第六章 集成运放

6.1集成电路运算放大器中的电流源6.2差分式放大电路6.3集成电路运算放大器6.4集成电路运算放大器的主要参数*6.5专用型集成电路运算放大器*6.6放大电路中的噪声与干扰FET-BJT多级放大电路放大管串联电流源放大管背靠背连接差分放大电路放大管面对面连接6.1集成电路运算放大器中的恒流源恒流源：向负载提供恒定电流，其内阻为无穷大电流源电路可以给放大电路提供静态偏置电流，使电路能够有适当的电流，同时又有极大的交流阻抗。电流源还可以作为放大电路的直流负载，在提供静态电流的同时使放大电路具有极大的放大倍数。常见的电流源电路：晶体管电流源、镜像电流源、微电流源、比例电流源、多路电流源等。1.晶体管电流源输出电流与Rc无关，为常数值。所以从Rc看，电路为恒流源电路。Re1)(212BECCbbbVVRRRIeIo2.镜像电流源2IB设三极管T1和T2参数相同β1=β2=β，VBE1=VBE2=VBE)21(22112,12CBCREFCCBBBIIIIIIIII则RVVIIBECCREFC22时当特点：结构简单，IC2较大（mA级），但IREF受电源变化影响大精度更高的镜像电流源........由于有T3存在，IB3将比镜像电流源的2IB减小β3倍。因此IC2和IREF更加接近。)21()1(213232233121CCCECREFIIIIII时当3.微电流源由于很小，BEV所以IC2也很小22221222221/eBEECBEBEBEeEeEBEBERVIIVVVRIRIVVRVVIIIVRIBECCREFCREFTeC1222ln特点:输出电流小;温度稳定性好.4.比例电流源在镜像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。221121222111eEeEBEBEeEBEeEBERIRIVVRIVRIV221CEREFEIIII，由11212,eBECCREFREFeeCRRVVIIRRI得：111000RIVRIVEBEEBE33221100RIRIRIRIEEEE222RIVEBE333RIVEBE00332211RIRIRIRICCCC0RIR设三极管参数完全相同5.多路电流源注：实质仍是镜像电流源。用FET代替BJT，也可以构成上述各种恒流源电路002323,,CREFCREFRRIIIIRR电流源作有源负载vvAA显然bebLCvrRRRA)//(电压增益提高bebLvCrRRAR则如果,三极管是有源器件，用三极管电路做负载即是有源负载。理想恒流源的内阻无穷大,可用恒流源代替电阻RC：bebLvrRRA此时:静态：动态：bebCvrRRARVVIIBERC32bBEBBBRVVI1111BCII本节小结电流源→恒流源→镜像电流源（基础）、↓分类微电流源、↓比例电流源（多路电流源）作有源负载，可以提高电压增益本节作业P2686.1.1，6.1.36.2差分式放大电路基本概念基本差分式放大电路FET差分式放大电路差分式放大电路的传输特性差分式放大电路中的一般概念1、零点漂移（零漂、温漂）电路输入短路，输出电压仍有缓慢变化，因温度变化是引起零漂的主要因素,又称为“温漂”。2、抑制零漂的几种方法1)选用高质量的硅管2)采用调制技术，如“斩波稳零放大器”3)用温度敏感元件进行补偿4)用温度非线性元件进行补偿5)采用对称差分式电路进行互补相消线性放大电路1iv2ivov共模输入的两输入端信号幅值相等且极性相同,设此时输出为voc差模输入的两输入端信号幅值相等而极性相反,设此时输出为vodidodVD=vvAicVC=vvAOC)(212121iiiciiidvvvvvv共模信号：差模信号：定义idiciidicivvvvvv212211则理想情况下:0VCA差模电压增益共模电压增益利用叠加原理，则总输出电压为icVCidVDocodo=vAvAvvvidVDovAv=AvD(vi1–vi2)VCVDCMR=AAK定义：共模抑制比，是反映抑制零漂能力的指标6.2.1基本差分式放大电路1.电路组成及工作原理（1）静态分析♣T1,T2相同,电路参数对称♣射极接入电流源或公共电阻Re♣双端输入双端输出的连接方式由电路对称有:C2C1RE2E1B2B1=21=EVVIIIII0R2=2121eCCCECCOCCCCCCbBBECCCCCEEEECCVVVRIVVVRIVRIVVVIRIVV）（或BEIIICeBEEEBQRRVVIb)1(2（2）动态分析双端输入双端输出的差放只对差模信号放大,而抑制共模信号。若采用单端输出，则对共模信号的抑制能力将有所降低。21212/ccidiiiivvv差模输入时，21ccvv0210ccvvv则：2121cciciiiivvv共模输入时，21ccvv0210ccvvv则：2.主要指标计算主要技术指标有：差模电压增益Avd、共模电压增益Avc、共模抑制比KCMR差模输入电阻Rid、共模输入电阻Ric、输出电阻Ro差分放大电路的输入/输出方式分为四种:1.双端输入-双端输出（双-双）2.双端输入-单端输出（双-单）3.单端输入-双端输出（单-双）4.单端输入-单端输出（单-单）a.双端输入双端输出b.双端输入单端输出c.单端输入双端输出d.单端输入单端输出（1）差模电压增益idoVD=vvAi2i1o2o1vvvvi1o122vvbecrR接入负载时beLcVD)21//(=rRRAA双入、双出无负载电阻RL时电压增益等于单边电路的电压增益注意：差模输入时,射极和RL中点为交流地电位.B双入、单出这种方式常用于将双端输入信号转换成单端输出的信号)(2)//(2112111bebLCiodiiodidodvdOrRRRvvvvvvvATv管集电极取自若)(2)//(2112122bebLCiodiiodidodvdOrRRRvvvvvvvATv管集电极取自若无RL时单端输出的差模电压增益是双端输出的1/2,以双倍的元器件换取抑制零漂的能力C单端输入2/iiciidvvvv共模信号差模信号将输入信号分解为：2/2/1iiiivvvv则：)2/(2/02iiivvv求差/共模电压增益只需分别考虑差/共模输入时的情况，而电压增益只与输出方式和电路参数有关，与输入大小无关。所以，输出方式相同的单端输入与双端输入的差/共模电压增益一致，即：单-双与双-双、单-单与双-单相同。（2）共模电压增益共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化，所以A双端输出0oc2oc1ocvvv0icocVCvvA共模增益B单端输出icoc1VC1vvAicoc2vvobec2)1(rrRoc2rR抑制零漂能力增强orVC1A---关键是作出等效交流通路2ro2ro（3）共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标,它的值越大说明电路抑制共模信号的能力越强。VCVDCMRAAKdBlg20VCVDCMRAAK或（4）频率响应高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。双端输出，理想情况下KCMR→∞单端输出beoCMRrrAAKVC1VD1恒流源的交流电阻ro的数值愈大，抑制共模信号的能力愈强（5）输入电阻双端输入和单端输入的相同a.差模输入电阻RidRid=2(Rb+rbe)b.共模输入电阻Ric]2)1([21ebebicRrRR（6）输出电阻由输出方式决定a.双端输出Ro=2RCb.单端输出Ro=RC3、恒流源差分放大电路静态分析思路先计算IC3IE=IC3/2IB，IC，VCE动态分析思路关键是交流通路实际电路I3IC3的计算：3e33R1bBEBBCRVVI)(323132EEbbbBBVRRRV恒流源内阻很大，共模放大倍数减小，可以提高电路的共模抑制比。）（）（单端输出时，111111212bebebebvcvdCMRrRRrRAAK的限制。增大受到但越大越好。和EIReRe带调零措施的差放电路如果两个三极管不完全相同，输入电压为0时也可能会有输出电压。带调零措施的差放电路VDA4.几种方式指标比较VCACMRKbeLc)21//(rRRbeLc2)//(rRRbeLc)21//(rRRbeLc2)//(rRR0oLc2//rRR0oLc2//rRRbeorrbeorr输出方式双出单出双出单出idRicRoR输出方式双出单出双出单出be2rbe2r]2)1([21oberr]2)1([21oberrc2RcRc2RcR6.2.2FET差分式放大电路1.电路组成2.差模增益与共源电路相同ido2VD2vvAdm21Rg3.差模输入电阻g1idRRM1比例电流源本节小结差分放大电路连接方式及指标分析：双端输入双端输出——标准形式（参考电路）双端输入单端输出——输出电压减半，Ro减半单端输入双端输出——和标准电路相似单端输入单端输出——和双入单出相似双端输入双端输出电路作为标准形式应当和共射电路的公式一起记忆；如果采用FET构成差放电路，则标准形式和共源电路的公式一起记忆。例1：-Vss+vi1－+vi２－Vod1Vod2例2：6.2.3差分式放大电路的传输特性)(idC1vfi)(idC2vfi图中纵坐标为0C1/IiA1vivo103A2vivo105答：两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号？增加了Re电压增益输出漂移电压均为200mV输出漂移电压均为200mV输入端漂移电压为0.2mV输入端漂移电压为0.002mVA1不可以，A2不可以1.若在基本差分式放大电路中增加两个电阻Re（如图所示）。则动态指标将有何变化？答：双端输出差模增益beLc)21//(rRRVDAe)1(R差模输入电阻idR][2bere)1(RoLc2//rRR单端输出共模增益VC1AeRicR)]2)(1([21oberr共模输入电阻eR增加了Re增加了Re2.差分式放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系：反相同相同相反相反相同相vC1与vi1vC2与vi1vC1与vi2vC2与vi2vO与vi1vO与vi23.静态时，两个输入端是否有静态偏置电流？6.3集成电路运算放大器6.3.1简单的集成电路运算放大器6.3.2通用型集成电路运算放大器模拟集成电路的特点:采用直接耦合方式采用差动放大电路克服温漂采用恒流源代替大阻值电阻,或设置静态电流采用复合管以改进单管放大电路性能集成运放是一种高放大倍数的直接耦合多级放大电路集成运放的基本结构:输入级放大级输出级偏置电路ViVo输入级中间级输出级偏置电路6.3.1简单的集成电路运算放大器1、电路组成特点：直接耦合的多级放大电路输入级：对电路的温漂起决定作用，所以输入级一般是用差动放大电路构成；另一方面，差放具有两个相位相反的输入端。中间级：提供放大电路的主要增益。所以一般是用复合管和共射极放大电路构成，以获得较大的电压增益和电流增益。输出级：应给负载提供较大的功率。所以一般是用互补对称电路构成，或者用射极跟随器构成。2、电路分析已知β=100，VBE=0.7V，rbe1=rbe2=5.2kΩ，rbe3=260kΩ，rbe4=rbe5=2.6kΩ，rbe6=0.25kΩ（1）放大电路的直流分析当vi1=vi2=0时，vo=0，即1和2输入端和3输出端为三个接地点。m