模拟电子技术cy第3放电路

第三章模拟集成运算放大器电流源电路差动放大电路双极型集成运算放大器3.6

理想集成运算放大器集成电路IC(Integrated

Circuit):

将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。集成运算放大器简介运放实质：直接耦合的高增益多级放大器本章将分析电流源与差放单元电路及运放的基本知识§3.1电流源电路1、镜像电流源电路2、微电流源电路3、比例电流源电路4、多路电流源电路1、镜像电流源电路U

BE2

=

U

BE1=

U

BE

b

b

+

2IC2

=

IC1

=

IRR=

VCC

-

U

BERVCC»IRIC1IC2Io2IBBIB2

=

IB1

=

I+VCCT2T1RRLRV

-UIR

=

CC

BE

b

>>

2C2OI

=

IIRIC1IO2IB+VCCIC2T2T1RRLIO

»

IR￭视IO为IR的镜像。￭无论RL的值如何，IC2的电流值将保持不变。2、微电流源电路+VCCIRIC1OT2T1RRLI2IBUBE1UBE2REIE2EIO≈

IE2=(UBE1-UBE2)/RE=

DUBE/REIO=DUBE/RE=UTln(IR/IO)/R电路分析：当电源电压波动引起I

变R化时，由于对数函数的缓慢变O化特性，其

I

的变化比较小。结论：输出电流小，稳定性好。3、比例电流源电路+VCCIRIC1T1RRLRE2IE2IE1RE1IO(IC2)T2电路特点：在镜像电流源的

基础上增加两个发射极电阻，就可使输出电流与基准电流

成一定的比例关系。IO/IR=RE1/RE2该电路中输出电流和基准电流的比例关系由两射极电阻之比值决定，故称其为比例电流源。存在问题：随着多路电流源路数增加，各晶体管的基极电流之和增加，因而IC1与IR之间差值增大。这样各路输出电流与基准电流间的传输比将出现较大误差。4、多路电流源电路用一个基准电流IR获得多个恒定电流IO1、IO2、……、IO(n-1)。其原理同比例电流源电路。+VCCIRIC1T1RE1T2T3RE3RE2

REnIO1IO2Io(n-1)TnRΣ

IB多路电流源电路的改进电路ΣIB/(1+β)电流源的应用：电流源直流电阻小，交流电阻大，常用作有源负载。问题:零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当ui

等于零时，uo不等于零。uiC1R

R1T1+VCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将信号淹没§3.2差动放大电路直接耦合电路的特殊问题特点：结构对称、特性相同。3.2.1

差动放大电路的组成与工作原理一、基本结构ui1ui2+VCCuoRCR1T1RBRCR1T2RB当

ui1

=

ui2

=0

时：

uo=

UC1

-

UC2

=

0当温度变化时：uo=

(UC1

+

DuC1

)

-

(UC2

+

DuC2

)

=

0零漂相抵消+VCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2uoui1RCR1T1RBRCRT21RBui21、差模信号(differential

mode)fi

u

=

u

-

u=

Du

-

Du

=

2Duo

C1

C2

C1

C2

C1u1i1c1i

2i1ud2u差模电压放大倍数：A=

A=u

-

u=uo

2Du+VCC差模输入信号：ui1=-ui2（大小相等，极性相反）设uC1

=UC1

+DuC1

，uC2

=UC2

+DuC2

。因ui1

=-ui2，fi

DuC1

=-DuC2(很大，>1)2、共模信号(

common

mode)+VCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2（很小，<1)共模输入信号：ui1

=ui2

（大小相等，极性相同）理想情况：ui1

=

ui2

fi

uC1

=

uC2

fi

uo=

0但因两侧不完全对称，uo„0ucuic共模电压放大倍数：A=

uoc任意输入的信号:ui1,ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1

=

uic+

0.5

uid

；ui2

=

uic

–

0.5

uid例:ui1

=20

mV,ui2

=10

mV则：uid

=10mV,uic

=15mV差模分量:uid

=ui1

-ui2共模分量:2icu=

ui1

+ui2例:

Aud=-200Auc=0.1KCMR=20

lg

|(-200)/0.1|=66

dB3、共模抑制比(CMRR)CMRR —

Common

Mode

Rejection

RatioCMRK

=CMR(分贝)ucAAuducAK

(dB)

=

20

lg

Aud1、结构二、双电源长尾式差放特点：加入射极电阻RE；加入负电源-VEE，采用正负双电源供电。为了使左右平衡，可设置调零电位器:uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE双电源的作用：使信号变化幅度加大。IB1、IB2由负电源-VEE提供。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEEICIEUE=2

IEREUBEIBIC设ui1

=ui2

=0温度T自动稳定RE

具有共模负反馈作用RE的作用——抑制温度漂移，稳定静态工作点。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE2、Q点的估算uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEEIBIC1

IC2IBIEIC1=

IC2=

IC=

bIBUE1=

UE2=－IB×RB－UBEUC1=

UC2=

VCC－IC×RCUCE1=

UCE2

=

UC1－UE1B

EBR

+

2(1+

β)RVEE

-UBEI

=ui1ui2ib1

,

ic1ib2

,ic2ic1= -

ic2iRE

=

ie1+

ie2

=

0uRE

=

0RE对差模信号不起作用uidRRo+VCCRCT1RBRCT2RBRE–VEEib2ib1ic1

uic2iRE3、差模特性分析差模信号通路1T

单边微变等效电路uod1RBB1EC1Cbib1Rui1rbe1ib1oui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic1

uic2ui2uod1uod2E（1）放大倍数i1d

1u=

uod

1单边差模放大倍数:

Abe1Bbe1Bb1R

+

r=

-i

·(R

+

r

)Ad

1

=

-bRCbib1

RCAd

1

=

Ad

2uod1RBB1EC1Cbib1Rui1rbe1ib1d

1

d

2od1

od

2idod

2od1uui1

-

ui

2=

=

A

=

Au

-

u

u

-

uAud

=be1BAudR

+

r=

Ad

1

=

Ad

2

=

-若差动电路带负载RL

(接在C1

与C2

之间),对于差动信号而言，RL中点电位为0,

所以放大倍数：1b

(RC

//

RL

·

2)即：总的差动电压放大倍数为：差模电压放大倍数:iduduuA=

od

uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic1

ic2ui2uod1uod2ERiRiRo输入电阻：Ri

=

2(rbe1

+

RB

)输出电阻：Ro

=2RC（2）输入输出电阻oui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic1

uic2ui2uod1uod2E4、共模特性分析R

对共模信号E有抑制作用。uC›uoc1ic1uREiRE+VCCic2uocRCT1RBRCuoc2T2RBRE–VEEuCuBE1,uBE2›iRE

,

uRE

›iB1、iB2›ic1

,ic2

›ic1

,ic2›uoc共模信号通路:RCT1RBRCRB2REuc1uoc2T2uoc1ic1ic2uc22RE¥uoc

=

uoc1

-

uoc

2

»

0=

0KCMRicucu=

uocAoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1i

ic1

u

c2ui2E+VCC三、恒流源式差放电路电路结构:IC3R2T3R1R3-VEErce3

‡

1MW3T

:放大区c

3ce

3rDIDU=

ce

3

R1oui1RCT1RBRCT2RBib2ib1i

ic1

c2uui2E+VCCIC3R2T3R3-VEEuCEIB3iCUCE3IC3恒流源QDUCE3uoui1RCT1RBRCT2ib2ib1ic1

ic2ui2E+VCCRBIC3R2T3R1R3-VEE3静态分析：主要分析T

管

2

REER2R1

+

R2U

=V3RIURE

3-UBE3=

2

1212IE

3IC

3

»IC1

=

IC

2

»UR

fi

UE3

fi

IE3

fi

I2

C3恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源不影响差模放大倍数。恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比是无穷大。恒流源的作用四、差放电路的几种接法输入端接法双端单端输出端接法双端单端Aud

=

Ad

1ui1ui2uo1B1C2EB2RCCT1RBRCT2+VCCRBIC3-VEE双端输入双端输出：Rod

=2RCRid

=2(RB

+rbe1)双端输入1单端输出（T

）：1Aud

=

2

Ad

1Rod

=

RCRid

=2(RB

+rbe1)若由T2端输出Aud=?uui1ui2C1B1C2EB2RCT1RBRCoT2+VCCRBIC3-VEE单端输出时，Auc=?单端输入、双端输出：ui1+VCCuo1B1C2EB2RCCT1RBRCT2RBIC3-VEEib2ib1Rod

=

2RCAud

=

Ad1Rid

=

2(RB

+rbe1)信号通过发射极耦合到另一输入端单端输入、1单端输出(T)：2d1udA

=

1

A

R

=

2(R

+r

)id

B

be1Rod

=

RC+uoui1C1B1C2_EB2RCT1RBRCT2+VCCRBIC3-VEE差动放大电路的性能指标输入输出方式AudAucRidRod双入、双出uo=uo1-uo2Ad102(RB+rbe)2RC双入、单出uo=uo10.5Ad1很小2(RB+rbe)RC单入、双出uo=uo1-uo2Ad102(RB+rbe)2RC单入、单出uid=ui1，uo=uo10.5Ad1很小2(RB+rbe)RC总结：双端输出时Aud与单管Ad相同，单端输出时为Ad的一半；双端输出时Ro

=2RC，单端输出时Ro

=RC；双端输出时两管的温度漂移互相抵消，KCMRR=¥;单端输出时由于引入共模负反馈，KCMRR较高；单端输出时可选择从不同的管子输出，使uo与ui反相；单端输入时由于引入共模负反馈，仍工作在差分状态，Rid

=2(RB+rbe)。集成电路:

将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；

小、中、大、超大规模集成电路；…

…§3.3

双极型集成运算放大器集成电路内部结构的特点：1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。2、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。3、直接耦合。4、二极管一般用三极管的发射结构成。-VEE+VCCuo输入端+u–u+同相输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：输入级中间级输出级与uo反相反相与uo同相+__对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高

KCMRR

,

输入阻抗

Ri

尽可能大。对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：主要提高带负载能力，

给出足够的输出电流io，即输出阻抗Ro小。集成运放的结构采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。+VCCERCT

T1

2T5

T6RC3RE2RE3T7T9T8RE4RE5T10RL第4级：互补对称射极跟随器第2级T11RC4第1级：差动放大器

差动放大器

-VEE第3级：单管放大器–+集成运放内部结构（举例）极性判RC断iR

大:几十kW

~

几百kW运放的特点：CMRRK

：很大oR

小：几十~

几百WodA

很大:

104

~

107理想运放：Ri

fi

¥KCMRR

fi¥Ro

fi

0Aod

fi

¥运放符号：-＋u－u+uo＋＋u－u+uo－A国际符号国内符号§3.6

理想集成运算放大器一、技术指标开环差模电压增益Aod

fi

¥差模输入电阻Rid

fi

¥输出电阻Ro

fi

0共模抑制比KCMRR

f