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1、,6.2 差动放大器,6 模拟集成电路原理及其应用,6.3 集成运算放大器的组成,6.1 直流信号的放大,6.5 理想运放及运放基本组态,6.6 集成运算放大器的应用,* 6.4 集成运算放大器的性能参数和模型,6.8 模拟乘法器,* 6.7 实际集成运放电路的误差分析,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；,引言:,一、集成电路的简述,1. 各元件在同一个芯片上，对称性好。,2.用有源元件代替无源器件,5. 级间采用直接耦合方式,二
2、、模拟集成电路的特点,6. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成；大电容要外接。,4. 采用复合结构的电路,3. 高阻值电阻用三极管代替或外接。,三、BJT在模拟集成电路的特殊应用,b,1、用BJT构成二极管,BJT,若电流源的电流越恒定,ro就越大,可得到高值电阻。,6.1 直流信号的放大,当有用信号ui=0时,会出现零点漂移,零点漂移的抑制须在多级放大电路的最前级（输入级）开始，作为输入级的放大电路应采用差动放大电路。,6.2 差动放大器,一、差动放大器的分类,1、按三极管的形式分为：BJT差动放大器和FET差动放大器；,2、按结构特点分为：基本型差动放大器、长尾型差动放大器和带恒
3、流源型差动放大器；,基本型差动放大器,长尾型差动放大器,带恒流源型差动放大器,双端输入双端输出,双端输入单端输出,单输输入双端输出,单端输入单端输出,3、按输入输出端的接法分为：,带恒流源型差动放大器,以带恒流源型差动放大器为例,1 、差模输入信号 ：,2 、共模输入信号 ：,4、按输入信号可分为：,3 、任意输入信号：,由有用信号决定的输入信号。,ui1=ui2=uic,由温度、干扰等引起的等效输入信号。,可分解为差模输入和共模输入的线性组合,其中：,例如：ui1=10mV,ui2=6mV,解：uic=(ui1+ui2)/2=8mV uid=ui1-ui2=4mV,ui1=mV +mV,ui
4、=mV-mV,则原信号可分解为：,当差模和共模信号同时存在时,可由叠加原理求总输出,、差模电压放大倍数 Aud:,2、共模电压增益 Auc:,二、术语,对放大电路而言，其值越大越好。,对放大电路而言，其值越小越好。,3、共模抑制比KCMRR：,对放大电路而言，其值越大越好。,三、差动放大器的结构特点,由两个结构对称、,特性及参数相同的,单级放大电路组成。,恒流源提供直流偏置。,电路由正电源+C和 负电源-ee供电;,有两个输入端：,同相输入端、反相输入端,同相输入端,反相输入端,带恒流源型差动放大器,以带恒流源型差动放大器为例,四、长尾型差动放大器的分析,（一）、静态分析,直流通路为,（二）、
5、动态分析,1、差模信号的动态分析,差模交流通道,(1)、步骤：原电路,对差模信号,差模交流通路,ue,差模动态分析步骤,差模微变等效电路,差模交流通路,差模交流通道,差模微变等效电路,差模动态分析步骤,差模交流通道,原电路,差模微变等效 电路,原电路,差模交流通道,差模微变等效电路,差模动态分析步骤,(2). 动态值的计算,差模电压放大倍数,差模输入电阻,差模输出电阻,差模电压放大倍数,差模输入电阻,差模输出电阻,差模电压 放大倍数大,a.双端出的情况,b.单端出的情况,差模动态分析步骤,uo1 和 uo2 大小相等， 且相位相反。,负载中点必为零电位。,差模交流通路,差模微变等效电路,原电路
6、,思考：若在T1、 T2的集电极接负载电阻RL，它的差模交流通路、差模微变等效电路、动态值如何？,RL,差模电压放大倍数,差模输入电阻,差模输出电阻,a. 双端出的情况,b. 单端出的情况,差模电压放大倍数,差模输入电阻,差模输出电阻,差模动态分析步骤,2、共模信号的动态分析,共模动态分析步骤,共模交流通道,(1)、步骤：原电路,对共模信号,共模交流通路,ue,共模动态分析步骤,共模交流通道,共模微变等效电路,共模动态值计算,同理：,a.双端输出的情况,b.单端输出的情况,ee越大，共模增益越小，抑制共模信号的能力越强。,（一）、静态分析,电路完全对称，, 算一个管子即可,五、带恒流源型差动放
7、大器的分析,1、差模信号双端输入情况的动态分析,（二）、动态分析,差模交流通道,(1)、步骤：原电路,对差模信号,差模交流通路,差模微变等效电路,差模交流通路,差模交流通道,差模微变等效电路,差模动态分析步骤,差模交流通路,差模微变等效电路,原电路,差模动态分析步骤,2、共模信号双端输入情况的动态分析,共模交流通道,(1)、步骤：原电路,对共模信号,共模交流通路,共模信号交流通路,共模交流通道,共模微变等效电路,共模动态值计算,T1管的共模微变等效电路,共模动态分析步骤,六、共模抑制比,例: Aud=-200 Auc=0.1,KCMRR =,KCMRR (dB) =,(分贝),则 KCMRR=
8、20 lg (-200)/0.1 =66 dB,双端输出时,理想时：,Auc=0,KCMRR ,为衡量差动放大器,放大差模信号，抑制共模信号的能力，引入了,共模抑制比,6. 集成运算放大器的组成（简称：运放）,一、集成运算放大器的基本结构及符号,、基本结构,2、符号,国际标准符号,国内标准符号,同相输入端,反相输入端,-对直流信号、交流信号放大,1、对输入级的要求：尽量减小零点漂移、提高KCMRR （采用差分放大器）；输入阻抗Ri 尽可能大（采用复合 三极管或场效应管）；通频带要宽（采用复合三极管）。,2、对中间级的要求：足够大的电压放大倍数（采用带有源负载的高增益放大器）。,3、对输出级的要
9、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（采用互补功率放 大器）。,二、对集成运放内部各级的要求,4、对直流偏置电流源的要求：提供稳定的几乎不随 温度而变化的偏置电流，以稳定工作点（采用高精度电流源）。,5、对各级之间连接要求：级间采用直接耦合方式。,三、集成运放的类型,1、 通用型 :性能指标适合一般性使用，其特点是电源电 压适应范围广,允许有较大的输入电压等,如CF741等。,还有宽带型、高压型等等。使用时须查阅集成运放手册， 详细了解它们的各种参数，作为使用和选择的依据。,2 、低功耗型: 静态功耗2mW，如XF253等。,3、高精度型:失调电压温度系数在1V
10、左右,能保证 组成的电路对微弱信号检测的准确性,如CF75、CF7650等。,4、高阻型：输入电阻可达1012,如F55系列等。,四、集成运放内部结构举例，以BJTLM741为例,2.偏置电路：T10T11（微电流源）向T3、T4提供基极偏置电流；T8T9（镜像电流源）向T1、T2提供集电极偏置电流；T12T13（镜像电流源）,其中T13的路向输出级中的T14、T15复合管提供偏置电流,B路向中间级的T17提供偏置电流,同时有源负载,提高中间级电压增益, T22T23（镜像电流源）向T21提供集电极偏置电流 。,3.中间级:由T16、T17组成，其中T16 为共集电极放大电路,提高输入电阻,它
11、的基极接受由6传来的有用信号,作为中间级的输入端; T17为共射极放大电路,它的集电极负载为T13B组成的有源负载，可获得很高的电压增益并将放大的信号传到T24组成的缓冲级;通过T24的发射极又将信号传到输出级中的T20的基极,达到阻抗匹配的作用。,4.输出级:由T14、T20组成互补对称OCL功率放大电路;T18、T19向T14、T20的基极间提供偏压,从而消除功率放大电路的交越失真;T15、T21分别作为T14、T20的旁路,限制T14、T20的电流,从而保护功率管T14、T20。 （正电源）（负电源）,1. 输入级： 由T1、T3和T2、T4组成共集-共基复合差分放大电路，提高输入电阻、
12、共模抑制比，改善频率响应，其中T1T2为共集电路、T3T4为共基电路；由T5T7组成高精度电流源，向T3、T4提供集电极偏置电流，同时也作为T4的有源负载，提高输入极电压增益；由T4的集电极将输入信号传输到中间级做进一步的放大。 （同相输入端）（反相输入端）,3,四、 集成运放的外型封装结构,集成运放常见的封装方式是金属封装和双列直插 式塑料封装，如上图所示，金属壳封装有8、10、12管 脚等种类，双列直插式有8、10、12、14、16管脚等种类。,一、理想集成运放的主要参数,1.开环电压放大倍数：Au ；,2.输入电阻：i ；,3.输出电阻：o0 ；,4.通频带宽：BW；,5.共模抑制比：K
13、CMRR 。,. 理想运放及运放基本组态,二、理想运放的特点,.虚短,虚断,0,Au越大，运放的线性范围越小，对于理想运放而言，当反相输入端和同相输入端不等时，输出电压是一个恒定的值，失去放大作用。必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。,例：若UOM=12V，Au=106，则|ui| =12V时，运放处于线性区。,线性 放大区,三、运放的电压传输特性:,uo=f(ui)=f(u+-u-),当ui不等于零时，即当反相输入端的电压 和同相输入端的电压不等时,形成输出电压uo ；,（一）、反相输入放大组态,四、集成运的基本组态, i+= i-=0,放大倍数：,1、反相输入端对地
14、之间无电阻的情况,u+=0,=u-,ii= if,R2 =R1 / Rf,平衡电阻:, i+= i-=0,电压放大倍数：,、反相输入端对地之间有电阻的情况,u+=0,=u-,ii= if(ii=if+in+i3),i3= 0,结论：对反相输入的比例运算电路而言，反相输入端对地之间有无电阻，电压放大倍数都一样,R2 =R1 / R / Rf,平衡电阻:,(二)、同相输入放大组态, i+= i-=0,电压放大倍数：,1、同相输入端对地之间无电阻的情况,u+=ui,=u-,i1= if, i+= i-=0,电压放大倍数：,、同相输入端对地之间有电阻的情况,=u-,i1= if,结论：对同相输入的比例
15、运算电路而言，同相输入端对地之间有无电阻，电压放大倍数不一样。,3、同相输入的比例运算电路的特例-电压跟随器,R1=,Rf=0,由同相输入的比例运算电路电压放大倍数，,可知：当,R1=,、Rf=0时，Au=1,从而可构成电压跟随器。,同相输入的比例运算电路,电压跟随器,特点：, 6.6 集成运算放大器的应用,引言:信号运算电路的分析方法,方法一:利用同相输入和反相输入放大电路的放大倍数公式及叠加原理。,方法二:利用虚短、虚断的概念进行推导。,该法特点：计算量小且快捷，但不能适用于所有的 运放电路。,该法特点：推导、整理较繁琐，但适用于所有的运放 电路。,一、 运放在信号运算的应用,1、减法运算电路,+, 差动放大电路,ui1 、ui2共同作用,ui1 单独共同作用,ui2 单独共同作用,当R1 =R2= R3=R4时，uo= ui2- ui1,减法电路的特例, 差分式放大电路,_差动放大组态,2、加法运算电路,(同相加法运算、反相加法运算电路),（1）、反相加法运算电路,+,ui1 、ui2共同作用,ui1 单独共同作用,ui2 单独共同作用,当R1 =R2= R3时，uo= - (ui1+ ui2),（）、同相加法算运算电路,+,ui1 、ui2共同作用,ui1 单独共同作用,ui2 单独共同作用,当R1 =R2= R3=R4时，uo= ui1+ u
