模電課件-第3章差放電路13

第三章模擬集成運(yùn)算放大器3.1電流源電路3.2差動(dòng)放大電路3.3雙極型集成運(yùn)算放大器3.6理想集成運(yùn)算放大器集成電路IC(IntegratedCircuit):將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)體基片上。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介運(yùn)放實(shí)質(zhì)：直接耦合的高增益多級(jí)放大器本章將分析電流源與差放單元電路及運(yùn)放的基本知識(shí)§3.1電流源電路1、鏡像電流源電路2、微電流源電路

3、比例電流源電路4、多路電流源電路1、鏡像電流源電路IRIC1IC2IoI2B+VCCT2T1RRLIRIC1IC2IOI2B+VCCT2T1RRL

?視IO為IR的鏡像。

?無(wú)論RL的值如何，IC2的電流值將保持不變。2、微電流源電路

IO=UBE/RE=UTln(IR/IO)/RE

IO≈

IE2=(UBE1-UBE2)/RE=UBE/RE電路分析：

當(dāng)電源電壓波動(dòng)引起IR變化時(shí)，由于對(duì)數(shù)函數(shù)的緩慢變化特性，其IO的變化比較小。結(jié)論：輸出電流小，穩(wěn)定性好。3、比例電流源電路電路特點(diǎn)：在鏡像電流源的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)發(fā)射極電阻，就可使輸出電流與基準(zhǔn)電流成一定的比例關(guān)系。IO/IR=RE1/RE2該電路中輸出電流和基準(zhǔn)電流的比例關(guān)系由兩射極電阻之比值決定，故稱(chēng)其為比例電流源。輸出電阻Ro輸出電阻Ro大，恒流特性?xún)?yōu)于鏡像電流源。存在問(wèn)題：隨著多路電流源路數(shù)增加，各晶體管的基極電流之和增加，因而IC1與IR之間差值增大。這樣各路輸出電流與基準(zhǔn)電流間的傳輸比將出現(xiàn)較大誤差。4、多路電流源電路

用一個(gè)基準(zhǔn)電流IR獲得多個(gè)恒定電流IO1、IO2、……、IO(n-1)

。其原理同比例電流源電路。Σ多路電流源電路的改進(jìn)電路ΣIB/(1+β)電流源的應(yīng)用：電流源直流電阻小，交流電阻大，常用作有源負(fù)載。問(wèn)題

:零點(diǎn)漂移。前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得當(dāng)

ui

等于零時(shí)，uo不等于零。uiRC1R1T1+VCCuoRC2T2R2RE2uot0有時(shí)會(huì)將信號(hào)淹沒(méi)§3.2差動(dòng)放大電路直接耦合電路的特殊問(wèn)題一、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、特性相同。3.2.1差動(dòng)放大電路的組成與工作原理ui1ui2+VCCuoRCR1T1RBRCR1T2RB零漂相抵消uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：+VCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui21、差模信號(hào)(differentialmode)差模輸入信號(hào)：

ui1=-ui2（大小相等，極性相反）設(shè)uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因ui1=-ui2，

uC1=-uC2

uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1

差模電壓放大倍數(shù)：+VCC(很大，>1)2、共模信號(hào)(commonmode)

+VCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模輸入信號(hào)：

ui1=ui2（大小相等，極性相同）理想情況：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模電壓放大倍數(shù)：（很小，<1)但因兩側(cè)不完全對(duì)稱(chēng)，uo

0任意輸入的信號(hào):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=20mV,ui2=10mV則：uid=10mV,uic=15mV差模分量:共模分量:3、共模抑制比(CMRR)例:

Aud=-200

Auc=0.1

KCMR=20lg(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMR

=KCMR(dB)=(分貝)1、結(jié)構(gòu)為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器:二、雙電源長(zhǎng)尾式差放特點(diǎn)：加入射極電阻RE

；加入負(fù)電源-VEE，采用正負(fù)雙電源供電。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE雙電源的作用：（1）使信號(hào)變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負(fù)電源-VEE提供。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE溫度TiCiEuE=2iEREUBEiBiCRE的作用

設(shè)ui1

=ui2

=0自動(dòng)穩(wěn)定RE

具有共模負(fù)反饋?zhàn)饔谩种茰囟绕?，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEERCICIBIE2IE+_+_UBE2、Q點(diǎn)的估算uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEERCICIBIE2IE+_+_UBEUC=VCC－IC×RC

ui1

ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RE對(duì)差模信號(hào)不起作用uidRRuo+VCCRCT1RBRCT2RBRE–VEEib2ib1ic2ic1iRE3、差模特性分析差模信號(hào)通路T1單邊微變等效電路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E（1）放大倍數(shù)單邊差模放大倍數(shù):uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1若差動(dòng)電路帶負(fù)載RL

(接在

C1與

C2之間),對(duì)于差動(dòng)信號(hào)而言，RL中點(diǎn)電位為0,所以放大倍數(shù)：即：總的差動(dòng)電壓放大倍數(shù)為：差模電壓放大倍數(shù):uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2ERo=2RC

Ri

Ri

Ro輸入電阻：輸出電阻：（2）輸入輸出電阻uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E4、共模特性分析RE對(duì)共模信號(hào)有抑制作用。uC

ic1,ic2iRE,uRE

uoc2

uoc1ic1ic2iREuRE+VCCuocRCT1RBRCT2RBRE–VEEuCuBE1,uBE2

iB1、iB2

ic1,ic2共模信號(hào)通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1

uoc2

uoc1ic1ic2uc22REKCMR

uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+VCC三、恒流源式差放電路電路結(jié)構(gòu):IC3R2T3R1R3-VEE

rce3

1M恒流源T3:放大區(qū)R1uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+VCCIC3R2T3R3-VEEuCEIB3iCUCE3IC3QUCE3uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+VCCIC3R2T3R1R3-VEE靜態(tài)分析：主要分析T3管1.恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。2.恒流源不影響差模放大倍數(shù)。3.恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無(wú)窮大的電阻，所以共模抑制比是無(wú)窮大。恒流源的作用四、差放電路的幾種接法輸入端接法雙端單端輸出端接法雙端單端雙端輸入雙端輸出：ui1+VCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEERod=2RC雙端輸入單端輸出（T1）：Rod=RC若由T2端輸出Aud=?uoui1+VCCui2C1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEE單端輸出時(shí)，

Auc=?RE越大，共模抑制能力越強(qiáng)單端輸入、雙端輸出：ui1+VCCuoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEE

ib2

ib1Rod=2RC信號(hào)通過(guò)發(fā)射極耦合到另一輸入端單端輸入、單端輸出(T1)：Rod=RC+_uoui1+VCCC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEE差動(dòng)放大電路的性能指標(biāo)輸入輸出方式AudAucRidRod雙入、雙出uo=uo1-uo2Ad102(RB+rbe)2RC雙入、單出uo=uo10.5Ad1很小2(RB+rbe)RC單入、雙出uo=uo1-uo2Ad102(RB+rbe)2RC單入、單出uid=ui1，uo=uo10.5Ad1很小2(RB+rbe)

RC總結(jié)：雙端輸出時(shí)Aud與單管Ad相同，單端輸出時(shí)為Ad的一半；雙端輸出時(shí)Ro=2RC，單端輸出時(shí)Ro=RC；雙端輸出時(shí)兩管的溫度漂移互相抵消，KCMR=;單端輸出時(shí)由于引入共模負(fù)反饋，KCMR較高；單端輸出時(shí)可選擇從不同的管子輸出，使uo與ui反相；單端輸入時(shí)由于引入共模負(fù)反饋，仍工作在差分狀態(tài)，Rid=2(RB+rbe)。例1：(1)估算靜態(tài)值IC1、IC2、UC1、UC2

;(2)求uC1、uC2、uo。(1)靜態(tài)分析+ui2_RCRC++uoui1__+_uo1uo2++__1kΩ1kΩ15kΩ15kΩ7.5kΩ200Ω(2)交流分析+ui2_RCRC++uoui1__+_uo1uo2++__1kΩ1kΩ15kΩ15kΩ7.5kΩ200Ω①共模信號(hào)uic=13mV作用單端輸出RCRC+++uic1uic2___+_++__RC++uic1__2RE1/2RP雙端輸出RC++uic1__2RE1/2RPRC++uic1__2RE1/2RP雙端輸出②差模信號(hào)uid=6mV作用RCRC+++uid1uid2___+_++__+ui2_RCRC++uoui1__+_uo1uo2++__1kΩ1kΩ15kΩ15kΩ7.5kΩ200Ω例2：具有鏡像電流源的差動(dòng)放大電路如圖所示，已知

三極管特性相同，。試求：（1）；（2）差模輸入電阻、輸出電阻；（3）差模電壓放大倍數(shù)；（4）忽略共模信號(hào)的影響，當(dāng)時(shí)，（5）共模電壓放大倍數(shù)；（6）當(dāng)時(shí)，解：1、2、分析差模特性畫(huà)出差模交流通路5、分析共模特性畫(huà)出共模交流通路6、集成電路:將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)體基片上。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成電路的分類(lèi)：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路；§3.3雙極型集成運(yùn)算放大器集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1、電路元件制作在一個(gè)芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。2、電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到20千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。3、直接耦合。4、二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。+-VEE+VCC

u+uo

u–反相輸入端同相輸入端T3T4T5T1T2IS原理框圖：輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)與uo反相與uo同相+__對(duì)輸入級(jí)的要求：盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高KCMR

,

輸入阻抗Ri盡可能大。對(duì)中間級(jí)的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。對(duì)輸出級(jí)的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io，即輸出阻抗Ro小。集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)（1）采用四級(jí)以上的多級(jí)放大器，輸入級(jí)和第二級(jí)一般采用差動(dòng)放大器。（2）輸入級(jí)常采用復(fù)合三極管或場(chǎng)效應(yīng)管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式射極跟隨器，以進(jìn)行功率放大，提高帶負(fù)載的能力。-VEE+VCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)射極跟隨器差動(dòng)放大器第2級(jí)第1級(jí)：差動(dòng)放大器第3級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃鳕C+集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉例）極性判斷

Ri大:幾十k

幾百k運(yùn)放的特點(diǎn)：KCMR：很大

Ro?。簬资畮装?/p>

Aod很大:104107理想運(yùn)放：

Ri

KCMR

Ro

0Aod

運(yùn)放符號(hào)：＋－u－u+uo－＋＋

u－

u+

uoA國(guó)際符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)§3.6理想集成運(yùn)算放大器（1）開(kāi)環(huán)差模電壓增益Aod

（2）差模輸入電阻Rid

（3）輸出電阻Ro

0（4）共模抑制比KCMR

（5）輸入失調(diào)電壓UIO、輸入失調(diào)電流IIO

及它們的溫漂為零（6）輸入偏置電流IIB

0一、技術(shù)指標(biāo)1、差模輸入電壓=0“虛短”