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1、第4章 集成运算放大电路 第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路 4.1 电流源电路电流源电路 4.2 功率放大电路功率放大电路 4.3 集成运算放大电路集成运算放大电路 第4章 集成运算放大电路 4.1 电电 流流 源源 电电 路路 4.1.1 根本电流源电路根本电流源电路 1. 镜像电流源镜像电流源Current Mirror 由由三三极极管管组组成成的的镜镜像像电电流流源源如如图图4-1a所所示示。图图中中V1管管和和V2管管的的参参数数完完全全一一样样，两两管管基基-射射之之间间的的电电压压相相等等，UBE1=UBE2，故，故IB1=IB2=IB, IC1=IC2=IC。 在
2、在图图4-1a中中，电电源源UCC经经过过电电阻阻R和和V1管管产产生生一一个个基基准电流准电流IREF， 第4章 集成运算放大电路 将V2管集电极电流IC2作为输出电流Io，那么 当满足条件2时，上式简化为 4-1 第4章 集成运算放大电路 图 4-1 镜像电流源(a) 三极管构成的镜像电流源；(b) 加强型MOS管构成的镜像电流源 第4章 集成运算放大电路 2. 改良型的镜像电流源 由式4-1可见，当三极管的电流放大系数较小时， 基极电流就不能忽略，这样IoIREF，因此为了减小因小而呵斥的误差，在镜像电流源V1管的集电极与基极之间加一个缓冲管V3，利用V3管的电流放大作用减小IB对IRE
3、F的分流作用，从而提高输出电流Io的精度。改良后的电路如图3-17所示，图中V1、 V2、V3管特性完全一样。 第4章 集成运算放大电路 图 4-2 改良型镜像电流源 第4章 集成运算放大电路 知，1=2=3=, IB1=IB2=IB，UBE1=UBE2，因此输出电流 整理后得 假设=10，代入上式可得Io0.982IREF，阐明即使很小，输出电流Io也与基准电流IREF坚持良好的镜像关系，即IoIREF。 第4章 集成运算放大电路 3. 比例电流源比例电流源 图 4-3 比例电流源 第4章 集成运算放大电路 由图可得 UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2UBE1-UBE2+IE1R1=
4、IE2R2当UBE1-UBE22，由由镜镜像像电电流流源源得得IC4IC1=I/2，所所以输出电流以输出电流io=IC4-IC2=0。 第4章 集成运算放大电路 图 3-23 有源负载的差分放大电路第4章 集成运算放大电路 动态时，参与差模信号uid，根据差分放大电路的特点， V1管的集电极电流在静态电流IC1的根底上添加了iC1，V2管的集电极电流在静态电流IC2的根底上减小了iC2，iC1=-iC2。 由于iC4和iC1是镜像关系，iC4=iC1，因此io=iC4-iC2=iC1-(-iC1)=2iC1。 可见这个电流值是单端输出电流的两倍， 即等于差分放大电路双端输出时的电流值。因此，用
5、电流源作为差分放大电路的有源负载，可将双端输出信号“无损失地转换成单端输出信号。 第4章 集成运算放大电路 假设电路接有负载RL，且思索V2、V4管的输出电阻rce2、rce4， 那么电压放大倍数为 假设RL0，称为甲乙类放大；图3-24c中，一个周期内只需半个周期iC0，称为乙类放大。 第4章 集成运算放大电路 甲乙类和乙类放大虽然减小了静态功耗，提高了效率， 但是由于任务点偏下，会出现严重的波形失真，因此，既要坚持静态时管耗小，又要使波形不产生严重失真， 就必需改良电路构造。 第4章 集成运算放大电路 图 3-24 Q点下移对任务形状的影响(a) 甲类放大； (b) 甲乙类放大； (c)
6、乙类放大 第4章 集成运算放大电路 图 3-24 Q点下移对任务形状的影响(a) 甲类放大； (b) 甲乙类放大； (c) 乙类放大 第4章 集成运算放大电路 图 3-24 Q点下移对任务形状的影响(a) 甲类放大； (b) 甲乙类放大； (c) 乙类放大 第4章 集成运算放大电路 1 变压器耦合功率放大电路 图 3-25 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 第4章 集成运算放大电路 图中Tr1为输入变压器，Tr2为输出变压器，三极管V1、V2特性完全一样，且接成对称射极输出器方式。当输入电压ui为零时，由于V1、V2管的发射极电压为零，均处于截止形状， 因此电源所提供的功率为零，负载上的电压也为
7、零，两虽然子的管压降均为UCC。当输入电压ui为正半周时，V1管导通，V2管截止，电流iC1如图中实线所示；当输入电压ui为负半周时， V1管截止，V2管导通，电流iC2如图中虚线所示。这种V1和V2管在电路中轮番导通的方式称为“推挽任务方式。虽然两个三极管的集电极电流iC1和iC2均只需半个正弦波，但是经变压器耦合后，负载RL上的电流iL和输出电压uo的波形是整个正弦波。 第4章 集成运算放大电路 图 3-26 OTL电路 第4章 集成运算放大电路 2 无输出变压器的功率放大电路 变压器耦合的功率放大电路优点是可以实现阻抗变换，但是其体积庞大、 笨重， 耗费有色金属，高频和低频特性差， 因此
8、目前广泛运用的是无输出变压器的功率放大电路Output TransfomerLess，简称OTL电路， 如图3-26所示。OTL电路用一个大电容取代了变压器，采用特性对称、类型不同的两个三极管V1和V2，其中一个为NPN型，另一个为PNP型。 第4章 集成运算放大电路 静态时，前级电路应使基极电压为UCC/2，所以两管的发射极电压也为UCC/2，那么电容上的电压也等于UCC/2，极性如图3-26所示。 设电容容量足够大，对交流信号视为短路，三极管b-e间的开启电压忽略不计。在ui的正半周，V1管导通，V2管截止，电流iC1从UCC流出，经V1管和电容C后流过负载RL到公共端，方向如图中实线所示
9、。由于V1管和负载RL组成的电路为射极输出方式， 故输出电压uoui；在ui的负半周，V1管截止，V2管导通，电流iC2由电容C的正极流出，经V2管和负载RL回到电容C的负极， 方向如图中虚线所示。V2管也以射极输出方式将负半周信号传送给RL，即uoui。这样负载RL上得到一个完好的信号波形。 第4章 集成运算放大电路 通常情况下功率放大电路的负载电流很大，电容容量常选为几千微法，且是电解电容。 由于大容量的电容不适于集成电路， 所以通常采用无输出电容的功率放大电路Output CapacitorLess，简称OCL电路。下面以OCL电路为例， 引见功率放大电路的最大输出功率、效率及管耗的分析
10、与计算。 第4章 集成运算放大电路 3.4.2 互补功率放大电路互补功率放大电路 1. OCL电路的组成及任务原理电路的组成及任务原理 根本OCL电路如图3-27所示。电路采用绝对值相等的双电源供电，V1管和V2管特性对称，且一个为NPN型，一个为PNP型。两管发射极衔接在一同作为输出端，基极连在一同作为输入端，所以两管都是共集电极接法， 故又称互补射极输出器。 第4章 集成运算放大电路 图 3-27 OCL电路(a) 电路图； (b) 波形图 第4章 集成运算放大电路 当输入信号ui=0时，电路处于静态，两管都不导通，静态电流为零，电源不耗费功率。在输入信号的正半周，即ui0时， V1管导通
11、，V2管截止，正电源供电，电流iC1经V1管流过负载RL，方向如图3-27a中实线所示，输出电压uoui；在输入信号的负半周，即uiUCC/RL。 第4章 集成运算放大电路 3. 交越失真及其消除 在图3-27所示的OCL电路中，假设思索三极管b-e间的导通电压Uon，那么当输入电压的数值|ui|Uon时，V1、V2管均处于截止形状，iC1和iC2同时为零，输出电压uo也为零。只需|ui|Uon时， V1或V2管才导通，使输出电压uo等于输入电压ui。因此在这种情况下，得到的波形是失真波形，如图3-29所示。由于这种失真发生在两管交替瞬间， 故称为交越失真。 第4章 集成运算放大电路 图 3-
12、29 交越失真的波形 第4章 集成运算放大电路 为了消除交越失真，应设置适宜的静态任务点，使两只三极管均任务在临界导通或微导通形状，通常采用如图3-30所示电路。图中R1、R2、VD1、VD2、R3组成偏压电路，利用R2、VD1、 VD2上的电压降给V1、V2管的发射极提供一个小的正向偏压， 这样在ui=0时，两个管子已处于微导通形状，每个管子的基极各自存在一个较小的基极电流iB1和iB2，同样，在两管的集电极也存在着较小的集电极电流iC1和iC2，但是静态时，iL=iC1-iC2=0， 所以输出电压uo为零。 第4章 集成运算放大电路 图 3-30 消除交越失真的OCL电路 第4章 集成运算
13、放大电路 当所接信号按正弦规律变化时，由于二极管VD1、VD2的动态电阻很小，而且2的阻值也很小，因此可忽略VD1、VD2管及电阻R上的交流压降，以为uB1uB2ui。当ui0时，随着ui的增大，V1管的电流逐渐增大，同时ui增大到一定值时，V2管截止，负载RL上得到正方向的电流；当uiu-时 ， uo=UoH； 当 u+u-时 ，uo=UoL。 第4章 集成运算放大电路 2 理想运放的输入电流等于零。 在非线性区，虽然运放的两个输入端电压不等，即u+u-，但由于理想运放的rid=， 故净输入电流依然等于零，即i+=i-=0。 可见，理想运放任务在非线性区是仍具有“虚断路的特点， 但是净输入电压不再为零，而是取决于电路的输入电压。 由于集成运放的开环差模电压增益Aod通常很大，如不采取适当的措施，即使在输入端加一个很小的电压，仍能够使集成运放进入非线性区。
