第六章集成運(yùn)算放大電路

1、第六章第六章集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路6.1集成放大電路的特點(diǎn)集成放大電路的特點(diǎn)6.2集成運(yùn)放的基本組成部分集成運(yùn)放的基本組成部分6.3集成運(yùn)放的典型電路集成運(yùn)放的典型電路6.4集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)6.5理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器6.6各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)6.7集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問(wèn)題集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問(wèn)題本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：1、集成電路的組成及特點(diǎn)。、集成電路的組成及特點(diǎn)。2、集成運(yùn)放電路的、集成運(yùn)放電路的理想性能指標(biāo)理想性能指標(biāo)3、偏置電路、偏置電路-電流源電路的作用電流源電路的作用4、差分放大電路的組態(tài)、分析與

2、定性計(jì)算、差分放大電路的組態(tài)、分析與定性計(jì)算 6.1集成放大電路的特點(diǎn)集成放大電路的特點(diǎn)集成電路簡(jiǎn)稱集成電路簡(jiǎn)稱 IC ( (Integrated Circuit) )集成電路按集成電路按其功能分其功能分?jǐn)?shù)字集成電路數(shù)字集成電路模擬集成電路模擬集成電路模擬集成模擬集成電路類型電路類型集成運(yùn)算放大器；集成運(yùn)算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高頻放大器集成高頻放大器；集成中頻放大器；集成中頻放大器；集成比較器集成比較器；集成乘法器；集成乘法器；集成穩(wěn)壓集成穩(wěn)壓器器；集成數(shù)；集成數(shù)/模和模模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等。數(shù)轉(zhuǎn)換器等。集成電路的外形集成電路的外形圖圖 6.1.1集成電路的外形集成電路的

3、外形( (a) )雙列直插式雙列直插式( (b) )圓殼式圓殼式( (c) )扁平式扁平式集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：1. 對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。2. 集成電路中電阻，其阻值范圍一般在幾十歐到幾十集成電路中電阻，其阻值范圍一般在幾十歐到幾十千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想辦法。千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想辦法。3. 在芯片上制作三極管比較方便，常常用三極管代在芯片上制作三極管比較方便，常常用三極管代替替電阻電阻( (特別是大電阻特別是大電阻) )。4. 在芯片上制作比較大的電容和電感非常困難，電在芯片上制作比

4、較大的電容和電感非常困難，電路通常采用直接耦合電路方式。路通常采用直接耦合電路方式。5. 集成電路中的集成電路中的 NPN 、 PNP管的管的 值差別較大，值差別較大，通常通常 PNP 的的 10 。6.2集成運(yùn)放的基本組成部分集成運(yùn)放的基本組成部分實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。電路。圖圖 4.2.1集成運(yùn)算的基本組成集成運(yùn)算的基本組成輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)偏置電路偏置電路6.2.1偏置電路偏置電路向各放大級(jí)提供合適的偏置電流，確定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。向各放大級(jí)提供合適的偏置電流，確定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。1. 鏡像電流源鏡像

5、電流源 由圖可知，由圖可知，T1和和T2的的b-e間電壓相間電壓相等，可得等，可得而電流放大系數(shù)而電流放大系數(shù) 因此因此IC1和和IC2呈鏡像關(guān)系，因此得名呈鏡像關(guān)系，因此得名IC2為該電路的輸出電流為該電路的輸出電流BBBIII2121BCCCIIII211. 鏡像電流源鏡像電流源基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流IREF將上式變換將上式變換當(dāng)當(dāng) 時(shí)，輸出電流時(shí)，輸出電流CCBCEEBECCREFIIIIRVVVI22RCII22RVVVIIEEBECCREFC21. 鏡像電流源鏡像電流源溫度補(bǔ)償作用溫度補(bǔ)償作用(以溫度升高為例以溫度升高為例)當(dāng)溫度升高時(shí)當(dāng)溫度升高時(shí)2CI2CI1CIREFIREFV( R)

6、REFIBVBI鏡像電流源的局限性鏡像電流源的局限性(1)若需要若需要 較大較大, 勢(shì)必增大勢(shì)必增大,R的功耗也將增大的功耗也將增大(1)若需要若需要 較小較小, 勢(shì)必也小勢(shì)必也小,R的數(shù)值必然很大的數(shù)值必然很大2CIREFI2CIREFI2. 帶緩沖級(jí)的鏡像電流源帶緩沖級(jí)的鏡像電流源緩沖原理：緩沖原理：利用利用T3管電流放大作用，減小了基極電流管電流放大作用，減小了基極電流IB1和和IB2對(duì)基準(zhǔn)電流對(duì)基準(zhǔn)電流IREF的分流。的分流。具體分析如下具體分析如下電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：在鏡像電流源在鏡像電流源T1管的集電極與基極管的集電極與基極間加一個(gè)射極輸出的晶體管間加一個(gè)射極輸出的晶體管T3T1、

7、T2和和 T3特性完全相同，因此特性完全相同，因此13312EREFBREFCCIIIIII整理后可得整理后可得REFREFCIII)1 (212)1 (21222CREFBREFIIII即使即使 很小很小, 與與 也能保持很好的鏡像關(guān)系也能保持很好的鏡像關(guān)系2CIREFI3. 比例電流源比例電流源從右圖可知從右圖可知 根據(jù)根據(jù)BJT發(fā)射結(jié)電壓與發(fā)射極電流的近發(fā)射結(jié)電壓與發(fā)射極電流的近似關(guān)系可得似關(guān)系可得由于由于T1和和T2的特性完全相同，所以的特性完全相同，所以代入上式，整理可得代入上式，整理可得當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ， ，所以，所以在一定取值范圍內(nèi)，若上式中對(duì)數(shù)項(xiàng)可在一定取值范圍內(nèi)，若上式中對(duì)數(shù)

8、項(xiàng)可忽略，則忽略，則222111eEBEeEBERIVRIVSETBEIIVVln2121lnEETBEBEIIVVV211122lnEETeEeEIIVRIRI2RECIII1122ECII22212lnCReTReeCIIRVIRRIReeCIRRI212 IC2與與IR呈比例關(guān)系，通呈比例關(guān)系，通過(guò)改變過(guò)改變Re1和和Re2的阻值來(lái)改的阻值來(lái)改變其比例大小變其比例大小4. 微電流源微電流源e2BE2BE1RVV E2C2II e2BERV 電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：在鏡像電流源的在鏡像電流源的T2管的射極電管的射極電路接入電阻路接入電阻Re2當(dāng)當(dāng) 時(shí)，可得時(shí)，可得1 由于由于 的數(shù)值小，故用的

9、數(shù)值小，故用阻值不大的阻值不大的Re2即可獲得微小即可獲得微小的工作電流的工作電流IC2，所以被稱為所以被稱為微電流源微電流源BEV根據(jù)電路結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)可得根據(jù)電路結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)可得22lnCReTCIIRVI5. 威爾遜電流源威爾遜電流源（高輸出阻抗電流源）（高輸出阻抗電流源）圖中圖中T1、T2和和T3管特性完全相同，管特性完全相同，因而因而根據(jù)各管電流，根據(jù)各管電流，A點(diǎn)電流方程為點(diǎn)電流方程為將上式變換將上式變換在在B點(diǎn)點(diǎn)整理可得整理可得321CCCIII21CCBCEIIIII222333321122CCECIIII322333122221CCCBCREFIIIIIIRRCIII)2221 (

10、23可見(jiàn)，在可見(jiàn)，在 很小時(shí)，很小時(shí)，RCII36. 多路電流源多路電流源333222111eEBEeEBEeEBEeEBERIVRIVRIVRIV電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)： 在鏡像電流源基礎(chǔ)上得到的多路電流源，根據(jù)電路可得：在鏡像電流源基礎(chǔ)上得到的多路電流源，根據(jù)電路可得： 由于各管的由于各管的be間電壓間電壓VBE大致相等，大致相等，因此可得近似關(guān)系因此可得近似關(guān)系332211eEeEeEeERIRIRIRI 當(dāng)當(dāng)IE確定后，各級(jí)只要確定后，各級(jí)只要選擇合適的射極電阻，就選擇合適的射極電阻，就可以得到多個(gè)所需的電流可以得到多個(gè)所需的電流7. FET電流源電流源（1）電流源類型）電流源類型包括鏡像

11、電流源、微電流源、多路電流源等包括鏡像電流源、微電流源、多路電流源等（2）分析方法）分析方法與與BJT電流源分析方法基本相同電流源分析方法基本相同（3）電流源特點(diǎn)）電流源特點(diǎn)相比相比BJT電流源，具有精度高、輸入電阻高、低噪聲等電流源，具有精度高、輸入電阻高、低噪聲等特點(diǎn)特點(diǎn)例題：例題：圖示電路是型號(hào)為圖示電路是型號(hào)為F007F007的通用型集成運(yùn)放的電流源部的通用型集成運(yùn)放的電流源部分。其中分。其中T1T1與與T2T2為為NPNNPN管；管； T3T3與與T4T4為為PNPPNP管，它們的管，它們的 均為均為5 5，b-eb-e間電壓值約為間電壓值約為0.7V0.7V。試求。試求T1T1與與

12、T4T4的集電極電流的集電極電流解：解：圖中圖中R上的電流為基準(zhǔn)電流，上的電流為基準(zhǔn)電流，可得可得T1與與T2構(gòu)成微電流源，可得構(gòu)成微電流源，可得利用累試法求出利用累試法求出T3與與T4構(gòu)成鏡像電流源，由公式構(gòu)成鏡像電流源，由公式mAmARUUVIBEEBCCR73. 0397 . 07 . 030223AIIIRUICCRTC)73. 0ln326(ln1111AIC281mAmAIIIRCC52. 0)73. 0255(2346.2.2差分放大輸入級(jí)差分放大輸入級(jí)輸入級(jí)大都采用差分放大電路的形式。輸入級(jí)大都采用差分放大電路的形式。電路形式電路形式基本形式基本形式長(zhǎng)尾式長(zhǎng)尾式恒流源式恒流源式

13、一、基本形式差分放大電路一、基本形式差分放大電路1. 電路組成電路組成+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uIdId21uId21u+uoR1R2假設(shè)電路完全對(duì)稱假設(shè)電路完全對(duì)稱當(dāng)當(dāng) uId = 0時(shí)時(shí)UCQ1 = UCQ2UO = 0圖圖 4.2.6差分放大電路的基本形式差分放大電路的基本形式抑制零漂抑制零漂2. 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)VT1 和和 VT2 基極輸入電壓大小相等，極性相反，基極輸入電壓大小相等，極性相反，稱為差模輸入電壓稱為差模輸入電壓( (uId) )。在差模信號(hào)作用下：在差模信號(hào)作用下：Id1u1C21uAu IdCuAuu1221 Id12CC1ouAuu

14、uu 差模電壓放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)為1IdoduAuuA 3. 共模抑制比共模抑制比差分放大電路差分放大電路輸入電壓輸入電壓差模輸入電壓差模輸入電壓 uId共模輸入電壓共模輸入電壓 uIc( (uIc大小相等，極性相同大小相等，極性相同) )+VCCRcVT1VT2RbRcRb+uIc+uoRR共模電壓放大倍數(shù)：共模電壓放大倍數(shù)：IcocuuA Ac 愈小愈好，而愈小愈好，而Ad 愈大愈好愈大愈好圖圖 4.2.7共模輸入電壓共模輸入電壓共模抑制比共模抑制比 KCMRcdCMRlg20AAK ( (1) ) KCMR 描述差分放大電路對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力。描述差分放大電路對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能

15、力。 KCMR愈大，抑制零漂能力愈強(qiáng)；愈大，抑制零漂能力愈強(qiáng)；( (2) ) 理想情況下，電路參數(shù)完全對(duì)稱，理想情況下，電路參數(shù)完全對(duì)稱，Ac = 0， KCMR = 。( (3) ) 基本形式差放電路每個(gè)三極管的集電極對(duì)地電壓，基本形式差放電路每個(gè)三極管的集電極對(duì)地電壓，其零漂與單管放大電路相同，絲毫沒(méi)有改善。其零漂與單管放大電路相同，絲毫沒(méi)有改善。二、長(zhǎng)尾式差分放大電路二、長(zhǎng)尾式差分放大電路可減小每個(gè)管子輸出端的溫漂。可減小每個(gè)管子輸出端的溫漂。1. 電路組成電路組成+VCCRc+VT1VT2Rc+uIdId21uId21u+uoRR VEERe Re 稱為稱為“長(zhǎng)尾電阻長(zhǎng)尾電阻”。且引入

16、且引入共模負(fù)反饋共模負(fù)反饋。 Re 愈大，共愈大，共模負(fù)反饋愈強(qiáng)。模負(fù)反饋愈強(qiáng)。Ac 愈小。每個(gè)管愈小。每個(gè)管子的零漂愈小。子的零漂愈小。 對(duì)差模信號(hào)對(duì)差模信號(hào)無(wú)負(fù)反饋。無(wú)負(fù)反饋。圖圖 4.2.8長(zhǎng)尾式差分放大電路長(zhǎng)尾式差分放大電路2. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析+VCCRc+VT1VT2Rc+uIdId21uId21u+uoRR VEERe當(dāng)當(dāng) uId = 0 時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，故：時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，故： IBQ1 = IBQ2 = IBQ，ICQ1 = ICQ2 = ICQ ，UBEQ1 = UBEQ2 = UBEQ，UCQ1 =UCQ2 = UCQ， 1= 2= IBQR + UBEQ +

17、 2IEQRe = VEE則則eBEQEEBQ)1(2RRUVI ICQ IBQ)(BQBQ對(duì)地對(duì)地RIU cCQCCCQRIVU ( (對(duì)地對(duì)地) )圖圖 4.2.8長(zhǎng)尾式差分放大電路長(zhǎng)尾式差分放大電路3. 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析RcVT1VT2Rc+ uoRR uI1 uI22LR2LRbe1I1BrRui 1B1Cii 1IbeLCLc1C1C2/2/urRRRRRiu 則則2IbeLCLc2C2C2/2/urRRRRRiu 同理同理圖圖 4.2.8長(zhǎng)尾式差分長(zhǎng)尾式差分放大電路的交流通路放大電路的交流通路圖圖4.2.10接有調(diào)零電位器的長(zhǎng)尾差分電路接有調(diào)零電位器的長(zhǎng)尾差分電路RcVT1VT2R

18、c+uoRRuI1uI2LRRWVEE+VCCRe輸出電壓為輸出電壓為)(2/2I1IbeLCC21COuurRRRuuu 差模電壓放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)為beLC2I1IOd)2/(rRRRuuuA 差模輸入電阻為差模輸入電阻為差模輸出電阻為差模輸出電阻為)(2beidrRR co2RR 復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：1.IC的組成：的組成：輸入級(jí)、輸出級(jí)、中間級(jí)和偏置電路輸入級(jí)、輸出級(jí)、中間級(jí)和偏置電路2.偏置電路的作用和組成偏置電路的作用和組成為各級(jí)放大電路提供合適的靜態(tài)電流為各級(jí)放大電路提供合適的靜態(tài)電流作為有源負(fù)載，提高電路的放大倍數(shù)作為有源負(fù)載，提高電路的放大倍數(shù)+VCCRIREF+VT1VT2

19、IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2鏡像電流源鏡像電流源+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2比例電流源比例電流源+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1Re微電流源微電流源3.差分輸入級(jí)的作用和組成差分輸入級(jí)的作用和組成作用：抑制零漂作用：抑制零漂組成：組成：+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uIdId21uId21u+uoR1R2+VCCRc+VT1VT2Rc+uIdId21uId21u+uoRR VEERe動(dòng)態(tài)參數(shù)分析：動(dòng)態(tài)參數(shù)分析：三、恒流源式差分放大電路三、恒流源式差分放大電路 用三極管代替用三極管代替“長(zhǎng)尾式長(zhǎng)

20、尾式”電路的長(zhǎng)尾電阻，即構(gòu)成電路的長(zhǎng)尾電阻，即構(gòu)成恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路RcVT1VT2Rc+ uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT31. 電路組成電路組成VT3：恒流管：恒流管作用：作用： 能使能使 iC1、iC2基本上不隨溫度的基本上不隨溫度的變化而變化，從而變化而變化，從而抑制共模信號(hào)的變抑制共模信號(hào)的變化?；D圖 4.2.13恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路2. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析當(dāng)忽略當(dāng)忽略 VT3 的基極電流時(shí)，的基極電流時(shí)， Rb1 上的電壓為上的電壓為RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3)(E

21、ECC2b1b1b1bVVRRRUR 于是得到于是得到CQ3CQ2CQ121III C1CQCCCQ2CQ1RIVUU 11CQBQ2BQ1 III RIUU1BQBQ2BQ1 e3BEQEQ3CQ31bRUUIIR 圖圖 4.2.13恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路3. 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析由于恒流三極管相當(dāng)于一個(gè)阻值很大的長(zhǎng)尾電阻，由于恒流三極管相當(dāng)于一個(gè)阻值很大的長(zhǎng)尾電阻，它的作用也是引入一個(gè)共模負(fù)反饋，對(duì)差模電壓放大倍它的作用也是引入一個(gè)共模負(fù)反饋，對(duì)差模電壓放大倍數(shù)沒(méi)有影響，所以與長(zhǎng)尾式交流通路相同。數(shù)沒(méi)有影響，所以與長(zhǎng)尾式交流通路相同。差模電壓放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)為beL

22、C2I1IOd)2/(rRRRuuuA 差模輸入電阻為差模輸入電阻為差模輸出電阻為差模輸出電阻為)(2beidrRR co2RR RcVT1VT2Rc+ uoRR uI1 uI22LR2LR四、差分放大電路的輸入、輸出接法四、差分放大電路的輸入、輸出接法有四種不同的接法有四種不同的接法差分輸入、雙端輸出；差分輸入、雙端輸出；差分輸入、單端輸出；差分輸入、單端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、單端輸出。單端輸入、單端輸出。1. 差分輸入、雙端輸出差分輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+ uoRRuIuI2+VCCVEEIR+beLCd)2/(rRRRA )(2beidrRR

23、 co2RR 圖圖 4.2.16( (a) )差分輸入、雙端輸出差分輸入、雙端輸出2. 差分輸入、單端輸出差分輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+uouo uO 約為雙端輸出的一半，即約為雙端輸出的一半，即beLCd)/(21rRRRA )(2beidrRR coRR 若由若由 VT2 集電極輸集電極輸出，出， uO 為為“正正”。圖圖 4.2.16( (b) )差分輸入、單端輸出差分輸入、單端輸出3. 單端輸入、雙端輸出單端輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+ uoRRuI+VCCVEEI+單端輸入單端輸入則則 當(dāng)共模負(fù)反饋?zhàn)惝?dāng)共模負(fù)反饋?zhàn)銐驈?qiáng)時(shí)，夠強(qiáng)時(shí)

24、，IE21uu IEI1BE21uuuu IE2BE210uuu 三極管仍然基本工作在差分狀態(tài)，所以三極管仍然基本工作在差分狀態(tài)，所以；beLCd)2/(rRRRA ；)(2beidrRR co2RR 圖圖 4.2.16( (c) )單端輸入、雙端輸出單端輸入、雙端輸出4. 單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+；beLCd)/(21rRRRA ；)(2beidrRR coRR 若改從若改從 VT2 集電集電極輸出，則極輸出，則；beLCd)/(21rRRRA 這種接法比一般的單管放大電這種接法比一般的單管放大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力。路具

25、有較強(qiáng)的抑制零漂的能力。圖圖 4.2.16( (d) )單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出結(jié)論結(jié)論( (1) ) 雙端輸出時(shí)，雙端輸出時(shí)，Ad 與單管與單管 Au 基本相同；單端輸出基本相同；單端輸出時(shí)，時(shí)，Ad 約為雙端輸出時(shí)的一半。約為雙端輸出時(shí)的一半。雙端輸出時(shí)，雙端輸出時(shí)，Ro = 2Rc；單端輸出時(shí)，；單端輸出時(shí)， Ro = Rc 。( (2) ) 雙端輸出時(shí)，理想情況下，雙端輸出時(shí)，理想情況下，KCMR ；單端；單端輸出時(shí)，共模抑制比不如雙端輸出高。輸出時(shí)，共模抑制比不如雙端輸出高。( (3) ) 單端輸出時(shí)，可以選擇從不同的三極管輸出，單端輸出時(shí)，可以選擇從不同的三極管輸出，而

26、使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。而使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。( (4) ) 單端輸出時(shí)，由于引入很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，兩單端輸出時(shí)，由于引入很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，兩個(gè)管子仍基本工作在差分狀態(tài)。個(gè)管子仍基本工作在差分狀態(tài)。( (5) ) 單端輸出時(shí)，單端輸出時(shí)， Rid 2(R + rbe)。差分放大電路四種接法的性能比較差分放大電路四種接法的性能比較 接法接法性能性能差分輸入差分輸入雙端輸出雙端輸出差分輸入差分輸入單端輸出單端輸出單端輸入單端輸入雙端輸出雙端輸出單端輸入單端輸入單端輸出單端輸出AdbeLC)2/(rRRR beLcrRRR )2/( beLcrRRR )/(21 beLcrRRR

27、 )/(21 KCMR很高很高很高很高較高較高較高較高Rid)(2berR )(2berR )(2berR )(2berR Roc2Rc2RcRcR差分放大電路四種接法的性能比較差分放大電路四種接法的性能比較 接法接法性能性能差分輸入差分輸入雙端輸出雙端輸出差分輸入差分輸入單端輸出單端輸出單端輸入單端輸入雙端輸出雙端輸出單端輸入單端輸入單端輸出單端輸出特特性性 1. Ad 與單與單管放大電路管放大電路基本相同?；鞠嗤?。 2.在理想情在理想情況下，況下，KCMR。 3.適用于差適用于差分輸入、雙分輸入、雙端輸出，輸端輸出，輸入信號(hào)及負(fù)入信號(hào)及負(fù)載的兩端均載的兩端均不接地的情不接地的情況。況。

28、1. Ad 約為約為雙端輸出時(shí)雙端輸出時(shí)的一半。的一半。 2. 由于引由于引入共模負(fù)反入共模負(fù)反饋，仍有較饋，仍有較高的高的KCMR。 3.適用于將適用于將雙端輸入轉(zhuǎn)雙端輸入轉(zhuǎn)換為單端輸換為單端輸出。出。 1. Ad 與單與單管放大電路管放大電路基本相同?；鞠嗤?。 2.在理想情在理想情況下，況下，KCMR。 3.適用于將適用于將單端輸入轉(zhuǎn)單端輸入轉(zhuǎn)換為雙端輸換為雙端輸出。出。 1. Ad 約為雙端約為雙端輸出時(shí)的一半。輸出時(shí)的一半。 2.比單管放大比單管放大電路具有較強(qiáng)的電路具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力。抑制零漂的能力。 3.適用于輸入、適用于輸入、輸出均要求接地輸出均要求接地的情況。的情況。

29、4.選擇不同管選擇不同管子輸出，可使輸子輸出，可使輸出電壓與輸入電出電壓與輸入電壓反相或同相。壓反相或同相。4.2.3中間級(jí)中間級(jí)任務(wù)：任務(wù)：提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。要求：要求：本身具有較高的電壓增益；具有較高的本身具有較高的電壓增益；具有較高的一、有源負(fù)載一、有源負(fù)載圖圖 4.2.17有源負(fù)載單管共射放大電路有源負(fù)載單管共射放大電路VT1：放大三極管；：放大三極管； VT2：有源負(fù)載；有源負(fù)載； VT3、VT2 鏡像電流源。鏡像電流源。+VCCVT1VT2VT3RI+uIuO輸入電阻；能向輸出級(jí)提供較大的推動(dòng)電流。輸入電阻；能向輸出級(jí)提供較大的推動(dòng)電流?；鶞?zhǔn)電流基

30、準(zhǔn)電流RUVI3BECC 有源負(fù)載共射放大電路有源負(fù)載共射放大電路1.電路圖電路圖2.靜態(tài)分析（求參考電流，略）靜態(tài)分析（求參考電流，略）3.動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析UAbe1bLce2ce11)/(rRRrrTR Rb1b1R Rb2b2rce2bebL1rRRUA有源負(fù)載的差分放大電路有源負(fù)載的差分放大電路放大電路采用放大電路采用差分輸入、單端輸出差分輸入、單端輸出；工作電流由恒流源工作電流由恒流源 I 決定；決定；輸出電流輸出電流 io = ic4 ic2 = 2 ic4 +VCCVT1VT4VT3+uIioVT2IVEEic3ic1ic4ic2圖圖 4.2.18有源負(fù)載的差分放大電路有源負(fù)載的

31、差分放大電路利用鏡像電流源利用鏡像電流源 可以使可以使單端輸出單端輸出差分放大電路的差差分放大電路的差模放大倍數(shù)提高到接近模放大倍數(shù)提高到接近雙端輸出雙端輸出的情況。的情況。二、復(fù)合管二、復(fù)合管優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)可以獲得很高的電流放大系數(shù)可以獲得很高的電流放大系數(shù) ；提高中間級(jí)的輸入電阻；提高中間級(jí)的輸入電阻；提高了集成運(yùn)放總的電壓放大倍數(shù)。提高了集成運(yùn)放總的電壓放大倍數(shù)。復(fù)合管的構(gòu)成：復(fù)合管的構(gòu)成：+uBEiBiB1iC2iCiEiE1 = iB2VT1bVT2eciC1由兩個(gè)或兩個(gè)以上三極管組成。由兩個(gè)或兩個(gè)以上三極管組成。復(fù)合管共射電流放大系數(shù)復(fù)合管共射電流放大系數(shù) 值值BC ii 因因?yàn)闉橛蓤D可

32、見(jiàn)由圖可見(jiàn)2B21B12C1CCiiiii 1B11E2B)1(iii 1BBii 圖圖 4. 2.191B21211B21B1C)()1 (iiii+uBEiBiB1iC2iCiEiE1 = iB2VT1bVT2eciC1則則212121 BCii所所以以三極管輸入電阻三極管輸入電阻 rbe2be11beBBEbe)1(rriur 其中其中)1(2be11be1B2be2B1be1BBErriririu 所以所以顯然，顯然， 、rbe 均比一個(gè)管子均比一個(gè)管子 1、rbe1 提高了很多倍。提高了很多倍。圖圖 4. 2.19構(gòu)成復(fù)合管時(shí)注意構(gòu)成復(fù)合管時(shí)注意1. 前后兩個(gè)三極管連接關(guān)系上，應(yīng)保證

33、前級(jí)輸出電前后兩個(gè)三極管連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級(jí)輸出電流與后級(jí)輸入電流實(shí)際方向一致。流與后級(jí)輸入電流實(shí)際方向一致。2. 外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩個(gè)管子均為發(fā)射結(jié)外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩個(gè)管子均為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使管子工作在放大區(qū)。正偏，集電結(jié)反偏，使管子工作在放大區(qū)。復(fù)合管的接法復(fù)合管的接法VT1bVT2ec VT2VT1bec( (a) ) NPN 型型( (b) ) PNP 型型圖圖 4. 2. 20復(fù)合管的接法復(fù)合管的接法( (c) ) NPN 型型 cVT1bVT2e( (d) ) PNP 型型 VT2VT1bec圖圖 4. 2. 20復(fù)合管的接法復(fù)合管的接法結(jié)結(jié) 論論1.

34、兩個(gè)同類型的三極管組成復(fù)合管，其類型與原來(lái)相同。兩個(gè)同類型的三極管組成復(fù)合管，其類型與原來(lái)相同。復(fù)合管的復(fù)合管的 1 2，復(fù)合管的，復(fù)合管的 rbe = rbe1。2. 兩個(gè)不同類型的三極管組成復(fù)合管，其類型與前級(jí)三兩個(gè)不同類型的三極管組成復(fù)合管，其類型與前級(jí)三極管相同。復(fù)合管的極管相同。復(fù)合管的 1 2，復(fù)合管的，復(fù)合管的 rbe = rbe1 。3. 在集成運(yùn)放中，復(fù)合管不僅用于中間級(jí)，也常用于輸在集成運(yùn)放中，復(fù)合管不僅用于中間級(jí)，也常用于輸入級(jí)和輸出級(jí)。入級(jí)和輸出級(jí)。4.2.4輸出級(jí)輸出級(jí)一、互補(bǔ)對(duì)稱電路一、互補(bǔ)對(duì)稱電路工作原理：工作原理：當(dāng)輸入正弦電壓當(dāng)輸入正弦電壓 uI 時(shí)時(shí)uI 0

35、，VT1 導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT2 截止截止iC1：+VCC VT1 RL 地地uI u 時(shí)，時(shí)，uO = + UOPP當(dāng)當(dāng) u+ u 時(shí)時(shí), uO = UOPP1. uO 的值只有兩種可能的值只有兩種可能在非線性區(qū)內(nèi)，在非線性區(qū)內(nèi)，( (u+ u ) )可能很大，即可能很大，即 u+ u 。 “虛地虛地”不存在不存在2. 理想運(yùn)放的輸入電流等于零理想運(yùn)放的輸入電流等于零0 ii“虛斷虛斷”實(shí)際運(yùn)放實(shí)際運(yùn)放 Aod ，當(dāng)，當(dāng) u+ 與與 u 差值比較小時(shí)，仍有差值比較小時(shí)，仍有 Aod (u+ u )UOPP，運(yùn)放工作在線性區(qū)。，運(yùn)放工作在線性區(qū)。例如：例如：F007 的的 Uopp = 14 V，

36、Aod 2 105 ，線性，線性區(qū)內(nèi)輸入電壓范圍區(qū)內(nèi)輸入電壓范圍V70102V 145odOPP AUuuuOu+ u O實(shí)際特性實(shí)際特性非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)線性區(qū)但線性區(qū)范圍很小。但線性區(qū)范圍很小。圖圖 4.5.2集成運(yùn)放的傳輸特性集成運(yùn)放的傳輸特性4.6各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)一、高精度型一、高精度型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 漂移和噪聲很低，開(kāi)環(huán)增益和共模抑漂移和噪聲很低，開(kāi)環(huán)增益和共模抑制比很高，誤差小。制比很高，誤差小。二、低功耗型二、低功耗型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：靜態(tài)功耗一般比通用型低靜態(tài)功耗一般比通用型低 1 2 個(gè)數(shù)量個(gè)數(shù)量級(jí)級(jí)( (不超過(guò)毫瓦級(jí)不

37、超過(guò)毫瓦級(jí)) )，要求電壓很低，要求電壓很低，有較高的開(kāi)環(huán)差模增益和共模抑制比。有較高的開(kāi)環(huán)差模增益和共模抑制比。三、高阻型三、高阻型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 通常利用場(chǎng)效應(yīng)管組成差分輸入級(jí)，輸通常利用場(chǎng)效應(yīng)管組成差分輸入級(jí)，輸入電阻高達(dá)入電阻高達(dá) 1012 。高阻型運(yùn)放可用在測(cè)量放大器、采樣高阻型運(yùn)放可用在測(cè)量放大器、采樣-保持電路、帶保持電路、帶通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某些信號(hào)源內(nèi)阻很高的電路中。通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某些信號(hào)源內(nèi)阻很高的電路中。四、高速型四、高速型大信號(hào)工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性，大信號(hào)工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)每微秒幾十至幾百伏，甚至轉(zhuǎn)換速率可達(dá)每微秒幾十至幾百伏，甚至高達(dá)高達(dá) 1 000 V/ s，單位增益帶寬可達(dá)，單位增益帶寬可達(dá) 10 MHz，甚至幾百兆歐。，甚至幾百兆歐。