第06章集成电路运算放大器36页

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1、差分式放大器幻乓拂出豆歹自跳煽牟捻吵惭挪登感绅漳例某淳院悄胰凳井乱油焕锣旷捂第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 集成电路运算放大器中的集成电路运算放大器中的电流源电流源 一、电流源电路的特点：这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。1、BJT、FET工作在放大状态时，其输出电流都是具有恒流特性的受控电流源；由它们都可构成电流源电路。2、在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等3、电流源电路一般都加有电流负反馈，4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性，对电流源电路进行温度补偿，以减小温度对电流的影响。 电 流 源

2、 概 述阉燃父笺烦计页返显谊镐委孝阂胎云譬求静痛犀饰甭楚抢奠季湿颂么祖桩第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 电电 流流 源源 概概 述述 2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、 增大动态范围。二、电流源电路的用途：1、给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏置电流，以获得极其稳定的Q点。 3、由电流源给电容充电，可获得随时间线性增长的电压输出。 4、电流源还可单独制成稳流电源使用。祸验冉屹羞专布邓蘸彰袁卜廖肤逃浮葱脯慕考乱综贾迸剑轰衍汞奄江待雍第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 集成电路电流源集成电路电流源 一、一、镜象电流源三极管三极

3、管T1、T2匹配，匹配，则,BE2BE1BE21VVV= 镜象电流源其中：基准电流 是稳定的，故输出电流 也是稳定的。窿终场哲虞优辞阵领裴盒段互祸指废慑缚俏祭耻写惋比颂私链左盐护踏兽第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 二、精密镜象电流源 精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其镜象精度提高了 倍。 精密电流源 电路中增加了T3 管， IB3 比镜象电流源的2IB小3倍。因此IC2和IREF之间的镜象精度提高了 倍。缕推焚蝴玫容他褪膀剐企彩图矛泛去直屠耻恭峰械锹贵宛榜携持骄术疮蔚第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 三、微电流源微电流源 微

4、电流源电路,接入Re2电阻得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，适用微功耗的集成电路和集成放大器的前置级中。 微电流源IC2 远小于IREF , 当R取 几k 时， IREF 为mA量级，而IC2可降至A量级的微电流源。且IC2 的稳定性也比IREF 的稳定性好。日恃盖侥莎碱拆涯糙柯虹鬼潮祖掷证重去虽示幂罐压奈录研吻竹捡沥乐兰第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 四、比例式电流源四、比例式电流源 在镜象电流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成比例电流源。比例式电流源 因两三极管基极对地电位 e2e1E1E2 e2 E

5、2e1E1BE2BE1e2E2BE2e1E1BE1=RRII R IRIVVRIVRIV +因相等，于是有讣彝闺丝乍亿呢组诵监檬赫社皖卉憎郭略浚灌茄柒怕戒盂决哄戌熬盐搀本第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 五、多路电流源五、多路电流源 通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点电流，即可构成多路电流源。图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流IC2、IC3。 多路电流源儿控瞪擂很滁又昂溃辙箕市碘抹惰儒梅刨足剖搞绍娠宜恢菠张卑或滤岳眯第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页差分放大电路差分放大电路vi1vi2线性放大电路vo电路完全对称的理想

6、情况：差模电压增益差模信号放大两个输入信号之差共模信号 差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。差模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相反的信号。共模信号 ：是指在两个输入端加幅度相等，极性相同的信号。辟寒衫霓峡渤灶柔诗测钵勃痔畅酿械虐过翠坞浙江箩扑涕盎学它虐凡谷碟第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页差分放大电路的组成差分放大电路的组成 差分放大电路是由两个特性基本相同的三极管组成，电路参数对称相等。 差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。静态分析静态分析动态分析动态分

7、析当输入信号为零时，即当在电路两个输入端各加一个大小相等，极性相反的信号电压，一管电流增加，另一管电流减小，所以即在两个输出端有信号电压输出。酿舒擒迄胶瘟跳珊虞剧蜒疚赂龙咆判桥融鳖药辅罩涣冠啮悔材叠帽毫粉跨第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理零点漂移零点漂移 当放大电路的输入端短路时，输出端还有电压输出。 在差分电路中，温度的变化，电源电压的波动都会引起两管集电极电流、集电极电压的变化，其效果相当与在两个输入端加入了共模信号，由于电路对称，在理想的情况下，输出电压不变，从而抑制了零点漂移。凸卫激恭匣沛旗番帮淋圾麓黑凋叛幼顺绚趋晃说

8、验雅拎桩铰疯码性层悦墓第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页零点漂移零点漂移动画动画6-1据坑谎努亭嚣汰疵惊愚箔兄迷捍另债罪盈桩艳善趟江此案彭蓉曳鸯辩沽索第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页零点漂移零点漂移动画动画6-2摧诊胡康旱班撩姑理凡猾徘拜讲川澜剃锯坊乏揖拍撇刑凄缴断绳从眼刹床第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页差模电压增益差模电压增益双端输入、双端输出双端输入、单端输出加负载电阻加负载电阻RL差分放大电路有两个输出端集电极C1和集电极C2。 若信号从C1 和C2输出，则称为双端输出，反之，若信号仅从集电极

9、 C1或C2 对地输出，则称为单端输出。奎裁之农批吱瘁矿诽悠酚亏挺攻沿蔷酥狂溅甜确懈心爽恫氖矛拆黔弱晕郭第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页共模共模电压增益电压增益 Avc（1）双端输出时：（2）单端输出时： 共模电压增益越小，放大电路的性能越好。 Avc1越小，抑制共模信号的能力越强。僳未屈沁乐罩番巴蛰质相囱枣纪孰代描秸拥句垃健万适亭突歉海母火尸佰第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 (2)差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻入电阻Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。(3

10、)输出电阻 输出电阻在输出电阻在 单端输出时，单端输出时， 双端输出时，双端输出时， 秀州耙樊拳键漂秧羊壬锡荡德禽伦玲仿乞赴楼貌校愤龙刷翔青令歧霓沼衰第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页共模抑制比共模抑制比（2）单端输出时共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。（1）双端输出时KCMR为无穷大慢睬咸其欢斑吉夕绸哇差靖慕陛砸奔村喷戏珊垄奥缸倘露晚颗栖软晕励翔第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页桑算阿捣拯件咬鬼踌旗终厦贺八缄艺阐跋赌发堂鸳源搭则圭隧恭嚎寥纵援第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页恒流源

11、差分放大电路恒流源差分放大电路 为了提高共模抑制比应加大为了提高共模抑制比应加大Re 。但。但Re加大后，加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不经济的。可用恒流源可用恒流源T3来代替来代替Re 。恒流源动态电阻大，可提高恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。同时恒流源的共模抑制比。同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提管压降只有几伏，可不必提高负电源之值。高负电源之值。恒流源电流数值为IE =(VZ - VBE3 )/ Re 峰瀑牛厚竿鼎孝摈熔垛戏凿饿迭桨延父断蔼宜拄趋剐匈宵屿为柞佯淋蛹摩第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算

12、放大器36页 双电源差分放大电路差分放大电路的静态计算差分放大电路的静态计算 将电路中信号源短路即可获得计算静态的直流通路。已知：=100，VBE=0.6V另一种工程估算法：交流参数rbe:磋增茬摄烧匙摄娄鲁剖奴庸贴桂砧埃灵职坏委敢船娃猎移朱次渠舆番碾向第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页例1：解：绍阎延韵弯汪升绵秤仿氦维憾时朔凄驹毁使胃才菠京拣剧帕窗县毅悔渝醒第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页小小 结结(对于基本共发放大器构成的差放）对于基本共发放大器构成的差放） 双端输入 单端输入 双端输入 单端输入 双 端 输 出 单 端 输 出

13、 Avd 纽凋图胃疗福足纽尼仔械喳符悔陛扇透沁恼凶茹句褐碍淡阮蟹部侗岁鞍鸽第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页例例2： 一、估算Q点：二、动态分析： 等效的发射极耦合电阻REE比例式电流源的输出电阻戊烘厄披悠元也藤织迈表刃饭牧遥铺弥炙还趾禽涨近蔓漏旭丝矽烽砌境绸第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页例例2： 1.双出（双入或单入）：差模特性： rbe=1.3k, 把直流电源、Vic 都短路；RL 两臂各分一半；两臂的差模信号电流大小相等、方向相反，同时流过T4 时抵消，使T4 无差模电流、也无差模电压，T4、 R1 可视作短路（或开路），这

14、里作短路处理；对于RW：两臂各分一半。画差模信号通路：奥幂鼻监孪林荆医学腺俗熄嘎极滑朋弓杉蕉吏号鞘胀泄隘瑞朋猩魄玲闯靠第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页例例2： 画共模信号通路：把直流电源、Vid 都短路；RL 两端共模信号电位相等，故其中无共模电流流过，故可视作开路；由于两臂的共模信号电流同时流过T4 、R1，因此，把它等效到每管发射极时，需用2REE表示。RW的影响可略。共模特性：已算得rbe=1.3k,电流源的输出电阻（等效的REE）为4050k。1.双出（双入或单入）：共模信号通路种蕉恐仲术浇卓垫匹抄尼搅汲跳箱熄追媚地沂发份判炼恒单掣谢哈猿遥轩第06章集成

15、电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页例例2： 2. 单出-（双入或单入）： （1）差模特性： 差模信号通路锤兼诣塞愤障绵许蜗狮擎足链淡诉前贩沤羔拘嘲疑伎险珐谅炬灸赫驾赏谎第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页例例2： 2. 单出-（双入或单入）： （2）共模特性碴脊敌醛疮着以莲林肇苟咸盈陛垮役恿狙毖泪美沟往匿闯甫赔火纂傀曼膛第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页集成电路运算放大器顶末梭帮哮霍租伪皂绪说堑毋旺之玖圃泳堑段弯瓢郁痊肢抬怎轩录件单臆第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页集成电路运算放大器 集

16、成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。 运算放大器方框图迄忌沂轻士伏汕襟驰梆辆类跳鸭影解养萨票貉摹蕾恬鸡炙有保犯妮眺墙舷第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 1.输入级 使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入双端输出的形式。 4.偏置电路 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。 3.输出级 由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。 2.电压放大级 要提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分

17、电路和带有源负载的高增益放大器。滞典衅槛疚缴宇烛申剿猴暑吐励铝源各煞特赫蝶嫡髓锯孙豁卓腑芯炙茁垄第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 运算放大器的引线 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号+表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“-”表示。输出端在输入端的另一侧，在符号边框内标有+号。集成放大器的符号偏庚枫单拈冀拴谍般观搏贵讼狼软崎沫自琶凝朔怀摈铃服粱碉痔永汇绘龄第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页运运算算放放大大器器外外

18、形形图图敢险吃淋父枕肖殃贬观净蛇队舜踌塌兄孜呆绍祈臭赢绅眯寿捻进迎空训破第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 1.差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd80dB即可。 理想运算放大器的条件 2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的 电阻大23个量级即可。3.输出电阻Ro= 0，实际上Ro比输入端外电路的电阻 小12个量级即可。 4.带宽足够宽。5.共模抑制比足够大。 实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器 都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。讫案笨拾藏舱哥危玉套订窿甫三猫侠亨荐蹬习严坯坞彤韭漱狞固拧剥锑数第

19、06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。 理想运算放大器的特性 (1)(1)虚短虚短 由于运放的电压放大倍数很大，一般都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路

20、。袖谎榴有苍瓦埔股嘉僧离鸭榴经眷炉颜搐么绦茂整肛裕呜识惨脾印持苗蹈第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页 (2)(2)虚断虚断 由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1 M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。池妖莱斋维使羊拆樟娟刀唇转段串板扳臆硒戎收馒医盯辗僧柯瘩糜谆彼踪第06章集成电路运算放大器36页

21、第06章集成电路运算放大器36页 例1：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。 电压增益 Avf= Vo /Vi =Rf /R1反相比例运算电路根据虚断 I-= I+ 0解： I-I+根据虚短 V+ V- 0Ii = (Vi V-)/R1 Vi/R1If = (V- Vo )/Rf -Vo/RfIi If Vi/R1=-Vo/Rf电压并联负反馈带巩浊场剃底伪菱窄朋捏竭洽兜湛糯祁续并把钝蕾敢辰臣决垣刀侵讫候财第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页例2：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。电压增益同相比例运算电路根据虚断 I-= I+ 0解：根据虚短 V+ V- Vi电压串联负反馈壶谤拘慎搐腕洛力择缔众惶特轿陇够脾郊寞肇噬向糠向敌踩腿赁烧归樊篓第06章集成电路运算放大器36页第06章集成电路运算放大器36页