模擬電子技術(shù)：第六章 集成電路運(yùn)算放大器

1、重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：差分放大電路的構(gòu)成及分析方法；難點(diǎn)：理解差模信號(hào)和共模信號(hào)； 差放電路抑制共模信號(hào)的原理； 差放電路的分析； 6 集成電路運(yùn)算放大器6.1 集成電路運(yùn)算放大器中的電流源6.2 差分式放大電路6.3 集成電路運(yùn)算放大器6.4 集成電路運(yùn)算放大器的主要參數(shù)6 集成電路運(yùn)算放大器6.1 集成電路運(yùn)算放大器中的恒流源 鏡像電流源 電流源作有源負(fù)載 微電流源1. 鏡像電流源恒流特性 無(wú)論Rc的值如何， IC2的電流值將保持不變。（三極管工作狀態(tài)）1. 鏡像電流源交流電阻 由于T2的集電極電流基本不變。所以交流量一般Ro在幾百千歐以上2. 微電流源由于很小，所以IC2也很小3. 電流源作有源

2、負(fù)載共射電路的電壓增益為： 對(duì)于此電路Rc就是鏡像電流源的交流電阻，因此增益為比用電阻Rc作負(fù)載時(shí)提高了。end放大管鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源6.2 差分式放大電路 直接耦合放大電路 零點(diǎn)漂移 電路組成及工作原理 抑制零點(diǎn)漂移原理 6.2.0 概述 6.2.1 基本差分式放大電路 差分式放大電路中的一般概念 主要指標(biāo)計(jì)算 幾種方式指標(biāo)比較耦合方式：阻容耦合；直接耦合；變壓器耦合；光電耦合。多級(jí)放大電路耦合：即信號(hào)的傳送。多級(jí)放大電路對(duì)耦合電路要求：1). 靜態(tài)：保證各級(jí)Q點(diǎn)設(shè)置2). 動(dòng)態(tài): 傳送信號(hào)。第一級(jí)放大電路輸 入 輸 出第二級(jí)放大電路第 n 級(jí)放大電路 第 n-1 級(jí)放大電路功

3、放級(jí)要求：波形不失真，減少壓降損失。 集成運(yùn)算放大器主要采用直接耦合6.2.0 概述1. 直接耦合放大電路可以放大直流信號(hào)2.直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移零漂：主要原因：溫漂指標(biāo)：# 為什么一般的集成運(yùn)算放大器都要采用直接耦合方式？溫度變化引起，也稱溫漂。輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。溫度每升高1度時(shí)，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。電源電壓波動(dòng)也是原因之一例如若第一級(jí)漂了100 uV，則輸出漂移 1 V。 若第二級(jí)也漂了100 uV，則輸出漂移 10 mV。假設(shè) 第一級(jí)是關(guān)鍵3. 減小零漂的措施 用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償 主要采用差分式放大電路漂了 100 u

4、V漂移 10 mV+100 uV漂移 1 V+ 10 mV漂移 1 V+ 10 mV共模抑制比反映抑制零漂能力的指標(biāo)4. 差分式放大電路中的一般概念根據(jù)1、2兩式又有差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖+-vi1+-vi2+-vo1差放vo2+-+-vid+-vo差模信號(hào)共模信號(hào)差模電壓增益共模電壓增益總輸出電壓差模等效輸入方式差放+-vid差放+-vid(a)(b)共模等效輸入方式差放+-vic差模信號(hào)輸出共模信號(hào)輸出ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB差動(dòng)放大電路的引入抑制零點(diǎn)漂移uo= uC1 - uC2 = 0uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) =

5、0當(dāng) ui1 = ui2 =0 時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：6.2.1 長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器: uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE一、電路二、 靜態(tài)分析 溫度TICIE = 2ICUEUBEIBIC1. RE的作用 設(shè)ui1 = ui2 = 0自動(dòng)穩(wěn)定RE 具有強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔胾oui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE 抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE2. Q點(diǎn)的計(jì)算直流通路IC1= IC2= IC= IB UC1= UC2= UCCICRC UCE1= UCE2 = UC1UE1IBIC

6、1IC2IB2IE(一) 共模輸入信號(hào)RE對(duì)共模信號(hào)起作用，并且iRE=2ie1。uC ic1 、 ic2 iRE 、 uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUCCuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE零點(diǎn)漂移是共模信號(hào)三、 動(dòng)態(tài)分析(二) 差模輸入均壓器RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUCCRE 對(duì)差模信號(hào)作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUCCib2ib1ic2ic1iRERE對(duì)差模信號(hào)不起作用（三）、主要指標(biāo)

7、計(jì)算1、差動(dòng)放大倍數(shù)2、輸入電阻3、輸出電阻4、共模放大倍數(shù)5、共模抑制比例1： 已知下圖 所示差分放大電路的 UCC = UEE = 12 V ，RC = 3 k，RE = 3 k，硅晶體管的 = 100 ，求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）Ui = 10 mV，輸出端不接負(fù)載時(shí)的UO ；（3） Ui = 10 mV ,輸出端接 RL= 6 k 負(fù)載時(shí)的 UO 。（3）接負(fù)載時(shí)的差模放大倍數(shù)當(dāng)Ui = 10 mV 時(shí)， 【解】 靜態(tài)時(shí)例2 ：下圖 是利用差分放大電路組成的晶體管電壓表的原理電路。設(shè)電壓表的滿標(biāo)偏轉(zhuǎn)電流為100 A ，電壓表支路的總電阻為 2 k 。要使電表的指針滿偏，需加多大的輸入

8、電壓？設(shè)晶體管為硅管。總負(fù)載電阻差模電壓放大倍數(shù)要使電壓表滿偏時(shí)的輸出電壓則輸入電壓 例3： 求下圖 所示電路中 的靜態(tài)工作點(diǎn)和放大電路的差模電壓放大倍數(shù)。設(shè)晶體管為硅管。 (3)差模電壓放大倍數(shù) 恒流源差分放大電路 為了提高共模抑制比應(yīng)加大Ree 。但Ree加大后，為保證工作點(diǎn)不變，必須提高負(fù)電源，這是不經(jīng)濟(jì)的。同時(shí)集成電路難以制造大電阻，為此可用恒流源T3來(lái)代替Re 。 恒流源動(dòng)態(tài)電阻大，可提高共模抑制比。并可提供一個(gè)穩(wěn)定的偏流。同時(shí)恒流源的管壓降只有幾伏，可不必提高負(fù)電源之值。這種電路稱為恒流源差動(dòng)放大電路恒流源差分放大電路 恒定電流Ube+I3R3=2UD+I2R2由于IB3很小I1I

9、2如R1=R2 Ube=UD 有源負(fù)載提供大動(dòng)態(tài)電阻Rb3=R1/R2用恒流源輸出等效高阻代替實(shí)體電阻，稱該電阻為有源負(fù)載。6.2.1 恒流源差分式放大電路1. 電路組成及工作原理靜態(tài)動(dòng)態(tài)僅輸入差模信號(hào)，大小相等，相位相反。大小相等，信號(hào)被放大。相位相反。1. 電路組成及工作原理2. 抑制零點(diǎn)漂移 溫度變化和電源電壓波動(dòng)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢(shì)是相同的，差分式放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)抑制作用。其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)。2. 抑制零點(diǎn)漂移 由此看出，溫度升高時(shí)，引起兩集電極電流增加，使得流過(guò)Re上的電流增加，發(fā)射極電位上升，從而限制了集電極電流的增加。這一過(guò)程類似于分

10、壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過(guò)程。所以，即使電路處于單端輸出方式時(shí)，仍有較強(qiáng)的抑制零漂能力。 另一方面3. 主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模電壓增益接入負(fù)載時(shí)（雙入、雙出交流通路） 雙入、單出以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力 雙入、雙出接入負(fù)載時(shí)3. 主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模電壓增益 單端輸入等效于雙端輸入 指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同入（2）共模電壓增益 雙端輸出 共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益 單端輸出抑制零漂能力增強(qiáng)（3）共模抑制比雙端輸出，理想情況單端輸出抑制零漂能力越強(qiáng)4. 幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出4. 幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出（思考題）(4)當(dāng)

11、輸出接一12k負(fù)載時(shí)的電壓增益.解：求:例(1)靜態(tài)(2)電壓增益(3)(4)A1vivo103A2vivo105？思 考 題答：兩個(gè)放大電路是否都可以放大0.1mV的信號(hào)？end增加了Re電壓增益輸出漂移電壓均為 200 mV輸出漂移電壓均為 200 mV輸入端漂移電壓為 0.2 mV輸入端漂移電壓為 0.002 mVA1不可以，A2可以？思 考 題 1. 若在基本差分式放大電路中增加兩個(gè)電阻Re（如圖所示）。則動(dòng)態(tài)指標(biāo)將有何變化？答：雙端輸出差模增益差模輸入電阻單端輸出共模增益共模輸入電阻增加了Re增加了Re？思 考 題 2. 差分式放大電路如圖所示。分析下列輸入和輸出的相位關(guān)系：反相vC

12、1與vi1end同相vC2與vi1同相vC1與vi2反相vC2與vi2反相vO與vi1同相vO與vi23. 靜態(tài)時(shí)，兩個(gè)輸入端是否有靜態(tài)偏置電流？小 結(jié) 差分放大電路是模擬集成電路中最基本的電路形式。它的主要特點(diǎn)是對(duì)差模信號(hào)有很大的放大能力，對(duì)共模信號(hào)具有根強(qiáng)的抑制作用。 差放在雙端輸出時(shí)主要是依靠電路對(duì)稱性抑制共模信號(hào)，單端輸出時(shí)主要是依靠共公發(fā)射極電阻的強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔靡种乒材Ｐ盘?hào)。 典型差放電路主要計(jì)算公式雙端輸出差模電壓增益雙端輸出共模電壓增益 雙端輸出共模抑制比 共模信號(hào) Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2 差模信號(hào) Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2小 結(jié)單端輸出差模電壓增益單端輸出共模電壓增益 單端輸出共模抑制比 輸入任意信號(hào)時(shí)可分解差模與共模信號(hào)6.3 集成電路運(yùn)算放大器 6.3.1 簡(jiǎn)單的集成電路運(yùn)算放大器 6.3.2 通用型集成電路運(yùn)算放大器6.3.1 簡(jiǎn)單的集成電路運(yùn)算放大器1. 集成運(yùn)放內(nèi)部組成框圖2. 簡(jiǎn)單集成運(yùn)放電路組成3. 輸入輸出相位關(guān)系及符號(hào)集成運(yùn)放的特點(diǎn)：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小6.3.2 通用型集成