模拟电路第六章集成电路运算放大器

1、6.1 集成电路运算放大器中的电流源集成电路运算放大器中的电流源6.2 差分式放大电路差分式放大电路6.3 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.4 集成电路运算放大器的主要参数集成电路运算放大器的主要参数*6.5 专用型集成电路运算放大器专用型集成电路运算放大器*6.6 放大电路中的噪声与干扰放大电路中的噪声与干扰模拟集成电路的特点：模拟集成电路的特点：电路结构与元件参数具有对称性，适合于组成差动电路电路结构与元件参数具有对称性，适合于组成差动电路用有源元件代替无源元件用有源元件代替无源元件 电阻电阻恒流源电路恒流源电路采用复合结构的电路采用复合结构的电路 复合管、共射共基、共集共基等组合

2、电路复合管、共射共基、共集共基等组合电路级间采用直接耦合方式级间采用直接耦合方式电路中的二极管多用电路中的二极管多用BJT的发射结构成的发射结构成6.1 集成电路运算放大集成电路运算放大器中的恒流源器中的恒流源 镜像电流源镜像电流源 多路电流源多路电流源 电流源作有源负载电流源作有源负载 微电流源微电流源1. 镜像电流源镜像电流源恒流特性恒流特性BE1BE2=VVREFI E1E2= IIC1C2= IIRVVBECC= RVCC 无论无论Rc的值如何，的值如何， IC2的电流值将保持不的电流值将保持不变。变。（三极管工作状态三极管工作状态）1. 镜像电流源镜像电流源交流电阻交流电阻TTo=I

3、VR 由于由于T2的集电极电流的集电极电流基本不变。所以交流量基本不变。所以交流量0T I TTo=IVR一般一般Ro在几百千欧以上在几百千欧以上1. 镜像电流源镜像电流源精度更高的镜像电流源精度更高的镜像电流源 由于增加了由于增加了T3，使，使IC2更加接近更加接近IREF存在的问题：存在的问题：该电路适用于较大工作该电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的电流（毫安数量级）的场合，若需减少场合，若需减少IC2的值的值（如微安数量级），必（如微安数量级），必要求要求R的值很大，这在集的值很大，这在集成电路中很难实现。成电路中很难实现。2. 微电流源微电流源e2BE2BE1RVV E2C2II

4、e2BERV 由于由于很小，很小，BEV 所以所以IC2也很小也很小优点：优点：IC2小而稳小而稳3. 多路电流源多路电流源特点：特点：用同一个基准电流用同一个基准电流IREF，同时产生几个输出电流，给，同时产生几个输出电流，给多个放大管提供偏置电流或作为有源负载。多个放大管提供偏置电流或作为有源负载。4. 电流源用作有源负载电流源用作有源负载 ioV=VVA共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为：beLc)/(rRR 对于此电路对于此电路Rc就是镜就是镜像电流源的交流电阻，像电流源的交流电阻，因此增益为因此增益为beLV=rRA 比用电阻比用电阻Rc作负载时提高了。作负载时提高了。end

5、放大管放大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源6.2 差分式放大电路差分式放大电路 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 零点漂移零点漂移 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理 6.2.0 概述概述 6.2.1 基本差分式放大电路基本差分式放大电路 6.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路 6.2.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性 差分式放大电路中的一般概念差分式放大电路中的一般概念 主要指标计算主要指标计算 几种方式指标比较几种方式指标比较6.2.0 概述概述1. 直接耦合放大电路直接耦合放大电路可以放大直流信

6、号可以放大直流信号2.直接耦合放大电路直接耦合放大电路的零点漂移的零点漂移零漂零漂：主要原因主要原因：温漂指标温漂指标：温度变化引起，也称温度变化引起，也称温漂温漂。输入短路时，输输入短路时，输出仍有缓慢变化出仍有缓慢变化 的电压产生。的电压产生。温度每升高温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。输入端的等效输入漂移电压值。电源电压波动电源电压波动也是原因之一也是原因之一Vi= Vo/Av T例如例如 100,=V1A若第一级漂了若第一级漂了100 uV，则输出漂移则输出漂移 10 mV 。 若第二级也漂若第二级也漂了了100

7、 uV，则输出漂移则输出漂移 1 V + 10 mV 。假设假设F 第一级是关键第一级是关键。 1= 100,=V3V2AA3. 减小零漂的措施减小零漂的措施F 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿F 调制解调方式。如调制解调方式。如“斩波稳零放大器斩波稳零放大器”F 采用差分式放大电路采用差分式放大电路漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标4. 差分式放大电路中的一般概念差分式放大电路中的一般概念根据根据1、2两式又有两式又有差分式放大电路

8、输入输出结构示意图差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号idoVD=vvA 差模电压增益差模电压增益icoVC=vvA 共模电压增益共模电压增益2=idici1vvv 2=idici2vvv 总输出电压总输出电压icVCidVDooo=vAvAvvv 差模等效输入方式差模等效输入方式差放差放+-vid差放差放+-vid(a)(b)共模等效输入方式共模等效输入方式差放差放+-vic差模信号输出差模信号输出共模信号输出共模信号输出VCVDCMR=AAK6.

9、2.1 基本差分式放大电路基本差分式放大电路1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理静态静态0CC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)7 . 0(CCCC RIV CCRIEV CB2B1III 动态动态仅输入差模信号，仅输入差模信号， i2i1vv 和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 c2c1vv和和大小相等，大小相等， 0c2c1o vvv信号被放大。信号被放大。相位相反。相位相反。1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理2. 抑制零点漂移抑制零点漂移 温 度 变温 度 变化和电源电化和电源电压波动，都压波动，都将使集电极将使集电极电流产生变电流产生变化。且变化

10、化。且变化趋势是相同趋势是相同的，的，差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。其效果相当于在两个输入端加入了共模信号其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。3. 主要指标计算主要指标计算（1）差模电压增益）差模电压增益 idoVD=vvAi2i1o2o1vvvv 接入负载时接入负载时（双入、双出交流通路双入、双出交流通路） 双入、单出双入、单出i1o122vv becrR beLcVD)21/(=rRRA 以双倍的元器件换以双倍的元器件换取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力 双入、双出双入、双出 ido1VD1=vvAi1o12vvVD21A bec2rR

11、接入负载时接入负载时beLcVD2)/(=rRRA 3. 主要指标计算主要指标计算（1）差模电压增益）差模电压增益 单端输入单端输入eorr 等效于双端输入等效于双端输入 指标计算指标计算与双端输入相与双端输入相同同（2）共模电压增益）共模电压增益 双端输出双端输出 共模信号的输入使两管共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。集电极电压有相同的变化。所以所以0oc2oc1oc vvv0icocVC vvA共模增益共模增益 单端输出单端输出icoc1VC1vvA 抑制零漂能力增强抑制零漂能力增强icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or VC1A（3）共模抑制比）共模抑制比VC

12、VDCMRAAK dB lg20VCVDCMRAAK 双端输出，理想情况双端输出，理想情况 CMRK 单端输出单端输出 CMRKVC1VD1AAbeorr 越越大大， CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越强越强单端输出时的总输出电压单端输出时的总输出电压)1(idCMRicidVD1o1vKvvAv （4）频率响应）频率响应高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。VDA4. 几种方式指标比较几种方式指标比较VCACMRKbeLc)21/(rRR beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/(rRR 0oLc2/rRR 0oLc

13、2/rRR beorr beorr 输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出idRicRoR4. 几种方式指标比较几种方式指标比较输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR与共源电路相同与共源电路相同ido2VD2vvA 6.2.2 FET差分式放大电路差分式放大电路1. 电路组成电路组成2. 差模增益差模增益dm21Rg 3. 差模输入电阻差模输入电阻g1idRR M 1end6.2.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性)(idC1vfi )(idC2vfi 图中纵坐标为图中纵坐

14、标为0C1/ Ii6.3 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 6.3.1 简单的集成电路运算放大器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通用型集成电路运算放大器6.3.1 概述简单的集成电路运算放大器概述简单的集成电路运算放大器集成运放的特点：集成运放的特点：电压增益高电压增益高输入电阻大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通用型集成电路运算放大器end简化电路简化电路6.4 集成电路运算放大器的主要参数集成电路运算放大器的主要参数1. 输入失调电压输入失调电压VIO为使输出等于零而在输入端加的微小补偿电压。（调零工作已由调零电位器来完成）2. 输入偏置电流输入偏置电流IIB当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流的平均值，其值愈小愈好。一般在零点几微安级。3. 输入失调电流输入失调电流IIO当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流之差。其值愈小愈好。一般在零点零几微安级。5. 最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax6. 最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的共模电压范围内才具备。如超出这个电压，运放的共模抑制能力就大为下降，甚至造成器件损坏。7. 最大输出电流最大输出