有较大的共模电压变化。二是不允许输入端有较大的共模电压变化。公共射极电位变化差放管的静态工作电流变化1212odododLudidididbeUUURAUUUr 改变rbe改变)2(2)1 ()

5、1 (EEEEQEETEEQTbeRUIUURIUr9 普通差放存在的问题：普通差放存在的问题：差模电压倍数改变差模电压倍数改变工作不稳定工作不稳定KCMR 受限受限 抑制零点漂移能力抑制零点漂移能力10RCRCUi1V1V2UoUi2 UEEIUCCRCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC图515具有电流源的差动放大器电路(a)用单管电流源代替RE的差动电路(b)电路的简化表示恒流源为此，用为此，用恒流源恒流源代替电路中的代替电路中的R RE E，可以有效地克服上述缺点，可以有效地克服上述缺点。11CQCBECCQCEQCECQCQCBERECEER

6、RIUUUUIIIRUUIIURRRU1213213332122122图515(a)电路的静态工作点，可按以下方法估算：图515具有恒流源的差动放大器电路(a)用单管电流源代替RE的差动电路；12)2(2)1 ()1 (IIIUIUrEQTEQTbeTETEbeEbeEbeCMRUIRIURrRrRrK22)1 ()1 ()1 (22)1 (单）ce3321be3333ce3o3)1 ()/1 (rRRrRRrRRE其中其中CQCBECCQCEQCECQCQCBERECEERRIUUUUIIIRUUIIIURRRU1213213332122122RCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEE

7、V3UB3R1R2R3Ui2UCC一、共模抑制比可做得非常高一、共模抑制比可做得非常高；电流源的输出电阻非常大电流源的输出电阻非常大13二、允许输入端有较大的共模电压变化。允许输入端有较大的共模电压变化。几乎不变beLidodidodidodudrRUUUUUUA2211rbe几乎不变几乎不变),2(2)1 ()1 (为恒流而IIIIUIUrEQTEQTbe14v 434差动放大器的传输特性差动放大器的传输特性v 由图可知 21EEiiI图416简化的差动放大器RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC1TBETBETBETBEUuSUuSEUuSUuSEeIeIieIeIi/2/1

8、2211) 1() 1()1 ()1 (121121TBEBEUuuCEEEeiiiiI15)2()()2(221)2(22221)1 ()1 ()1 ()1 (210/22/2/2/2/1221211212112TidccCCTidUuCTidUuUuUuUuUuCUuuCEEEUuuCEEEUuIthRRiiuUuthIIeIiUuthIIeeeeIIeIieiiiiIeiiiiITidTidTidTidTidTidTBEBETBEBE同理16IeeeeIiTidTidTidTidUuUuUuUuC22211IeeeeeeTidTidTidTidTidTidUuUuUuUuUuUu)(2)

9、()(222222TidTidTidTidUuUuUuUueeeeII222222)2(22TidUuthII17 图417差动放大器的传输特性曲线(a)电流传输特性曲线；(b)电压传输特性曲线 )2(221)2(221/2/1TidUuCTidUuCUuthIIeIiUuthIIeIiTidTid18 图417差动放大器的传输特性曲线(a)电流传输特性曲线；(b)电压传输特性曲线 )2()(210TidccCCUuIthRRiiu19一、两管集电极电流之和恒等于一、两管集电极电流之和恒等于I二、传输特性具有非线性特性二、传输特性具有非线性特性 uid=0时，差动电路处于静态，这时iC1=iC

10、2=ICQ=I/21.在静态工作点附近，当|uid|UT，即室温下， uid在26mV以内时，传输特性近似为一段直线;2.当| uid |4 UT,即uid超过100mV时，传输特性明显弯曲，而后趋于水平。)2(221)2(221/2/1TidUuCTidUuCUuthIIeIiUuthIIeIiTidTid20(RB)(RB)V1V2RRUEEI(a)串接R(RB)的线性区扩展电路 图418扩展差动电路的线性区范围21iC1,iC2II/2R( RB)0uid 图418扩展差动电路的线性区范围(b)线性区扩展后的电流传输特性曲线 22三、差动放大器的增益与三、差动放大器的增益与I成正比成正比

11、QidoudduduATCQUuUuTCQTidTCQidoTidcUIReeUIRUuchUIRduduUuIthRuTidTid21)2(121)2(121)2(222202321() (), (),shxchxchxshxthxch x222111() () ()111arshxarchxarthxxxx,22)()()2()(chxeeeeeeshxxxxxxx,2)2()(shxeeeechxxxxx)()(chxshxthxxchxchxshxchxchchxshxchxshx222221 )()( 1)1( )1ln()(222xxxxxxarshx11)11 (11 222xx

12、xxx)., 1 (,11)( ),1ln(22xxarchxxxarchx) 1 , 1(,11)( ,11ln212xxarthxxxarthx常用双曲函数24idYuKuYYugI -实现了两个模拟信号电压相乘实现了两个模拟信号电压相乘YTCgURK2idYYTCidudouugURuAu2推推 广广25 4-3-5差动放大器的失调及温漂差动放大器的失调及温漂一、差动放大器的失调一、差动放大器的失调当输入信号为零时，由于两晶体管参数和电阻值不可能做到完全对称，因而使得输出不为零。这种现象，称为差动放大器的失调。26由两管参数不对称（如由两管参数不对称（如VBE(on)、IS、RC不等）引

13、起失调。不等）引起失调。 VIO就是使就是使VO=0时，在实际差放输入端所加的补偿电压。时，在实际差放输入端所加的补偿电压。 VIO产生原因：产生原因：q 失调及其温漂失调及其温漂 输入失调电压输入失调电压VIOVO 0T1T2实际差放实际差放+- -零输入时零输入时等效为等效为从等效的观点看：从等效的观点看：dOIO/vAVV失调电压失调电压理想差放理想差放+- -VOVIO27两管两管 不等，造成不等，造成 ICQ1 ICQ2 输入失调电流输入失调电流IIO从等效的观点看：从等效的观点看： IIO就是使就是使ICQ1= ICQ2时，在实际差放输入端所加的补偿电流。时，在实际差放输入端所加的

14、补偿电流。 BQ2BQ1IOIII失调电流失调电流IIO产生原因：产生原因：T1VCCREEVEERCRCT2RSRSIBQ1IBQ2若取若取2)(BQ2BQ1BIII则则2IOBBQ1III2IOBBQ2III28 失调完整模型失调完整模型T1T2+ + -IBIBIIO2IIO2VIORSRS总输入失调电压总输入失调电压SIOIOIORIVV当当RS较大时：较大时：当当RS较小时：较小时：失调以失调以IIO为主，为减小为主，为减小VIO ，应选，应选IIO小的差放。小的差放。失调以失调以VIO为主，为减小为主，为减小VIO ，应选，应选VIO小的差放；小的差放；29UOOSRSRS+-(c

15、）实际差分放大器）实际差分放大器+-UIO无失调差分放大器2IOI2IOI图1 实际差动路的失调电压和失调电流SIOIOIOSRIUUIIO ：RS很大并接近开路时的输入失调参数；UIO ：RS为0时的输入失调参数；IIO 、UIO ：差分放大器的固有参数。30RCRCRCUiV1V2Uo UEEIUCCIB2IIO2IIO2UIOIB1图419差动电路的失调电压和失调电流 补偿电压补偿电压补偿电流补偿电流RSRS21IOBBIII22IOBBIII31SSSSSCCCCCCCCCCSSCCTBEBEBEBEIOIIIIIRRRIIRRIRIIIIIUUUUUU12212112212121)(

16、)ln(549) (550) (551) (552) T1T2实际差放实际差放+- -零输入时零输入时理想差放理想差放+- -VOVIO32)(SSCCTIOIIRRUU(553)(CCBIORRII(554) 同理:结论: (1)VIO的大小反映了运放制造过程中电路的对称程度,由集电极电阻和发射结的失配引起,并与温度成正比.(2) IIO主要由的失配引起,通常 |/ |0.1,而|RC/ RC |0.01v T1VCCREEVEERCRCT2RSRSIBQ1IBQ233RCRCV1V2Uo UEEIUCCRWRSRSRCV1V2Uo UEEIUCCRWRSRSRC图520差动放大器的调零电路 (a)射极调零(b)集电极调零 34v 二、失调的温度漂移二、失调的