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1、6.1集成电路运算放大器中的电流源6.2差分式放大电路6.3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把整个电路中的元器件制作在一块硅基片 上，构成特定功能的电子电路。 1 . 就集成度分：小规模 中规模 大规模 超大规模（每块芯 片上可有上亿个元件）2. 就导电类型分：双极型 单极型 两者兼容型3. 就功能分：数字集成电路 模拟集成电路集成电路：分类：由于制造工艺上的原因，模拟集成电路与分立元件电路 相比有以下特点：（1）电阻和电容的值不宜做得太大，电路结构上采用直接耦合方式由于集成电路中，电阻是利用NPN管的基区体电阻构成， 电阻值的范围一般为几十欧10千欧左右，阻值范围不大，且
2、阻 值精度不易控制，误差可达10%20%。所以，若需要高阻值电 阻，可用BJT或FET等组成的恒流源代替，或采用外接电阻的方 法。电容则采用PN结的结电容构成，约在100PF以下，误差也 较大，因此电路结构只能采用直接耦合方式。电感的制造则更 加困难。集成电路的特点（2）为克服直接耦合电路的温度漂移，常采用差分式放大电路作为输入级（3）尽量采用BJT（或FET）代替电阻 电容和二极管等元件在集成电路制造工艺中，制造三极管（特别是NPN管）比制 造其他元件容易，且占用面积小，性能好。因此常用BJT（或 FET）构成恒流源作偏置电阻；将BJT的基极和集电极短接构成二 极管 稳压管等；用复合管 共射
3、共基 共集共基等组合电 阻来改善单管电路的性能。1. 镜像电流源2. 微电流源3. 电流源用作有源负载1. 镜像电流源设T1 T2参数完全相同。 1= 2，ICEO1 = ICEO2 ， VBE1=VBE2 ， IE1 =IE2 ， IC1=IC2存在问题：当不够大时，IC2与IREF 差异较大IC2 IC1 IREF （VccVBE）/ R Vcc / RRRcT1T2Vcc2IBIREFIC1IE1IC2IC2相当于基准电流相当于基准电流IREF的镜像的镜像无论Rc的值如何， IC2的电流值将保持不变。IREFIC1IC2IBT1T2RVccT3IB2IB1IC2 IREFIC2与与IRE
4、F互为镜像互为镜像改进：带缓冲的镜像电流源：镜像电流源电路适合用于较大工作电流（mA级）的场合 ，若需要IC2 R ，在集成电路中不易实现。故推出微电流源（微电流源（AA级）级）IREF = =利用T3的电流放大作用， 减小IB 对I RFE的分流作用 ，提高IC3 与I RFE 互成镜 像的精度R2. 微电流源IREFIC1IE2IC2RRe22IBT1T2VccIE2Re2 = V BE1VBE2IE2Re2+ VBE2= VBE1（KVL方程）IE2 =（V BE1VBE2 ）/ Re2= V BE / Re2 IC2 V BE的数值很小 IC2亦很小，故称为微电流源微电流源IREF （
5、VccVBE）/ R Vcc / R当电源变化时 IREF变化 V BE变化很小 IC2变化很小（远 小于IREF的变化） IC2较稳定3. 电流源作有源负载共射电路的电压增益为：对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻，一般在几百千欧以上因此增益为比用电阻Rc作负载时提高了。 end放大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源6.2 差分式放大电路 直接耦合放大电路 零点漂移 电路组成及工作原理 抑制零点漂移原理6.2.0 概述6.2.1 基本差分式放大电路 6.2.2 FET差分式放大电路 6.2.3 差分式放大电路的传输特性 差分式放大电路中的一般概念 主要指标计算 几种方式指标比较6.2.0 概
6、述1. 直接耦合放大电路 可以放大直流信号2.直接耦合放大电路 的零点漂移零漂：主要原因： 温漂指标：# # 为什么一般的集成运为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接算放大器都要采用直接 耦合方式？耦合方式？温度变化引起，也称温漂。输入短路时，输 出仍有缓慢变化 的电压产生。温度每升高1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。电源电压波动 也是原因之一例如若第一级漂了100 uV， 则输出漂移 1 V。若第二级也漂 了100 uV，则输出漂移 10 mV。假设F 第一级是关键 3. 减小零漂的措施F 用非线性元件进行温度补偿F 采用差分式放大电路漂了 100 uV漂移
7、10 mV+100 uV漂移 1 V+ 10 mV漂移 1 V+ 10 mV（思考题思考题）共模抑制比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根据1、2两式又有差分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放vo2+-+ -vid+ -vo差模信号共模信号差模电压增益共模电压增益总输出电压差模等效输入方式差放+ -vid差放+-vid(a)(b)共模等效输入方式差放+-vic差模信号输出共模信号输出6.2.1 基本差分式放大电路1. 电路组成及工作原理静态vi1 = vi2 = 0动态仅输入差模信号，大小相等，相位相反。大小相等，信号被放大。相位相反。1. 电路
8、组成及工作原理2. 抑制零点漂移温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，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。2. 抑制零点漂移另一方面由此看出，温度升高时，引起两集电极电流增加，使得流过Re上的电流增加，发射极电位上升，从而限制了集电极电流的增加。这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过 程。所以，即使电电路处处于单单端输输出方式时时，仍有较较强的抑制零漂能力。 3. 主要指标计算（1）差模电压增益接入负载时（双入、双出交流通路）双入、单出以双倍的元器件换 取抑制零漂的能力双入、双出接入负载时3. 主要指标计算（1）
9、差模电压增益单端输入等效于双端输入指标计算与双端输入相 同（2）共模电压增益双端输出共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。所以共模增益单端输出抑制零漂能力增强Rc1Rc2T1T22ro2ro（3）共模抑制比双端输出，理想情况单端输出抑制零漂能力 越强单端输出时的总输出电压（4）频率响应高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。4. 几种方式指标比较输出方式双出单出双出单出4. 几种方式指标比较输出方式双出单出双出单出与共源电路相同6.2.2 FET差分式放大电路1. 电路组成2. 差模增益3. 差模输入电阻作业： 6.1.1 6.1.2 6.1.36.2.2 6.2.3 6.2.7 二
10、.简单的集成电路运算放大器一.集成电路运放内部组成原理框图AV -+NPVO输入级中间级输出级偏 置 电 路Vi1Vi2Vo一.集成电路运放内部组成原理框图级间直接耦合功放电压（流）放大恒流源差分式输入二二. .简单的运算放大器电路简单的运算放大器电路R1R2T1T2T7T8R8T4T3R4R3R7 T9T6T5R6R5VEE+VCCvi1+vi2+ voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREF电路特点电路特点: :V Vidid=V=Vi1i1-V-Vi2i2=0=0V Vo o=0=0R1R2T1T2差分式放大电路T7T8R8镜像电流源电路T4T3R4R3中间级R7 T9电流源T
11、6T5R6R5输出级VEE+VCCvi1+vi2+ voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREFRi2Ro1Ri3Ro21. 1.电路分析电路分析2. 2.电路计算电路计算放大电路的直流计算放大电路总电压增益AV的计算结论:多级放大电路的增益等于各级放大电路的增益之积=AVD AV2 AV3vi2-vi1vo1vo2 vo1vo vo2AV=其中：输入级的电压增益AVD电压放大级的电压增益AV2输出级的电压增益AV3近似为11. 开环差模电压增益 AVO ： 2. 集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无外加反馈时的差模电压增益。通用型集成运放的AVO通常在 左右。2. 共模抑制比
12、KCMR : 等于差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值。3. 差模输入电阻 rid ： 集成运放在输入差模信号时的输入电阻，希望越大越好。4. 输入失调电压VIO VIO = （ VO | Vi = 0）/ AVO，一般约为 （110）mV 5. 输入偏置电流IIB IIB =（IBN + IBP）/ 2，一般为 10nA 1A 6. 输入失调电流IIOIIO =| IBP IBN |，一般约 为 1nA 0.1A 希望 IIO 越小越好，通常 IIB 越小 IIO 也越小。 7.温度漂移（希望越小越好）由输入失调电压和输入失调电流随温度的漂移所引起的，表示为： 输入失调电压温漂 V
13、IO / T：指在规定温度范围内VIO的温度 系数。 输入失调电流温漂 IIO / T：指在规定温度范围内IIO 的温度系数。. 最大差模输入电压Vidmax ：集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。（当输 入电压大于此值时，输入级将损坏）9. 最大共模输入电压Vicmax ：运放所能承受的最大共模输入电压。超过此值，集成运放便不能对 差模信号进行放大。10. 最大输出电流Iomax ：11. 运放所能输出的正向或负向的峰值电流。11. 开环带宽BW（fH）3dB：开环带宽BW又称 3dB 带宽 fH ，是指开环差模电压增益下降3dB 时对应的频率fH。12. 单位增益带宽BWG（f
14、T）：对应于开环电压增益 AVO 频率响应曲线上其增益下降到 AVO = 1 时的频率，即 AVO 为 0dB 时的信号频率 fT。 与晶体管特征频率相 似。13 . 转换速率SR ：放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号） 时，放大电路输出电压对时间的最大变化速率。一般在大信号和高频信号工作时，要求集成运放的SR也就越大。一般，在近似分析中常把集成运放理想化。在理想运放中，把AVO 、KCMR 、rid 、BW、SR视为无穷大；把VIO、IIB 、IIO、VIO/T、IIO/T、ro 视为零.A1vivo103A2vivo105答：两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号？end
15、增加了Re电压增益 输出漂移电压 均为 200 mV输出漂移电压 均为 200 mV输入端漂移电 压为 0.2 mV输入端漂移电 压为 0.002 mVA1不可以， A2可以1. 若在基本差分式放大电路中 增加两个电阻Re（如图所示）。则动态指标将有何变化？答： 双端输出差模增益差模输入电阻单端输出共模增益共模输入电阻增加了Re增加了Re2. 差分式放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系：反相vC1与vi1同相vC2与vi1同相vC1与vi2反相vC2与vi2反相vO与vi1同相vO与vi23. 静态时，两个输入端是否有静态偏置电流？(4)当输出接一12k负载时 的电压增益.解：求:例(1)静态(2)电压增益(3)(4)end
