第17讲 带有源负载的差分放大电路和集成电路

1、.6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路（1）差模放大）差模放大 idod=vvvAi2i1o2o1vvvv i1o122vv becrR 双出双出 单出单出 ido1d1=vvvAi1o12vvd21vA ido2d2=vvvAi1o22vvdvA21 .6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路（1）共模抑制）共模抑制 双端输出双端输出0icocc vvvA共模增益共模增益 单端输出单端输出icoc1c1vvv Aobec2)1(rrR oc2rR 2icoc2vcAvv.例例解：解：求求:mA1)V12(0c3C3 RI。时，时，当当，均为硅管，均为硅管，

2、、V008050TTTOi321321 vv?mV5)3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23C vvvvv时，时，当当的值的值及及、AAARVVIII(1)静态静态ic3V9)V12(0e3E3E3C3CE3 RIVVVmA370c2EB3e3E3C2. RVRII V9V 701037012V12E2c2C2CE2 ).(.VRIVmA74. 022C2E2E IIIAII4750370C2B2. k2 . 5k 74. 0121074. 07 . 0)12(Ee1EEe2IRIVR.解：解：(2)电压增益电压增益 k78. 3mV26)1(200E22be2Ir ?mV5)

3、3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23C vvvvv时，时，当当的值的值及及、AAARVVIII k3 . 2mV26)1(200E33be3Ir k3 .245)1(e33be3i2RrR 50)(2)/(b1bei2c22d2 RrRRAv9 . 3)1()/(e33beL3c32 RrRRAv1952d2 vvvAAA50)(2)/(b1bei2c22d2 RrRRAv.解解(3)mV5 . 2)0mV5(21)(21i2i1ic vvv差分电路的共模增益差分电路的共模增益mV9729352305502icc2idd22O2O ).(.).()(vvvvvvvvAAAA共

4、模输入电压共模输入电压不计共模输出电压时不计共模输出电压时mV975O v?mV5)3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23C vvvvv时，时，当当的值的值及及、AAARVVIII3 . 0)(2)1()/(e2e12b1bei2c22c2 RRRrRRAv.解：解：(4)时时 k12LR95. 1)1()/(e33beL3c32 RrRRAv5 .972d2 vvvAAA(4)当输出接一个当输出接一个12k 负载负载时的差模电压增益时的差模电压增益.4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路静态静态 IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV

5、 E6E5E6IRR IO IE56.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路IC1 IC2 IC3 IC4= IO /2iO IC4IC2 0.4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路动态动态 ve = 0iC1 iC26.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路iO iC4iC2 2 iC1iC1 iC3 iC4带有源负载差分放大电路带有源负载差分放大电路的输出电流是基本单端输的输出电流是基本单端输出差放的两倍。出差放的两倍。.4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模电压增益差模电压增益（负载开

6、路）（负载开路） 0ce4o2ce2o2c2c4 rvrvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2ido2d2)/(rrrvvAv 则则 单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路beid42rvic beid22rvic beid2rvib .4. 带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模输入电阻差模输入电阻ce4ce2o/rrR 输出电阻输出电阻Rid2rbe6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路

7、共模输入电阻共模输入电阻 Ric1/2rbe2(1)ro 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1. CMOS差分式放大电路差分式放大电路.6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1. CMOS差分式放大电路差分式放大电路双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益ido1i2i1o2o1d2vvvvvvv A) /(2 )/(o1o3idmo1o3i1mo1rrgrrgvvv 而而: :)/( )/(ds1ds3mo1o3mdrrgrrgA v所以：所以：.6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1. CMOS差分式放大电路差分式放大电路单端输

8、出差模电压增益单端输出差模电压增益vo2(id4- -id2)(ro2/ ro4) gm vid（ro2 / ro4） )2(2idmidmvvgg (ro2/ ro4) ido2dvvv A gm(ro2 / ro4 )与双端输出相同与双端输出相同.6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性根据根据TBE/ESEeVIiv iC1= iE1，iC2= iE2vBE1= vi1= vid/2vBE2= vi2 = -vid/2 又又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得传输特性曲线可得传输特性曲线 vO1，vO2f（vid）.vO1，vO2f（vid）的传输特性

9、曲线）的传输特性曲线6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性.6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.4.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器CMOS MC14573 6.4.2 集成运算放大器集成运算放大器7 CMOS MC14573 集成电路运算放大器集成电路运算放大器1. 电路结构和工作原理电路结构和工作原理.CMOS MC145 BJT LM741.http:/A741A741V VEEEE.6.5 实际集成运算放大器的主要实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响参数和对应用电路的影响6.5.1 实际集成运放的主要参数实

10、际集成运放的主要参数6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题.6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流误差特性（输入失调特性）1. 输入失调电压输入失调电压VIO 在室温（在室温（25）及标准电源电压下，输入电压为零时，为）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿补偿电压叫做失电压叫做失调电压调电压VIO。一般约为。一般约为（110）mV。超低失调运放为（。超低失调运放为（120） V。高精度运放。高精度运放OP-117 VIO=4 V。M

11、OSFET达达20 mV。2. 输入偏置电流输入偏置电流IIB 输入偏置电流是指集成运放输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值两个输入端静态电流的平均值 IIB（IBNIBP）/ /2 BJT为为10 nA1 A；MOSFET运放运放IIB在在pA数量级。数量级。.6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）输入直流误差特性（输入失调特性）3. 输入失调电流输入失调电流IIO 输入失调电流输入失调电流IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即端的静态基极电流之差，即IIO|IBP

12、IBN| 一般约为一般约为1 nA0.1 A。 4. 温度漂移温度漂移（1）输入失调电压温漂）输入失调电压温漂 VIO / T（2）输入失调电流温漂）输入失调电流温漂 IIO / T.6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数差模特性差模特性1. 开环差模电压增益开环差模电压增益Avo和带宽和带宽BW 开环差模电压增益开环差模电压增益AvO开环带宽开环带宽BW (fH)单位增益带宽单位增益带宽 BWG (fT)741型运放型运放AvO的频率响应的频率响应 .6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数差模特性差模特性2. 差模输入电阻差模输入电阻rid和输出电阻和输出

13、电阻ro BJT输入级的运放输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放为输入级的运放rid1012超高输入电阻运放超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的一般运放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3. 最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax.6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数共模特性共模特性1. 共模抑制比共模抑制比KCMR和共模输入电阻和共模输入电阻ric 一般通用型运放一般通用型运放KCMR为（为（80120）dB，高精度运放，高精度运放可达可达140dB，ric10

14、0M。 2. 最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 13V。.6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数大信号动态特性大信号动态特性1. 转换速率转换速率SR放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率，即输出电压对时间的最大变化速率，即 maxoRd)(dttSv 若信号为若信号为viVimsin2 ft

15、 ，则运放的，则运放的SR必须满足必须满足SR2fmaxVom.6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数大信号动态特性大信号动态特性2. 全功率带宽全功率带宽BWP 指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标。一般通用是大信号和高频信号工作时的重要指标。一般通用型运放型运放SR在在nV/ s以下，以下，741的的SR=0.5V/ s而高速运放要求而高速运放要求SR30V/ s以上。目前超高速的运放如以上。目前超高速的运放如AD9610的的SR3500V/ s。omRmaxP2 VSfBW

16、 .电源特性电源特性1. 电源电压抑制比电源电压抑制比KSVR 衡量电源电压波动对输出电压的影响衡量电源电压波动对输出电压的影响 2. 静态功耗静态功耗PV 6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数.1. 1. 集成运放的选用集成运放的选用 根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。至于专用项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。至于专用型运放，虽然某项技术参数很突出，但其他参数则难

17、以兼型运放，虽然某项技术参数很突出，但其他参数则难以兼顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高速型与顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高速型与高精度常常有矛盾，如此等等。高精度常常有矛盾，如此等等。 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题通用型通用型 高阻型高阻型 高速型高速型 低功耗型低功耗型 高压型高压型 大功大功率型率型 高精度型高精度型.2. 失调电压失调电压VIO、失调电流、失调电流IIO和偏置电流和偏置电流IIB带来的误差带来的误差 6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题输入为零时的等效电路输入为零时的等效电路2IOIBP)2

18、( RIIV f11ONRRRVV NPVV )/)(2(f1IOIBRRII IOV .解得误差电压解得误差电压 )/(21)/()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV)(/1(2IOIO1fORIVRRV 当当 时，可以时，可以消除偏置电流消除偏置电流 引起的引起的误差，此时误差，此时f12/ RRR IBI当电路为积分运算时，当电路为积分运算时，即即 换成电容换成电容C，则，则fR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)( 1)()()(2IOIO12IOIOO时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。IOIO IV和和引起的误差仍存在引起的误差仍存在.3. 调零补偿调零补偿6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题（a a）调零电路）调零电路 （b b）反相端加入补偿