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1、差分式放大器 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 概 述 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
2、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。 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。 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。 三、微电流源微电流源 微电流源电路,接入Re2电阻得到一个比基准
3、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。 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 E2e1E1BE2BE1e2E2BE2e1E1BE1=RRII R IRIVVRIVRIV +因相等，于是有 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
4、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。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
5、放大电路基本相同。静态分析静态分析动态分析动态分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。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。零点漂移零点漂移动画动画6-1零点漂移零点漂移动画动画6-2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
6、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 C1或C2 对地输出，则称为单端输出。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。 (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)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， 共模抑制比共模抑制比（2）单端输出
7、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为无穷大恒流源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 双电源差分放大电路差
8、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:例1：解：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 Avd 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
9、、也无差模电压，T4、 R1 可视作短路（或开路），这里作短路处理；对于RW：两臂各分一半。画差模信号通路：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）：共模信号通路例例2： 2. 单出-（双入或单入）： （1）差模特性： 差模信号通路例例2： 2. 单出-（双入或单入）： （2）共模特性集成电路运算放大器集成电路
10、运算放大器 集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 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电路和带有源负载的高增益放大器。 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
11、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。集成放大器的符号运运算算放放大大器器外外形形图图 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
12、算放大器的某个技术指标明显下降即可。 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。 (2)(2)虚断虚断
13、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。 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
