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1、模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章模拟电子线路模拟电子线路南京邮电大学南京邮电大学模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章第五章第五章集成运算放大电路集成运算放大电路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章第第5章章集成运算放大电路集成运算放大电路5.1集成运算放大电路的特点集成运算放大电路的特点5.2电流源电路电流源电路一、镜像电流源一、镜像电流源(CurrentMirror)二、比例电流源二、比例电流源三、微电流电流源三、微电流电流源(WidlarCurrent)四、威尔逊电流源四、威尔逊
2、电流源5.3以电流源为有源负载的放大电路以电流源为有源负载的放大电路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.4差动放大电路差动放大电路(DifferentialAmplifier)5.4.1零点漂移景象零点漂移景象5.4.2差动放大电路的任务原理及性能分析差动放大电路的任务原理及性能分析一、差模一、差模(Difference-Mode)放大特性放大特性二、共模二、共模(Common-Mode)抑制特性抑制特性三三、共共模模抑抑制制比比KCMR(Common-Mode RejectionRatio)四、对恣意输入信号的放大特性四、对恣意输入信号的放大特性模拟电
3、子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.4.4差动放大电路的大信号分析差动放大电路的大信号分析一、差动放大电路的传输特性一、差动放大电路的传输特性(TransferCharacteristic)二、差动放大电路正常任务的前提条件二、差动放大电路正常任务的前提条件三、差动放大电路作模拟乘法器三、差动放大电路作模拟乘法器5.4.5差动放大器的失调及温漂差动放大器的失调及温漂一、差动放大器的失调一、差动放大器的失调二、失调的温度漂移二、失调的温度漂移(TemperatureDrift)模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.7.1双极
4、型集成运算放大电路双极型集成运算放大电路F0075.5复合管及其放大电路复合管及其放大电路5.6集成运算放大电路的输出级电路集成运算放大电路的输出级电路5.7集成运算放大电路举例集成运算放大电路举例5.7.2CMOS集成运算放大电路集成运算放大电路MC14573模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.8集成运算放大电路的根底运用电路集成运算放大电路的根底运用电路5.8.1集成运放的模型集成运放的模型5.8.2集成运放的主要性能目的集成运放的主要性能目的一、静态参数一、静态参数二、动态参数二、动态参数5.8.3理想集成运算放大电路理想集成运算放大电路一、理想化
5、条件一、理想化条件二、理想运放特性二、理想运放特性模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章第第5章章集成运算放大器电路集成运算放大器电路1了解差分放大电路的组成和任务原理，掌握静了解差分放大电路的组成和任务原理，掌握静态和动态参数的分析方法。态和动态参数的分析方法。2掌握电流源电路的构造、任务原理和分析方法。掌握电流源电路的构造、任务原理和分析方法。3了解典型集成运算放大器的组成及其各部分的了解典型集成运算放大器的组成及其各部分的特点，掌握其电压传输特性和主要参数。特点，掌握其电压传输特性和主要参数。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第
6、五章第五章集成电路：集成电路：60年代开展起来的一种新型器件，把众多年代开展起来的一种新型器件，把众多晶体管、电阻、电容及连线制造在一块半导体芯片晶体管、电阻、电容及连线制造在一块半导体芯片如：硅片上，做成具有特定功能的独立电子线路。如：硅片上，做成具有特定功能的独立电子线路。外型普通用金属圆壳或双列直插构造。外型普通用金属圆壳或双列直插构造。集成电路具有性能好，可靠性高，体积小，集成电路具有性能好，可靠性高，体积小，耗电少，耗电少，本钱低等优点。本钱低等优点。集成运放：是一集成运放：是一种模拟集成电路，早期实现各种数种模拟集成电路，早期实现各种数学运算，主要用于模拟计算机；如今广泛运用于各种
7、学运算，主要用于模拟计算机；如今广泛运用于各种电子系统中，是一种通用型模拟器件。电子系统中，是一种通用型模拟器件。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.1集成运算放大电路的特点集成运算放大电路的特点1.级间只能采用直接耦合方式级间只能采用直接耦合方式(集成工艺不能集成工艺不能制造大电容和电感制造大电容和电感)；2.尽能够采用有源器件替代无源器件尽能够采用有源器件替代无源器件(防止运防止运用大电容、大电阻用大电容、大电阻)；3.利用对称构造改善电路性能利用对称构造改善电路性能(参数一致性
8、好参数一致性好,但单个元器件参数误差较大但单个元器件参数误差较大)。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图5.1.1集成运算放大电路方框图集成运算放大电路方框图差差动动放放大大器器负负载载为为有有源源负负载载的的共共射射放放大大器器射射随随器器或或互互补补 射射 随随 器器电流源电流源输输入入级级中中间间级级输输出出级级偏置电路偏置电路uPuOuN模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.2电流源电路电流源电路IC0IBUCER1R2ICR3UEEICRo(a)晶体管的恒流特性晶体管的恒流特性(b)电流源电路电流源电路(c
9、)等效电流等效电流源表示法源表示法模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图5.2.1镜像电流源镜像电流源一、镜像电流源一、镜像电流源(CurrentMirror)任务电流任务电流参考电流参考电流模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章可见，只需可见，只需UCC和和R确定，确定，Ir就确定了，就确定了，IC2也随之确定。也随之确定。常将常将IC2看作看作Ir的镜像，的镜像，所以称图所以称图5.2.1a为镜像电流源。为镜像电流源。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图5.2.2多路镜像电流源多
10、路镜像电流源图中为三路电流源图中为三路电流源模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章V5管是为了提高各路电流的精度而设置的。管是为了提高各路电流的精度而设置的。假设将假设将V5管的基极和发射极短路，那么管的基极和发射极短路，那么加了加了V5管后，管后，此时此时 5.2.3模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章因因容易容易满足，所以各路足，所以各路电流更接近流更接近Ir，并且受并且受 温度的影响也小。温度的影响也小。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章IrRrIC1IC2UCCIC3RrIrIC
11、2IC3V3V2V1UCC图图5.2.3多集电极晶体管镜像电流源多集电极晶体管镜像电流源(a)三集电极横向三集电极横向PNP管电路管电路(b)等价电路等价电路集成电路中多路镜像电流源的实现集成电路中多路镜像电流源的实现模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章二、比例电流源二、比例电流源图图5.2.4比例电流源比例电流源根据晶体管发射结电压根据晶体管发射结电压与发射极电流的与发射极电流的近似关系可得近似关系可得V1与与V2的特性一样，那么的特性一样，那么模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章室温下，当两管的射极电流相差室温下，当两
12、管的射极电流相差10倍时：倍时：假假 设设 2， 那那 么么 IE1Ir,IE2IC2仅为此时两管仅为此时两管UBE电压电压(600mV)的的10%。因此，。因此，UBE1UBE2。与典型的静态任务点稳定电路一样，与典型的静态任务点稳定电路一样，R1和和R2是电流负反响电是电流负反响电阻，因此，与镜像电流源比较，比例电流源的输出电流阻，因此，与镜像电流源比较，比例电流源的输出电流IC2具具有更高的温度稳定性。有更高的温度稳定性。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章三、微电流电流源三、微电流电流源(WidlarCurrent)RrIrIC2V2V1UCCR2图
13、图5.2.5微电流电流源微电流电流源当当 12时时 ，IE1Ir,IE2IC2知知Ir=1mA,要求要求IC2=10A时时模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章四、威尔逊电流源四、威尔逊电流源图图5.2.6威尔逊电流源威尔逊电流源模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章假设三管特性一样，那么假设三管特性一样，那么1=2=3=,利利用用交交流流等等效效电电路路可可求求出出威威尔尔逊逊电电流流源的动态内阻源的动态内阻Ro较大的动态内阻；较大的动态内阻；输出电流受输出电流受的影响也大大减小的影响也大大减小优点优点模拟电子线路模拟电子线
14、路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.3以电流源为有源负载的放大电路以电流源为有源负载的放大电路UCCV3V2uoV1uiRr图图5.3.1有源负载共射放大电路有源负载共射放大电路(a)电路电路UCCuoV1uiIorce3(b)以电流源表示的等效电路以电流源表示的等效电路V1为放大管，为放大管，V2与与V3构成的构成的镜像电流源是镜像电流源是V1的有源负载的有源负载。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(c)交流小信号等效电路交流小信号等效电路图图5.3.1有源负载共射放大电路有源负载共射放大电路在共射在共射(共源共源)放大电路中，为了提高
15、电压放大倍数的数值，放大电路中，为了提高电压放大倍数的数值，行之有效的方法是增大集电极电阻行之有效的方法是增大集电极电阻RC(或漏极电阻或漏极电阻RD)，但为了维持晶体管但为了维持晶体管(场效应管场效应管)的静态电流不变，在增大的静态电流不变，在增大RC(或或RD)的同时必需提高电源电压。的同时必需提高电源电压。rce3交流输出电阻交流输出电阻ro=rce3，有源负，有源负载为载为V1管提供了管提供了很大的集电极电阻。很大的集电极电阻。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章当电源电压增大到一定程度时，电路的设计就当电源电压增大到一定程度时，电路的设计就变得不合
16、理了。变得不合理了。在集成运放中，常用电流源电路取代RC(或RD)，这样在电源电压不变的情况下，既可获得适宜的静态电流，对于交流信号，又可得到很大的等效RC(或RD)。由于晶体管和场效应管是有源元件，而上述电路中又以它们作为负载，故称为有源负载。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章当当 2时，时，ICQ1=IC3=Ir，可见，电路并不需求很高的，可见，电路并不需求很高的电源电压，只需电源电压，只需UCC和和Rr配合就可设置适宜的集电极电配合就可设置适宜的集电极电流流ICQ1。当然，。当然，V1管子的基极偏置电路必需保证管子的基极偏置电路必需保证IBQ1=IC
17、Q1/ ，而不应与镜像电流源提供的，而不应与镜像电流源提供的IC3产生冲突。产生冲突。还该当留意的是，当输出端接上负载电阻还该当留意的是，当输出端接上负载电阻RL时，时，IC2将将被分流一部分，使得被分流一部分，使得ICQ1发生改动。图发生改动。图a所示的交流所示的交流小信号等效电路如图小信号等效电路如图c所示。当电路接有负载所示。当电路接有负载RL时，时，电路的电压放大倍数为电路的电压放大倍数为假设实践负载假设实践负载RL经过射随器隔离后接入，那么该放大经过射随器隔离后接入，那么该放大电路可获得极高的电压放大倍数。电路可获得极高的电压放大倍数。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路
18、第五章第五章第五章第五章5.4差动放大电路差动放大电路(DifferentialAmplifier)5.4.1零点漂移景象零点漂移景象1.静态时，由于温度变化，电源动摇等要素的影静态时，由于温度变化，电源动摇等要素的影响，会使任务点电压响，会使任务点电压(即集电极电位即集电极电位)偏离设定值偏离设定值而缓慢地上下飘动。而缓慢地上下飘动。2.在阻容耦合电路中，由于耦合电容的存在，在阻容耦合电路中，由于耦合电容的存在，输输入级任务点的缓飘很难传到下一入级任务点的缓飘很难传到下一级去，级去，因此可因此可忽略它的影响。但对直接耦合放大电路，这种飘忽略它的影响。但对直接耦合放大电路，这种飘动会逐级放大，
19、会使后级放大器进入截止和饱和，动会逐级放大，会使后级放大器进入截止和饱和，这样整个电路将无法正常任务。这样整个电路将无法正常任务。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章3.差动放大器电路能有效地抑制零点漂移。差动放大器电路能有效地抑制零点漂移。等效输入等效输入漂移电压漂移电压输出漂输出漂移电压移电压等效输入漂移电压限制等效输入漂移电压限制了放大器所能放大的最了放大器所能放大的最小信号。小信号。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.4.2差动放大电路的任务原理及性能分析差动放大电路的任务原理及性能分析一、电路构成原理一、电路
20、构成原理对于图对于图5.4.2所示的共射放大电路，当所示的共射放大电路，当ui=0时，由于时，由于温度等环境的改动，使输出端温度等环境的改动，使输出端uo发生缓慢变化。虽发生缓慢变化。虽然引入了射极电阻然引入了射极电阻RE，起到了稳定任务点的作用，起到了稳定任务点的作用，但不能彻底改善零点漂移景象。由于负反响的调整但不能彻底改善零点漂移景象。由于负反响的调整完成后，由于温度改动，管子的特性曲线改动，输完成后，由于温度改动，管子的特性曲线改动，输出电压出电压uo与先前值不能够完全一样，因此零点漂移与先前值不能够完全一样，因此零点漂移景象依然存在。景象依然存在。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路
21、模拟电子线路第五章第五章第五章第五章RERBUBB+UCCRCuiuoV+-+-(a)RERBUBB+UCCRCuiuoV+-+-(b)U图图5.4.2差动放大电路的构成差动放大电路的构成想象添加一个受温度控制的直流电源想象添加一个受温度控制的直流电源U作补偿电路，让输出电作补偿电路，让输出电压压uo负相端取自负相端取自U的正相端，如图的正相端，如图b所示。假设直流电源所示。假设直流电源U可以随着可以随着UCQ漂移电压的改动做一样的变化，那么输出电压漂移电压的改动做一样的变化，那么输出电压uo就只需输入电压就只需输入电压ui的作用了。的作用了。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第
22、五章第五章第五章第五章(c(c) )RE1RB2UBB+UCCRC1ui1uoV1+- -+- -RC2V2RB1RE2UBBui2+- -(d(d) )RERB2-UEE+UCCRC1ui1uoV1+- -+- -RC2V2RB1ui2+- -IL1IL2图图5.4.2差动放大电路的构成差动放大电路的构成惋惜的是，这种方惋惜的是，这种方法实施起来比较困法实施起来比较困难，由于很难找到难，由于很难找到可以满足条件的直可以满足条件的直流电源流电源U，让它可以，让它可以不断跟踪不断跟踪UCQ的变的变化。但顺着这个思化。但顺着这个思绪，我们可以想到绪，我们可以想到补偿电路最好的选补偿电路最好的选择就
23、是复制一个完择就是复制一个完全一样的放大电路，全一样的放大电路，如图如图(c)所示，这就所示，这就是差动电路的雏形。是差动电路的雏形。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图5.4.2c中，两边电路参数完全一样，管子中，两边电路参数完全一样，管子特性完全一样，那么两支管子的集电极静态电位在特性完全一样，那么两支管子的集电极静态电位在温度、电源变化时，也将时时相等，电路以两支管温度、电源变化时，也将时时相等，电路以两支管子集电极电位差作输出，就抑制了零漂景象。子集电极电位差作输出，就抑制了零漂景象。为了加强对有用信号的放大才干，将为了加强对有用信号的放大才干，
24、将RE1和和RE2合二为一，成为一个电阻合二为一，成为一个电阻RE缘由将在后续内容缘由将在后续内容引见；同时，为了让电源可以与信号源引见；同时，为了让电源可以与信号源“共地，共地，差动放大电路改成双向电源，如图差动放大电路改成双向电源，如图d所示。由所示。由于图于图d电路拖了一个长尾巴，因此称为电路拖了一个长尾巴，因此称为“长尾长尾式差动电路。可见，差动放大电路是由典型的任式差动电路。可见，差动放大电路是由典型的任务点稳定电路一步一步演化而来的。务点稳定电路一步一步演化而来的。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(d)(d)RERB2-UEE+UCCRC1u
25、i1uoV1+- -+- -RC2V2RB1ui2+- -IL1IL2为了让电源可以与信号源为了让电源可以与信号源“共地，差动放大电路改成共地，差动放大电路改成双向电源，如图双向电源，如图d所示。所示。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章二、差动放大电路的静态分析二、差动放大电路的静态分析图图5.4.3长尾式差动放大电路长尾式差动放大电路当当Ui1=Ui2=0时时那那么么流流过过RE的的电电流流I为为故有故有V1和和V2管的特性参数一样管的特性参数一样UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoI模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电
26、子线路第五章第五章第五章第五章差动放大电路差动放大电路静态时，差动放大静态时，差动放大电路两输出端之间电路两输出端之间的直流电压为零。的直流电压为零。Uo= UC1Q-UC2Q=0 UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoI双端输出双端输出模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章为了便于差动放大电路输出为了便于差动放大电路输出直接连到下一级放大，有时直接连到下一级放大，有时输出端仅由一端取出，这种输出端仅由一端取出，这种输出方式称为单端输出。如输出方式称为单端输出。如图图5.4.3b所示。所示。(b)(b)单端输出单端输出REUC2-UE
27、E+UCCRCui1RLUo+- -RC2ICQ1ui2IRcIRLUC1V1V2输出端可以取自输出端可以取自UC1，也可，也可以取自以取自UC2。静态时，虽然。静态时，虽然由于输入回路参数对称，使由于输入回路参数对称，使静态电流静态电流IBQ1=IBQ2，从而，从而ICQ1=ICQ2，由于输出回路的不对称性，使得两管由于输出回路的不对称性，使得两管UCEQ各不一样各不一样此时此时UCEQ2UCC+0.7ICQ1RC与双端输出时一样。与双端输出时一样。单端输出单端输出当当Ui1=Ui2=0时时模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章对于对于UCEQ1，求解较复杂
28、。首先由节点，求解较复杂。首先由节点UC1，根据流，根据流入节点电流等于流出节点电流列方程：入节点电流等于流出节点电流列方程：即：即：可以求出可以求出UC1Q，那么，那么，UCEQ1UC1Q+0.7以上为差动电路的静态分析，下面讨论参与输入以上为差动电路的静态分析，下面讨论参与输入信号信号Ui1和和Ui2时，差动放大电路的动态特性。时，差动放大电路的动态特性。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章三、差动放大电路的动态分析三、差动放大电路的动态分析为了简化动态分析过程，我们先让为了简化动态分析过程，我们先让Ui1和和Ui2(交流信交流信号用有效值表示号用有效值
29、表示)输入两种特殊的信号：输入两种特殊的信号：所谓共模信号是指所谓共模信号是指Ui1和和Ui2所加的信号大小相等极性所加的信号大小相等极性一样。由于电路参数对称，一样。由于电路参数对称，V1管和管和V2管所产生的基管所产生的基极变化电流相等极变化电流相等Ib1=Ib2，同时，同时Ic1=Ic2；因此集电极电位的变化也相等，即因此集电极电位的变化也相等，即Uc1=Uc2。由于输。由于输出电压取自两个集电极电位差，所以输出电压出电压取自两个集电极电位差，所以输出电压Uo=0。这阐明差动放大电路对共模信号有很强的抑制造用，这阐明差动放大电路对共模信号有很强的抑制造用，假设两边电路参数理想对称，那么共
30、模输出电压为零。假设两边电路参数理想对称，那么共模输出电压为零。共模信号共模信号模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章当当Ui1和和Ui2所加信号为大小相等极性相反的信号所加信号为大小相等极性相反的信号时，称为差模信号，这时一管的集电极电流增大，时，称为差模信号，这时一管的集电极电流增大，另一管的集电极电流减小，且增大量和减小量时另一管的集电极电流减小，且增大量和减小量时时相等，即时相等，即Uc1=Uc2，这时得到的输出电压，这时得到的输出电压Uo=Uc1Uc2=2 Uc1，从而实现电压放大。，从而实现电压放大。可见，差动电路对差模信号具有放大才干。可见，差动
31、电路对差模信号具有放大才干。差模信号差模信号模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章由于电路参数的理想对称，温度、电源等变化对两由于电路参数的理想对称，温度、电源等变化对两管完全一样，故零点漂移信号折算到输入端可以等管完全一样，故零点漂移信号折算到输入端可以等效成共模信号，差动放大电路对共模信号有很强的效成共模信号，差动放大电路对共模信号有很强的抑制造用。抑制造用。由于差动电路对差模信号有较强的放大作用，因此，由于差动电路对差模信号有较强的放大作用，因此，需求放大的有用信号可以经过差模信号的方式输入。需求放大的有用信号可以经过差模信号的方式输入。下面我们讨论共模
32、抑制和差模放大的各项性能目的。下面我们讨论共模抑制和差模放大的各项性能目的。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章1、共模、共模(Common-Mode)抑制特性抑制特性首先分析在共模信号下电路的等效通路。假设在差动放大首先分析在共模信号下电路的等效通路。假设在差动放大电路的两个输入端加上一对大小相等、极性一样的共模信电路的两个输入端加上一对大小相等、极性一样的共模信号，即号，即Ui1=Ui2=Uic，此时两管的射极将产生一样的变化，此时两管的射极将产生一样的变化电流电流Ie，使得流过，使得流过RE的变化电流为的变化电流为2Ie，从而引起两管射，从而引起两管射
33、极电位有极电位有2REIe的变化。的变化。因此，从电压等效的观念看，相当每管的射极各接有因此，从电压等效的观念看，相当每管的射极各接有2RE的电阻。在输出端，由于共模输入信号引起两管集电极的的电阻。在输出端，由于共模输入信号引起两管集电极的电位变化完全一样，所以流过负载电位变化完全一样，所以流过负载RL上的电流为零，相上的电流为零，相当于当于RL开路。经过上述分析，图开路。经过上述分析，图5.4.3电路的共模等效通电路的共模等效通路如图路如图5.4.4所示。所示。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章RLREUEEV1V2Iic1Iic2Ic1Ic2RE上有静
34、态电压上有静态电压和交流信号电压和交流信号电压Uoc2UCEQ2Uic0VUicUCCRCuoRCUoc1UCEQ1Iic模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图5.4.4长尾式差动电路的共模等效通路长尾式差动电路的共模等效通路RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2REIic1Iic2Ic1Ic2Iic模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(1).共模电压放大倍数共模电压放大倍数双端输出时双端输出时RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2REIic1Iic2Ic1Ic2Iic当电路完全对称时，当电路
35、完全对称时，Uoc1=Uoc2，所以共模电压放大倍数为零，所以共模电压放大倍数为零，即即Auc=0。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章单端输出时单端输出时(1).共模电压放大倍数共模电压放大倍数RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2REIic1Iic2Ic1Ic2Iic模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(2).共模输入电阻共模输入电阻RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2REIic1Iic2Ic1Ic2Iic注：注：模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(3
36、).共模输出电阻共模输出电阻单端输出时单端输出时RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2REIic1Iic2Ic1Ic2Iic双端输出时双端输出时模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(4).单端输出时的共模目的单端输出时的共模目的单端输出时共模电压增益不为零，故常对单端输出单端输出时共模电压增益不为零，故常对单端输出电路进展共模特性分析。下面我们以输出取自电路进展共模特性分析。下面我们以输出取自V1管管集电极的单端输出电路为例分析共模目的，结论同集电极的单端输出电路为例分析共模目的，结论同样适用于输出取自样适用于输出取自V2管集电极的情况。管集电
37、极的情况。图图5.4.5为共模等效通路为共模等效通路图图5.4.5单端输出差动放大电路的共模等效通路单端输出差动放大电路的共模等效通路2REUOC2RCUiCRLUoC+- -RCIC1QUOC1V1V22RE模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章此时的共模电压放大倍数为此时的共模电压放大倍数为在实践电路中，均满足在实践电路中，均满足RE(RC/RL)，故，故可见，在单端输出时，由于射极电阻可见，在单端输出时，由于射极电阻2RE对共模对共模信号的负反响作用，抑制每虽然子集电极电流的信号的负反响作用，抑制每虽然子集电极电流的变化，从而抑制集电极电位的变化，使得单
38、端输变化，从而抑制集电极电位的变化，使得单端输出时放大电路对共模信号也起到了抑制造用。共出时放大电路对共模信号也起到了抑制造用。共模负反响电阻模负反响电阻RE越大，那么抑制造用越强。越大，那么抑制造用越强。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章输出端的改动对输入电阻没有影响，因此单端输出端的改动对输入电阻没有影响，因此单端输出时的输入电阻依然为输出时的输入电阻依然为单端输出时的输出电阻为单端输出时的输出电阻为Roc(单单)=RC模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章2、差模、差模(Difference-Mode)特性分析特性分
39、析假设在图假设在图5.4.3差动电路的两个输入端加上一对大小相等、极差动电路的两个输入端加上一对大小相等、极性相反的差模信号，即性相反的差模信号，即Ui1=Uid1，Ui2=Uid2，且，且Uid1=Uid2，其中下标，其中下标d是英文字母是英文字母differential的字头。由于的字头。由于Ie1=Ie2，流过，流过RE的信号电流一直为零，公共射极端电位将坚持的信号电流一直为零，公共射极端电位将坚持不变，所以对差模信号而言，公共射极端可视为差模地端，不变，所以对差模信号而言，公共射极端可视为差模地端，即即RE相当于对地短路相当于对地短路(正是由于正是由于RE对差模信号短路，才使得对差模信
40、号短路，才使得差模信号放大倍数增大，这就解释了差动电路构成过程中将差模信号放大倍数增大，这就解释了差动电路构成过程中将RE1和和RE2合并成为一个电阻合并成为一个电阻RE的缘由。假设不合并，由于的缘由。假设不合并，由于RE1和和RE2的存在，会使电路的电压放大才干变差的存在，会使电路的电压放大才干变差)。另外，。另外，由于输入差模信号，两管输出端电位变化时，一端升高，另由于输入差模信号，两管输出端电位变化时，一端升高，另一端那么降低，且升高量等于降低量。一端那么降低，且升高量等于降低量。因此双端输出时，负载电阻因此双端输出时，负载电阻RL的中点电位将坚持不变，的中点电位将坚持不变，也可视为差模
41、地端。也可视为差模地端。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章UCCRCRLRCREUEEV1V2uoUid1Uid2Iid1Iid2RE上只需静态电压，上只需静态电压，无交流信号电压无交流信号电压0V0VUid1Uid2Uod1UCEQ1Uod2UCEQ2模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图5.4.6长尾式差动放大电路的差模等效电路长尾式差动放大电路的差模等效电路Uod1Uod2RL2RL2V2V1Uid1Uid2UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五
42、章第五章第五章双端输出浮动输出时双端输出浮动输出时(1).差模电压放大倍数差模电压放大倍数Uod1Uod2RL2RL2V2V1Uid1Uid2UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章单端输出时单端输出时(1).差模电压放大倍数差模电压放大倍数Uod1RLV2V1Uid1Uid2UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2负载负载RL 情况下情况下或或模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章可见，可见，这时的差模电压放大倍数为半边共射放大电路这时的差模电压放大倍数为半边共射放大电路
43、的电压放大倍数的一半，的电压放大倍数的一半，且两输出端信号的相位相反。且两输出端信号的相位相反。单端输出时单端输出时模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(2).差模输入电阻差模输入电阻(InputDifferentialResistance)注：注：Uod1Uod2RL2RL2V2V1Uid1Uid2UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2Iid模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(3).差模输出电阻差模输出电阻(OutputDifferentialResistance)Uod1Uod2RL2RL2V2V1Uid1
44、Uid2UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2单端输出时为单端输出时为双端输出时为双端输出时为模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章3、 共共 模模 抑抑 制制 比比 KCMR(Common-Mode RejectionRatio)为了衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共为了衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共模信号的抑制才干，我们引入共模抑制比模信号的抑制才干，我们引入共模抑制比KCMR。它定义为差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝它定义为差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值，即对值，即它的对数表示式为它的对数表示式为模拟电子线路模拟电子线路模
45、拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章KCMR本质上是反映实践差动电路的对称性。在本质上是反映实践差动电路的对称性。在双端输出理想对称的情况下，因双端输出理想对称的情况下，因Auc=0，所以，所以KCMR趋于无穷大。但实践的差动电路不能够完趋于无穷大。但实践的差动电路不能够完全对称，因此全对称，因此KCMR为一有限值。为了定量计算，为一有限值。为了定量计算，通常计算单端输出时的通常计算单端输出时的KCMR。根据式。根据式5.4.11和和5.4.14，设负载，设负载RL开路，可得开路，可得模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章4、对恣意输入信号下的动态特
46、性、对恣意输入信号下的动态特性+=0V模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(1).恣意输入信号的分解及输入电压恣意输入信号的分解及输入电压模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo图图5.4.7将两个恣意信号转换成差模和共模输入信号将两个恣意信号转换成差模和共模输入信号模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(2).恣意输入信号作用下，输出电压的计算恣意输入信号作用下，输出电压的计算双端输出时的电路图双端输出时的电路图UCCRCUC2
47、RLRCUC1Ui1Ui2RE UEEV1V2Uo根据叠加原理，输出电压应为共模输出电压根据叠加原理，输出电压应为共模输出电压Uod和差模输和差模输出电压出电压Uoc之和，即之和，即Uo=Uod+Uoc。当双端输出时，由于。当双端输出时，由于Auc=0，故有，故有模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章单端输出时的电路图单端输出时的电路图UCCRCRLRCUC1Ui1Ui2RE UEEV1V2Uo单端输出时，当共模抑制比足够高，即满足单端输出时，当共模抑制比足够高，即满足AudAuc(单单)时，那么有时，那么有模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五
48、章第五章第五章第五章如两端都不接地，这种接法称为双端输入；如两端都不接地，这种接法称为双端输入；如信号源一端接地，这种接法称为单端输入。如信号源一端接地，这种接法称为单端输入。UCCRCUC2RLRCUC1UiREUEEV1V2Uo(3).关于只需一路信号源接入差动放大器关于只需一路信号源接入差动放大器UCCRCUC2RLRCUC1UiREUEEV1V2Uo模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图5.4.3所示电路，两输入端均未接地，称为双端输入。所示电路，两输入端均未接地，称为双端输入。在实践运用时，为了防止干扰，常将两个输入端一端接地，信号在实践运用时，
49、为了防止干扰，常将两个输入端一端接地，信号源加在另一端和地之间，如图源加在另一端和地之间，如图5.4.8所示，这种接法称为单端输入。所示，这种接法称为单端输入。此时差模信号为此时差模信号为Ui，共模信号为共模信号为Ui/2。无论是双端输入还是单端输入，差动放大电路只放大两输入端无论是双端输入还是单端输入，差动放大电路只放大两输入端之差，而抑制共模信号。之差，而抑制共模信号。综上所述，根据输入、输出端的接法不同，共有四种差综上所述，根据输入、输出端的接法不同，共有四种差放方式：放方式：1单端入，单端出；单端入，单端出；2双端入，双端出；双端入，双端出；3单端入，双端出；单端入，双端出；4双端入，
50、单端出。双端入，单端出。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章差放特性可以总结如下几点结论：差放特性可以总结如下几点结论：差动放大电路的性能只与输出端的接法有关，与输入端的接法差动放大电路的性能只与输出端的接法有关，与输入端的接法无关；无关；双端输出的差模电压放大倍数等于半边差模等效电路的电压放双端输出的差模电压放大倍数等于半边差模等效电路的电压放大倍数，即与单管共射放大电路一样。单端输出差模电压放大大倍数，即与单管共射放大电路一样。单端输出差模电压放大倍数仅是半边差模等效电路电压放大倍数的一半；倍数仅是半边差模等效电路电压放大倍数的一半；双端输出的输出电阻为
51、双端输出的输出电阻为2RC，单端的输出电阻仅是双端输出的，单端的输出电阻仅是双端输出的一半；一半；无论是双端输入还是单端输入，差模输入电阻均等于半边差模无论是双端输入还是单端输入，差模输入电阻均等于半边差模等效电路输入电阻的两倍。共模输入电阻远大于差模输入电阻。等效电路输入电阻的两倍。共模输入电阻远大于差模输入电阻。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.4.3具有电流源的差动放大电路具有电流源的差动放大电路在差在差动放大放大电路中，特路中，特别是在是在单端端输出出电路中，我路中，我们希望希望发射极射极电阻阻RE的阻的阻值越大越好，越大越好，这样可以有可以有
52、效地抑制任效地抑制任务点漂移，提高共模抑制比。但是，由点漂移，提高共模抑制比。但是，由于于电路的构造，路的构造，RE的增大是有限的。的增大是有限的。缘由主要有两由主要有两个：个：一是假一是假设坚持持电源源电压UEE不不变，增大，增大RE势必必减小流减小流过RE的的电流流I，使每管的静，使每管的静态集集电极极电流流IEQ减小，减小，这样增大，引起增大，引起rberbe增大，最增大，最终呵斥差模增益呵斥差模增益的下降。的下降。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图5.4.3所示的根本差动放大器，存在两个缺陷：所示的根本差动放大器，存在两个缺陷：假设假设UEE=
53、15V，那么室温下，那么室温下，KCMR(单单)的的上限约为上限约为300，而与，而与RE的取值无关。的取值无关。1.共模抑制比做不高共模抑制比做不高模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章二是假设增大二是假设增大RE，而坚持电流，而坚持电流I不变，那么会呵斥不变，那么会呵斥电源电源UEE过大。过大。设晶体管发射极静态电流为设晶体管发射极静态电流为0.5mA，那么电流，那么电流I为为1mA。当。当RE为为10k时，电源时，电源UEE的值约为的值约为10.7V。在同样的静态任务电流下，假设。在同样的静态任务电流下，假设RE为为100k，那么，那么UEE=100.7
54、V，这显然是不现实，这显然是不现实的。的。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章2.不允许输入端有较大的共模电压变化。不允许输入端有较大的共模电压变化。公共射极电位变化公共射极电位变化差放管的静态任务电流变化差放管的静态任务电流变化rbe改改动动模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章RCRCUi1V1V2UoUi2 UEEIUCCRCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC图图5.4.9具有电流源的差动放大电路具有电流源的差动放大电路(a)用单管电流源替代用单管电流源替代RE的差动电路的差
55、动电路(b)电路的简化表示电路的简化表示恒流源恒流源改良方法：用单管电流源替代改良方法：用单管电流源替代RE。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章静态任务点的估算：静态任务点的估算：RCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章1.共模抑制比可做的非常高；共模抑制比可做的非常高；2.允许输入端有较大的共模电压变化。允许输入端有较大的共模电压变化。Auc0、Auc单单0KCMR、 KCMR单高单高电流源的输出电阻非常大电流源的输出电阻非常大rbe几乎不变
56、几乎不变模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.4.4差动放大电路的大信号分析差动放大电路的大信号分析图图5.4.11具有电流源的差动放大电路具有电流源的差动放大电路RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC1一、差动放大电路的传输特性一、差动放大电路的传输特性(TransferCharacteristic)在大信号范围下，输出电流在大信号范围下，输出电流(电电压压)与输入与输入uid的关系。的关系。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章RCR
57、CuidV1V2uoUEEIUCCiC2iC1模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(a)电流传输特性曲线电流传输特性曲线iC1, ,iC2IiC1iC2iC1iC26UT/4UT2UT02UT4UT6UTuidQI2图图5.4.12差动放大电路的传输特性曲线差动放大电路的传输特性曲线1.两管集电极电流之和恒等于两管集电极电流之和恒等于I2.传输特性具有非线性特性传输特性具有非线性特性3.在静态任务点附近，当在静态任务点附近，当|uid|UT，即室温下，即室温下，uid在在26mV以内时，以内时，传输特性近似为一段直线。传输特性近似为一段直线。4.当当|uid
58、|4UT,即即uid超越超越100mV时，传输特性明显时，传输特性明显弯曲，而后趋于程度。弯曲，而后趋于程度。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图5.4.12差动放大电路的传输特性曲线差动放大电路的传输特性曲线(b)电压传输特性曲线电压传输特性曲线uoIRC6UT/4UT2UT02UT4UT6UTuid IRC模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章二、差动放大电路正常任务的前提条件二、差动放大电路正常任务的前提条件1.差放电路输入电压的幅值差放电路输入电压的幅值是有限的是有限的RCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc U
59、EEV3UB3R1R2R3Ui2UCC差模输入电压差模输入电压差模输入电压受晶体管发射结反差模输入电压受晶体管发射结反向击穿电压的限制向击穿电压的限制假设假设V2管基极电位固定，管基极电位固定，V1加加较高正电压，较高正电压，V1发射极电位跟发射极电位跟随，致使随，致使V2发射结反偏。发射结反偏。假设反偏电压超越击穿电压，假设反偏电压超越击穿电压，将使将使PN结击穿，所以差模输入结击穿，所以差模输入电压范围不能超越发射结的反电压范围不能超越发射结的反向击穿电压。向击穿电压。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章共模输入电压共模输入电压共模输入电压所受的限制共模
60、输入电压所受的限制当共模输入电压为正，且超越差分对管的集电极电压时，那当共模输入电压为正，且超越差分对管的集电极电压时，那么差分对管进入饱和区；么差分对管进入饱和区；当共模输入电压为负，且负电压低于电流源晶体管的基极电当共模输入电压为负，且负电压低于电流源晶体管的基极电位，电流管进入饱和区。即共模输入电压应满足位，电流管进入饱和区。即共模输入电压应满足2.电流源电流电流源电流I小于差放管的集电极临界饱和电流小于差放管的集电极临界饱和电流ICS(临界临界)模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章两差放管的静两差放管的静态任任务点点应该设置在交流置在交流负载线由于差
61、放由于差放电路是路是直接耦合，交、直流直接耦合，交、直流负载线重合中点偏低的位置，即重合中点偏低的位置，即ICQIEQICS(临界界)/2，其中，其中ICS(临界界)为差放管集差放管集电极极临界界饱和和电流。流。或者或者说电流源流源电流流I=2IEQ应该小于差放管的小于差放管的ICS(临界界)。由于，随着差模信号的增大，一个管子的由于，随着差模信号的增大，一个管子的Q点点顺着着负载线向截止向截止区方向挪区方向挪动，另一管以同另一管以同样的速度向的速度向饱和区方向挪和区方向挪动，任，任务点偏向截止区，就点偏向截止区，就会使一个管子首先会使一个管子首先进入截止区，其集入截止区，其集电极极电流流为零
62、，另一管的集零，另一管的集电极极电流那么固定流那么固定为I。假假设任任务点偏高，就会有一个管子先点偏高，就会有一个管子先进入入饱和区，在和区，在饱和区，关和区，关系式系式不成立，此不成立，此时两集两集电极极电流之和就不等于流之和就不等于I，上述，上述结论也就也就不成立了。不成立了。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章三、差动放大电路作模拟乘法器三、差动放大电路作模拟乘法器RCRCuidV1V2uoUEEIUCCiC2iC1假设假设那么那么假设假设那么那么电路图见书电路图见书P.131，图，图5.4.15模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第
63、五章第五章第五章5.4.5差动放大器的失调及温漂差动放大器的失调及温漂一、差动放大器的失调一、差动放大器的失调当输入信号为零时，由于两晶体管参数和电阻值当输入信号为零时，由于两晶体管参数和电阻值不能够做到完全对称，因此使得输出不为零。这不能够做到完全对称，因此使得输出不为零。这种景象，称为差动放大器的失调。种景象，称为差动放大器的失调。与失调有关的详细要素：与失调有关的详细要素：模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章实践实践差分差分放大放大器器RSRS+-UOOS(a)无失无失调差调差分放分放大器大器RSRS+-UOOS(b)+-UIOS图图1实践差动电路的失
64、调电压和失调电流实践差动电路的失调电压和失调电流总输入失调电压总输入失调电压-总输出失调电总输出失调电压压-差模源电压增差模源电压增益益模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章UOOSRSRS+-(c实践差分放大器实践差分放大器+-UIO无无失失调调差差分分放放大大器器图图1实践差动电路的失调电压和失调电流实践差动电路的失调电压和失调电流IIO ：RS很大并接近开很大并接近开路时的输入失调参数；路时的输入失调参数；UIO ：RS为为0时的输入时的输入失调参数；失调参数；IIO 、UIO ：差分放：差分放大器的固有参数。大器的固有参数。利用戴维南等效定理可得利用戴
65、维南等效定理可得a、b两点间开路电压两点间开路电压ba模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章图图2实践差分放大器加补偿电压、补偿电流表示图实践差分放大器加补偿电压、补偿电流表示图RSRS+-+-UIO无无失失调调差差分分放放大大器器IIO2IIO2UIOIB1IBIBIB2补偿电流补偿电流补偿电压补偿电压失调电压失调电压(OffsetVoltage)失调电流失调电流模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章RC RCRCUiV1V2UoUEEIUCCIB2IIO2IIO2UIOIB1图图3差动电路的失调电压和失调电流差动电路的失调
66、电压和失调电流补偿电压补偿电压补偿电流补偿电流RSRSIBIB模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章RC RCRCV1V2UoUEEIUCCIB2UIOIB1图图4求差动电路的失调电压求差动电路的失调电压补偿电压补偿电压模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章RC RCRCUiV1V2UoUEEIUCCIB2IIO2IIO2IB1图图5求差动电路的失调电流求差动电路的失调电流补偿电流补偿电流RSRSIBIB模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章RC RCRCUiV1V2UoUEEIUCCIB2I
67、IO2IIO2IB1图图5求差动电路的失调电流求差动电路的失调电流补偿电流补偿电流RSRSIBIB模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章RCRCV1V2Uo UEEIUCCRWRSRSRCV1V2Uo UEEIUCCRWRSRSRC图图5.4.17差动放大器的调零电路差动放大器的调零电路(a)射极调零射极调零(b)集电极调零集电极调零模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章二、失调的温度漂移二、失调的温度漂移(TemperatureDrift)模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.5复合管及
68、其放大电路复合管及其放大电路集成运算放大电路的中间级通常用来提高运放的开集成运算放大电路的中间级通常用来提高运放的开环增益，多采用有源负载的共射放大电路。为了进环增益，多采用有源负载的共射放大电路。为了进一步改善放大电路的性能，集成运放会用复合管来一步改善放大电路的性能，集成运放会用复合管来取代根本放大电路中的晶体管。取代根本放大电路中的晶体管。a(b)图图5.5.1达林顿复合管达林顿复合管a复合管电路复合管电路(b)等效器件等效器件iC1V1V2iBiE1(iB2)iB1iCiC2iENPNNPNiCiEiBNPN模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章可以看
69、出，可以看出，iB=iB1，iC=iC1+iC2= 1iB1+ 2( 1+1)iB1，那么达林顿复合管总的电流增益为，那么达林顿复合管总的电流增益为例如例如 1= 2=60，那么，那么 =3600，显然，电流增益得到很大提高。显然，电流增益得到很大提高。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章用达林顿复合管组成放大电路如图用达林顿复合管组成放大电路如图5.5.2a所示，所示，实践是组成了共集共射双管放大电路，图实践是组成了共集共射双管放大电路，图b是是它的交流等效电路，由图可知电流放大倍数为它的交流等效电路，由图可知电流放大倍数为Ai= 1 2输入电阻输入电阻假
70、假设忽略忽略rbb，那么式中，那么式中将上式代入式将上式代入式5.5.3，得，得模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章电压放大倍数电压放大倍数输出电阻输出电阻Ro=RC模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章还有一类由不同类型的双极型晶体管组成的复合管如还有一类由不同类型的双极型晶体管组成的复合管如图图5.5.3所示，等效晶体管的管型与所示，等效晶体管的管型与V1管一样，管一样，因此图因此图(a)等效成等效成PNP管，管，图图(b)等效成等效成NPN管。这类复合管的电流增益管。这类复合管的电流增益输入电阻与输入电阻与V1的一样，
71、即的一样，即模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(a)两只不同类型管构成两只不同类型管构成PNP管管(b)两只不同类型管构成两只不同类型管构成NPN管管iE1V1V2iBiC1(iB2)iB1iEiC2iCPNPNPNiEiCiBPNPiCiEiBNPNiC1V1V2iBiE1(iB2)iB1PNPNPNiCiC2iE模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.6集成运算放大电路的输出级电路集成运算放大电路的输出级电路集成运放对输出级电路的要求是：集成运放对输出级电路的要求是：输出电阻尽能够低，在额定负载的要求下，能向负输出电
72、阻尽能够低，在额定负载的要求下，能向负载提供足够大的不失真的信号电压，或者说，能向载提供足够大的不失真的信号电压，或者说，能向负载提供额定的输出功率；负载提供额定的输出功率；有较高的效率；有较高的输入电阻以减小对前级有较高的效率；有较高的输入电阻以减小对前级的影响。的影响。此外，还应有过载维护电路。此外，还应有过载维护电路。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章一、射极输出器输出级一、射极输出器输出级RBRERLV-UEEUiUoUCC图图5.6.1射极输出器输出级射极输出器输出级采用双向电源的射极输出器采用双向电源的射极输出器它的输入电阻很高，输出电阻很低，
73、带动负载才干很强。它的输入电阻很高，输出电阻很低，带动负载才干很强。当当Ui为正时，输出电压为正时，输出电压Uo跟随也为正跟随也为正当当Ui添加到使添加到使V管饱和时，正向输出电压到达最大值接近管饱和时，正向输出电压到达最大值接近UCC；模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章当当Ui为负时，输出负电压为负时，输出负电压当当负值添加到使添加到使V管截止管截止时，负向向输出出电压接近接近普通普通RLUIO时，失调电流时，失调电流IIO IB1 IB2一、静态参数一、静态参数4.最大差模最大差模输入入电压最大共模最大共模输入入电压模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路
74、模拟电子线路第五章第五章第五章第五章2.差模输入电阻差模输入电阻Rid4.带宽带宽5.转换速率转换速率(压摆率压摆率)SR1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aud3.共模抑制比共模抑制比KCMR二、动态参数二、动态参数模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.8.3理想集成运算放大电路理想集成运算放大电路一一、理想化条件、理想化条件由于运放具有开环放大倍数很大，输入电阻高，由于运放具有开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小等特性，在分析时常将其理想化，称输出电阻小等特性，在分析时常将其理想化，称为理想运放。为理想运放。差模电压增益差模电压增益Aud
75、=差模输出电阻差模输出电阻 Rod=0差模输入电阻差模输入电阻Rid=输入偏置电流输入偏置电流 IIB=0共模抑制比共模抑制比KCMR=失调电流失调电流IIO=0频带宽度频带宽度BW-3dB=失调电压失调电压UIO=0转换速率转换速率 SR=失调电流温漂失调电流温漂 dIIO/dT=0噪声电压噪声电压 UN=0失调电压温漂失调电压温漂 dUIO/dT=0如何了解参数为如何了解参数为或或0？模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章二、线性形状下理想运放的特性二、线性形状下理想运放的特性(1)“虚短特性虚短特性(virtualshortcircuit)1.理想运放任
76、务在线性理想运放任务在线性(linear)形状时的特性形状时的特性所以所以(2)“虚断特性虚断特性(virtualopencircuit)所以所以由于由于u-u+uo集成运放理想模型集成运放理想模型集成运放符号集成运放符号u-u+uo零子零子恣意子恣意子模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章2.理想运放任务在非线性理想运放任务在非线性(nonlinear)形状时的特性形状时的特性(2)“虚断特虚断特性性(1)“离散特离散特性性uiduoUOHUOL非线性区非线性区非线性区非线性区uo=UOH或或UOL模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章
77、第五章第五章作作业业5.15.95.25.4模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章R1R2ICR3UEERBR3rbeIbrceUoIbIo单管电流源电路单管电流源电路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章威尔逊电流源威尔逊电流源模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(1)(2)(3)RrR3rbeIb3rceUoIorbeI b2I b2rbeI b1I b1I b3模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章(4)(5)(6)模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路
78、模拟电子线路第五章第五章第五章第五章模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章以平面工艺为根底的半导体集成电路的制造工艺以平面工艺为根底的半导体集成电路的制造工艺1.由外延、氧化、光刻、分散和薄膜淀积或由外延、氧化、光刻、分散和薄膜淀积或叫蒸铝五种根本技术组成平面工艺。叫蒸铝五种根本技术组成平面工艺。2.采用采用PN结隔离技术和介质隔离技术。结隔离技术和介质隔离技术。3.NPN型晶体三极管是最根本的器件；型晶体三极管是最根本的器件；PNP型晶体三极管有纵向和横向两种构造，由于发射型晶体三极管有纵向和横向两种构造，由于发射区不是高掺杂的，因此，它们的区不是高掺杂的，
79、因此，它们的值极低，约在值极低，约在220之间。横向之间。横向PNP型管的型管的值更低，典型值为值更低，典型值为35。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章4.电阻通常有分散电阻和金属膜电阻两类。电阻通常有分散电阻和金属膜电阻两类。分散电阻就是杂质半导体的体电阻，由规范分散电阻就是杂质半导体的体电阻，由规范N+分散流程构成的分散流程构成的N+区电阻的阻值普通为区电阻的阻值普通为20100，由规范，由规范P分散流程构成的分散流程构成的P区电阻的阻值区电阻的阻值普通为普通为10020K，阻值的误差较大，约为，阻值的误差较大，约为20%。利用规范的薄膜堆积流程在二氧
80、化硅外表层利用规范的薄膜堆积流程在二氧化硅外表层上淀积一层金属膜作为电阻。上淀积一层金属膜作为电阻。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章5.普通电容都是普通电容都是PN结特别是发射结在反结特别是发射结在反向偏置时的结电容，也可用向偏置时的结电容，也可用MOS电容，这是以电容，这是以SiO2为介质的电容器。普通电容量不宜超越为介质的电容器。普通电容量不宜超越100pF。模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章对单级放大器，当在晶体三极管的发射结上对单级放大器，当在晶体三极管的发射结上加上恒压源及正弦信号电压时，由于伏安特性的加上
81、恒压源及正弦信号电压时，由于伏安特性的非线性，将使集电极电流非线性，将使集电极电流ic中除了直流和基波分中除了直流和基波分量之外，还包含各次谐波分量，假设要求二次谐量之外，还包含各次谐波分量，假设要求二次谐波振幅为基波振幅的波振幅为基波振幅的2.5%，那么允许信号电压，那么允许信号电压的振幅为：的振幅为：Usm2.6mVT=300K时，时，kT/q=0.026V模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路模拟电子线路第五章第五章第五章第五章差动电路特点差动电路特点差动电路特点差动电路特点要求两管要求两管VT1、VT2对称对称其它元件也对称其它元件也对称长尾电阻长尾电阻正、负正、负双电源双电源有两个输入端和两个输出端有两个输入端和两个输出端
