1、第四章第四章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路分立元件电路分立元件电路：（Discrete Circuit）组成电路的元器件（晶体管、电阻、电容等）是独立的，组成电路的元器件（晶体管、电阻、电容等）是独立的，通过外接导线将彼此连接，制作成所需的电路。通过外接导线将彼此连接，制作成所需的电路。集成电路：集成电路：（Integrated Circuit）（）（IC）在半导体基片上同时制作出晶体管、电阻、电容和连线，在半导体基片上同时制作出晶体管、电阻、电容和连线，构成完整的具有特定功能的电路。构成完整的具有特定功能的电路。模拟集成电路模拟集成电路 数字集成电路数字集成电路专用集成电路专用集成电
2、路 通用集成电路通用集成电路 （Integrated Operational Amplifier）CPU、RAM、MP3等等集成运算放大器等集成运算放大器等逻辑门、计数器电路等逻辑门、计数器电路等直流电源稳压器等直流电源稳压器等1/13 2/135英寸英寸(125mm)8英寸英寸(200mm)12英寸英寸(300mm)3/134.1 集成运算放大器的电路特点集成运算放大器的电路特点一、电路设计特点一、电路设计特点1 1、采用级间直接耦合方式；、采用级间直接耦合方式；2 2、尽量用晶体管代替电阻、电容；、尽量用晶体管代替电阻、电容；3 3、采用对称结构，尽可能使电路性能取决于元器件参数的、采用对
3、称结构，尽可能使电路性能取决于元器件参数的比值，而不是元器件参数本身的值。比值，而不是元器件参数本身的值。二、性能特点二、性能特点 电压增益电压增益高高，输入电阻，输入电阻大大，输出电阻，输出电阻小小；零点漂移零点漂移小小。三、电路结构特点三、电路结构特点输入级：输入级：差分放大电路差分放大电路中间级：共射放大电路中间级：共射放大电路输出级：共集放大电路输出级：共集放大电路 （射极跟随器射极跟随器）偏置电路：偏置电路：电流源电路电流源电路输输入入级级中中间间级级输输出出级级直流偏置电路直流偏置电路UiUo4/134.2 电流源电路电流源电路电流源电路两大特点：电流源电路两大特点：1、直流电流稳
4、定直流电流稳定：提供直流：提供直流偏置电流偏置电流；2、交流电阻很大交流电阻很大：作为：作为有源负载有源负载。一、放大管的恒流特性一、放大管的恒流特性偏置电路参数不变，偏置电路参数不变，IC基本不变基本不变1；C极直流电阻小，随极直流电阻小，随UC改变；改变；C极交流电阻很大。不随极交流电阻很大。不随uC改变改变2。UCCUEEICICroR1R2R3IBiCuCE0)1(213be3ceoRRRrRrr3BE(on)CC212CRUURRRI+uCE-+uC-1/rce5/13考虑考虑 rce的影响的影响考虑考虑IcIe，则，则同理：同理：RLIbb+-UiIcecRB1+-RsUo+-RC
5、IiIoRB2rberceIbRiRoUsRERiRoceeobberUUIIILEceceEbebii)1(RRrrRrIURUe )1()1()(B2B1sEbeEcecbceEccebcEecooRRRRrRrIIrRIrIIRIIUR=0ceELbe11rRRIIELceceb1RRrrIceEeLcb1rRIRIIEcEbEeB2B1sbebe)(RIRIRIRRRrIUB2B1sEbeEcbRRRRrRII二、镜像电流源（电流镜）二、镜像电流源（电流镜）对称结构：对称结构：T1 和和T2特性完全相同，特性完全相同，且均处于且均处于放大状态放大状态，则，则参考电流：参考电流：三极管集
6、电极电流：三极管集电极电流：如果如果12，则，则 UCE1(UBE)2IB1 IC1 UCE1 Ir 1、UBE(on)随温度变化小，参考电流只与随温度变化小，参考电流只与UCC和和Rr有关，有关，Ir稳定稳定2、T1 和和T2特性相同，且特性相同，且值足够大，值足够大，直流电流直流电流IC2稳定稳定。3、交流内阻为、交流内阻为rce2（电阻值大）（电阻值大）。T1T2RrUCCIrIC1IC2UBE+-rCCrBE(on)CCrRURUUI11Cr1Br1C2C22IIIIII2IB1r112C2IIr2CII镜像镜像与与1 1的比值有关的比值有关6/13rce2直流偏置直流偏置有源负载有源
7、负载多路镜像电流源多路镜像电流源：各三极管特性一致。各三极管特性一致。由于由于1(15)4 很容易满足，所以很容易满足，所以受受温度温度的影响的影响大大减小，镜像电流更加稳定。大大减小，镜像电流更加稳定。)1(414511Cr51Br1CIIIIIrr51511C4)1()1(IIIr1C2C3C4CIIIIIrCCrBECCr2RURUUI与与1 5的比值有关的比值有关T1T2T3T4RrT5IC2IC3IC4IrUCCIB1IC17/13三、比例电流源三、比例电流源 电流源电流与参考电流源电流与参考电流成比例关系。电流成比例关系。故故而而T1、T2管特性对称管特性对称当当IE1、IE2相差
8、相差10倍以内时：倍以内时：参考电流参考电流T1T2R1R2IE1IE2IC2IrRrUCCUBE1UBE222E2BE11E1BERIURIUTBESEUUeII 1S1ET1BElnIIUU2S2ET2BElnIIUU2S1SII1E2ET2E1ET2BE1BElnlnIIUIIUUUmV6010lnT2BE1BEUUU2BE1BEUUr211E212E2CIRRIRRII1rCC1r1BECCrRRURRUUI（1 1）8/13四、微电流电流源四、微电流电流源 提供提供微安级微安级电流。（电流。（Rr阻值小）阻值小）当当1 1 时，时，IE1Ir，IE2IC2例如，要求例如，要求IC2=
9、10A,采用采用Ir1mA，则，则T1T2R2IE1IE2IC2IrRrUCC UBE1 UBE22E1E2T22BE1BE2ElnIIRURUUI2Cr2CT2lnIIIUR k126.4A10mV26A10A1000lnA10mV262Rk15mA1V15rCCrIURM5.1A10V15rCCrIUR若镜像电流源：若镜像电流源：lnxx9/13五、负反馈型电流源五、负反馈型电流源 进一步改善恒流特性，提高动态内阻；进一步改善恒流特性，提高动态内阻；减小减小的影响。的影响。威尔逊电流源威尔逊电流源（电流负反馈）：电流负反馈）：T3管的基极、发射极分别接管的基极、发射极分别接T1、T2镜像电
10、流源的两端。镜像电流源的两端。IC3IE3IC1IB3（Ir不变）不变）IC3 参考电流：参考电流：电流源电流：电流源电流：动态内阻：动态内阻：T1T2IB3IE3IC3IrRrUCCT3IC2IC1rBECCr2BE3BECCr2RUURUUUI)(321ceo2rrrr23C2221III10/13串联电流源：串联电流源：UBE1+UBE4=UBE2+UCE3IC2IC3UCE3UBE2IC2 也可视为也可视为UCE3变化范围小，变化范围小，IC3变化小。变化小。参考电流：参考电流：T1T2IC3IrRrUCCIC2T4T3+UCE3-UBE2rBECCr4BE1BECCr2RUURUUU
11、I)21()21(243C44C4B4C1EIIIII22C422C2B1E2B1B1Cr)21)(11(IIIIIIIIrr22C24241III11/13UCCT1T3T2I六、有源负载放大器六、有源负载放大器 电流源作为放大器的电流源作为放大器的交流负载交流负载。镜像电流源电流跟随且有倒镜像电流源电流跟随且有倒 相功能，变为同相共射电路。相功能，变为同相共射电路。RrT1uouiUCCT2T3IC3UCCIC3rououiUiUoT1rouiuoIC3IC1IC2UiT1T3T2uiuoC1C2II12/13be1ce3ce11be1oce11u)/()/(rrrrrrA UiUorbe
12、1rbe2rbe3rce21Ib12Ib23Ib3Ib3Ib2Ib1Uo11o2be2ce22b2ce2oUrrIrU)(2be3be3b31b11orrIIU3be1o3brUI1bei1brUI22be2be3berrr2123i1be2be11oUrrU121,3321be2ce1iourrUUA1beirR 2ceorR 作业：作业：41、42、4313/13T1T3T24.3 4.3 差动（差分）放大电路差动（差分）放大电路 Differential Amplifier4.3.1 4.3.1 差动放大器的性能要求及基本电路差动放大器的性能要求及基本电路1、直接耦合放大器的、直接耦合放
13、大器的零点漂移零点漂移要要小小：2、对、对两个两个输入信号的输入信号的差值差值进行进行放大放大：3、对、对两个两个输入信号的输入信号的平均值平均值进行进行抑制抑制：RB1RB2RERCT1UCCUi1+Uo1-RB1RB2RERCT2Ui2+Uo2-+Uo -1 i1u1oUAU2i2u2oUAU2o1ooUUUu2u1u:ifAAA1/15)(2i1 iuUUAi2i1udodUUAU2/i2i1ucocUUAU直流工作点稳定直流工作点稳定差动放大器的基本电路差动放大器的基本电路 电路完全对称，即左右两边电路参数完全相同。电路完全对称，即左右两边电路参数完全相同。RERCT1UCCUi1RE
14、RCT2Ui2+Uo -UEERB1RB2RB1RB2RERL2/15直流工作点分析：直流工作点分析：静态时：静态时：Ui1Ui20电路对称电路对称关键的一步是通过关键的一步是通过RE求电流求电流 I。RCT1UCCUi1RCT2Ui2+Uo -UEERERLV7.0BEQEQ UUIEEEEEEEQV7.0)(RURUUIV7.0CQC1CCEQCC1QCCCE2QCE1QRIUURIUUUIIIII21E2QQE1C2QC1QCC1QCC2QC1QRIUUUC UEQUoUC1QUC2Q03/154.3.2 4.3.2 差动放大器的性能及分析方法差动放大器的性能及分析方法一、对一、对特定特
15、定输入信号的放大输入信号的放大（一）（一）差模放大差模放大特性特性(Differential Mode)差模输入信号：差模输入信号：幅度相等、相位（符号）相反幅度相等、相位（符号）相反。Ui1=Uid1，Ui2Uid2，Uid1=Uid2电路电路对称中点电位不变对称中点电位不变：差模地差模地。差模等效电路：差模等效电路：差模输出信号：设差模输出信号：设 Aud1Aud2AudUod1=Aud Uid1，Uod2 Aud Uid2，Uod1=Uod2 差模信号差模信号Uod=Uod1Uod2 =Aud(Uid1Uid2)=Aud UidUid=Uid1Uid2=2Uid1=2Uid2Uod=Uo
16、d1Uod2=2Uod1=2Uod2RCT1UCCUi1RCT2Ui2+Uo -UEERERLI +Uid2 -RCT1RCT2+Uod -+Uod1 -+Uod2 -+Uid1 -2LR2LR4/15+Uod2 -1 1、差模电压放大倍数、差模电压放大倍数双端输入双端输出：双端输入双端输出：双端输入单端输出：双端输入单端输出：T1管管C极输出：极输出：T2管管C极输出：极输出：单端输出单端输出差模电压放大倍数是差模电压放大倍数是双端输出双端输出的一半的一半，分为，分为反相反相和和同相同相输出端输出端。2 2、差模输入电阻：、差模输入电阻：Rid=2rbe3 3、差模输出电阻：、差模输出电阻：
17、双端输出双端输出 Rod=2RC 单端输出单端输出 Rod(单单)=RCRCT1RCT2+Uod -+Uod1 -+Uid1 -Uid2 +2LR2LRbeL2idod2id11odidodud22rRUUUUUUALCL21RRR beLudid11odid2od(ud22212rRAUUUUA单）+Uid -beLudid1od1idod1)ud1(2212rRAUUUUA单5/15+Uod2 -差模放大波形差模放大波形RCT1RCT2+Uod -+Uod1 -+Uid1 -Uid2 +2LR2LR +Uid -6/15（二）（二）共模抑制共模抑制特性特性(Common Mode)共模输入
18、信号：共模输入信号：幅度相等、相位（符号）相同幅度相等、相位（符号）相同。Ui1Ui2Uic电路两边对称电压、电流变化相同。电路两边对称电压、电流变化相同。共模等效电路：共模等效电路：Uei RE2IeREIe(2RE)共模输出信号：共模输出信号：设设Auc1Auc2Uoc1Auc1Uic，Uoc2Auc2Uic，Uoc1Uoc2Auc1UicAuc2UicUocAucUic Uoc1Uoc201、共模电压放大倍数、共模电压放大倍数双端输出双端输出RCT1UCCUi1RCT2Ui2+Uo -RERL-UEEiUeIeIeRCT1RCT2+Uoc -+Uoc1 -+Uoc2 -+Uic -+Ui
19、c -2RE2REIeIe0icocucUUA7/15单端输出单端输出通常通常(1+)2RErbe如果如果 RE RC，则，则Auc(单单)1。电路静态工作点受外接环境因素的影响是相同的，故电路静态工作点受外接环境因素的影响是相同的，故零点零点漂移漂移可看作共模信号，故可看作共模信号，故差放电路能有效克服差放电路能有效克服零点漂移零点漂移。差动放大器对共模信号的抑制作用，除取决于电路的对称差动放大器对共模信号的抑制作用，除取决于电路的对称性外，主要体现在性外，主要体现在RE电阻的负反馈作用电阻的负反馈作用上。上。差动放大器放大差模信号、抑制共模信号是其特有的性能差动放大器放大差模信号、抑制共模
20、信号是其特有的性能RCT1RCT2+Uoc -+Uoc1 -+Uoc2 -+Uic -2RE2RE +Uic -ic2ocic1oc)(ucUUUUA单EbeC2)1(RrREC)(uc2RRA单差动放大器对共模信号差动放大器对共模信号不是放大而是抑制。不是放大而是抑制。8/152 2、共模输入电阻、共模输入电阻3 3、共模输出电阻、共模输出电阻单端输出单端输出双端输出双端输出（三）（三）共模抑制比共模抑制比 由于由于RE电阻不影响差模信号放大，可能差模放大倍数相同电阻不影响差模信号放大，可能差模放大倍数相同而共模放大倍数不同，为综合反映差动放大电路对差模信号而共模放大倍数不同，为综合反映差动
21、放大电路对差模信号放大而对共模信号抑制的性能特点，定义共模抑制比放大而对共模信号抑制的性能特点，定义共模抑制比单端输出单端输出RCT1RCT2+Uoc -+Uoc1 -+Uoc2 -+Uic -2RE2RE2)1(212EbeicicicicicRrIUIURC)(ocRR单ucudCMRAAK)dB(lg20ucudCMRAAKCoc2RR9/15CbeELECbeL)单uc()ud(CMR)2()2(RrRRRRrRAAK单共模放大波形共模放大波形RCT1RCT2+Uoc -Uoc1 Uoc2 +Uic -Uic +RE RL +Uec -10/15二、对任意输入信号的放大二、对任意输入信
22、号的放大差模输入信号：差模输入信号：共模输入信号：共模输入信号：一对任意信号可分解为差模信号与共模信号的线性叠加。一对任意信号可分解为差模信号与共模信号的线性叠加。差模信号为两信号的差值，共模信号为两信号的平均值。差模信号为两信号的差值，共模信号为两信号的平均值。RCT1Ui1RCT2Ui2+Uo -UEERERLIUCC2i2i1 i1 i1 i21212121UUUUUic1id2i1 i2i1 i22UUUUUUi11 i2i2i2i21212121UUUUUic2idi21 i2i1 i22UUUUUU2i1 iid21ididUUUUU22i1 iicUUUicidi121UUUic
23、idi221UUU11/15输出信号输出信号：RCT1Ui1RCT2Ui2+Uo -UEERERLIUCCoc1od1oUUUic)(ucidud21UAUA单ocod22oUUUic)(ucidud21UAUA单)(2ii1udidud2o1ooUUAUAUUU)1(id)(ud1ic)(ucid)(ud1ic)(ucid)(ud11oUAUAUAUAUAU单单单单单)1(idCMRicid)(ud1UKUUA单id)(ud1UA单Ue 22i1 iiceUUUUid)单ud2(idCMRicid)ud2(o2)1UAUKUUAU（单 如果共模抑制比足够大，如果共模抑制比足够大，任意信号输入
24、时，不论任意信号输入时，不论双端双端输输出还是出还是单端单端输出，差动放大器输出，差动放大器近似只对输入信号差值放大。近似只对输入信号差值放大。12/15Uo1 Uo2 任意信号放大波形任意信号放大波形RCT1RCT2+Uo -Uo1 Uo2 +Ui1 -Ui2 +RE RL +Ue -UCC-UEEUid Uic 13/15例：例：电阻电阻RE=4.3k，RC=4.3k，UCC=UEE=9V；1=2=100；Ui1=202mV，Ui2=200mV。求求Uo。解：解：静态工作电流：静态工作电流：rbe电阻：电阻：差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：共模抑制比
25、：共模抑制比：输出电压：输出电压：mA1221EEEEQ2EQ1RUIII)dB44(1665.083)单uc()单ud()单(CMRAAKRCT1Ui1RCT2 Uo -UEEREIUCCUE Ui2k6.2)1(EQTbeIUrV7.4CCQ1CCCQ2CQ1RIUUU832.6k2k3.4100221beCud)ud2(rRAA单5.02)1(EbeC)uc(RrRA单mV66)2mV166201mV-mV(1283)1(idCMRicid)ud2(oUKUUAU单14/15例：如图，单端输入单输出。例：如图，单端输入单输出。差模输入：可视为差模输入：可视为Ui20组合电路分析：组合电路
26、分析：CCCB组态组态T1Ui1RCT2 Uo -UEERERLIUCCi1i2i1idUUUUi1i2i1ic212UUUUbeLCud)(rRRA作业：作业：44、45EbeLC)单uc(2)1()(RrRRAic)单uc(idudo21UAUAUi1EbeLCi1beLC212)1()(2)(URrRRUrRRbeLCEbeEi1ou)(2)1()1(rRRRrRUUAT1Ui1T2 Uo -UEEREILCRRCCLCLURRREbeEbeEbebeEu12)1()1()1)(1()1)(1(RrRrRrrRAbeLCu2)(rRRAu2u1uAAA 15/15例：如图，单端输入单输出
27、。例：如图，单端输入单输出。1 1、差动放大器分析：、差动放大器分析：差模输入，可视为差模输入，可视为Ui202、组合电路分析：、组合电路分析：CCCB组态组态T1Ui1RCT2 Uo -UEERERLIUCCT1Ui1T2 Uo -UEEREILCRRCCLCLURRRrbe1rbe2RERC|RLUi1 Uo 1Ib12Ib2rbe1rbe2RERC|RLRC|RLUi1 Uo 1Ib12Ib2e1e2b1c1c2b2例：例：电阻电阻RE=4.3k，RC=4.3k，UCC=UEE=9V；1=2=100；Ui1=202mV，Ui2=200mV。求求Uo。解：解：静态工作电流：静态工作电流：r
28、be电阻：电阻：差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：共模抑制比：共模抑制比：输出电压：输出电压：mA1221EEEEQ2EQ1RUIII)dB44(1665.083)单uc()单ud()单(CMRAAKRCT1Ui1RCT2 Uo -UEEREIUCCUE Ui2k6.2)1(EQTbeIUrV7.4CCQ1CCCQ2CQ1RIUUU832.6k2k3.4100221beCud)ud2(rRAA单5.02)1(EbeC)uc(RrRA单mV66)2mV166201mV-mV(1283)1(idCMRicid)ud2(oUKUUAU单4.3.3 4.3.3 具
29、有电流源的差动放大电路具有电流源的差动放大电路RE电阻的影响：电阻的影响：静态工作电流：静态工作电流：rbe电阻：电阻：1、提高共模抑制比作用有限，最大值与、提高共模抑制比作用有限，最大值与RE无关；无关；REIEQ Auc、Aud同时影响直、交流。同时影响直、交流。2、共模电压影响共模电压影响静态电流静态电流，从而影响，从而影响差模放大倍差模放大倍数数，所以，必须限制，所以，必须限制共模输入电压范围共模输入电压范围。电流源：电流源：直流提供偏置直流提供偏置 交流作为有源负载交流作为有源负载EEEEQ221RUIIEEEicEQ221RUUIIRCT1Ui1RCT2+Uo -UEEREIUCC
30、UE Ui2RCT1Ui1RCT2+Uo -UEEIUCCUi2EETEEQTbe2)1()1(UURIUr1/12TEECTLEECbeELECbeL)CMR(22)2()2(UURURURrRRRRrRK单 +UR2 -一、直流工作点分析：直流工作点分析：电流源电流电流源电流I=IC3即静态电流与即静态电流与UEQ（Uic）无关，）无关，共模电共模电压压Uic不影响差模放大倍数。不影响差模放大倍数。RCT1Ui1RCT2+Uo -UEEI=ICQ3UCCUi2R1R2R33BEQ32REQ3CQ3RUUIICQ3CQ2CQ121IIICCQ1BEQ1CCCEQ2CEQ1RIUUUUBEQ2
31、EQUUUEQT32/12EE212EE212R2)(0URRRURRRU二、差模放大倍数：二、差模放大倍数：三、共模放大倍数：三、共模放大倍数：四、共模抑制比：四、共模抑制比：共模抑制比大幅提高。共模抑制比大幅提高。RCT1RCT2+Uod -+Uod1 -+Uod2 -+Uid1 -Uid2 +Uid -RCT1RCT2+Uoc -+Uoc1 -+Uoc2 -+Uic -2ro2roobeCicoc1)单uc(2)1(rrRUUAbeLidodudrRUUAoTC3CbeLo)CMR(2rUIRrRrK单3/123be33ce3o1RrRrr四、共模输入电压范围：四、共模输入电压范围：下限
32、范围：保证下限范围：保证T3管不饱和。管不饱和。UicUC3(sat)+UBE1UB3+UBE1上限范围：上限范围：保证保证T1、T2管不饱和。管不饱和。UicUC1 UB3+UBE Uic UC1考虑差模电压的变化，实际范围可能更小。考虑差模电压的变化，实际范围可能更小。五、差模输入电压范围五、差模输入电压范围 输入端放大管的输入端放大管的发射结反向击穿电压发射结反向击穿电压。RCT1Ui1RCT2+Uo -UEEI=IC3UCCUi2UB3R1R2R3UET34/12 +uBE2-+uBE1 -4.4.4 4.4.4 差动放大器的传输特性差动放大器的传输特性 差动放大电路输出电流或输出电压
33、差动放大电路输出电流或输出电压随差模输入电压随差模输入电压大范围变化的特性大范围变化的特性。放大状态下：放大状态下：RCT1 +uid -RCT2+uo -UEEIUCCiC1iC2TBE1TBE1/S/SE1e)1(UuUuIeIiTBE2TBE2/S/SE2e)1(UuUuIeIi)1()1(E2E1E2E1E2E1E2E1iiiiiiiiITidE2C22th22UuIIiiCC2C1CC2CCCC1CCO2O1O)()()(RiiRiURiUuuuTidTid/E2/E11e1UuUueiiBE2BE1uuTidTidTidTid2222Tideeee2thUuUuUuUuUu5/12
34、Tid/E1C12th221TidUuIIeIiiUu 一、一、iC1、iC2电流之和恒为电流之和恒为I二、传输特性具有非线性特性二、传输特性具有非线性特性误差小于误差小于5%即当即当近似线性特性近似线性特性:当当限幅特性限幅特性TidC2C12thUuIiiTidCCC2C1O2th)(UuIRRiiuxxxxx.1523th53)5.0(xmV26TidUuiC1iC2uoI21Q0uiduid02UT2UT-2UT-2UT4UT-4UTIRC-IRCidTCo2UUIRumV1004TidUuI6/12扩展线性范围的措施：扩展线性范围的措施：1、差放管基极串接电阻、差放管基极串接电阻RB
35、；2、差放管射极串接电阻、差放管射极串接电阻R。线性范围扩展，增益降低。线性范围扩展，增益降低。三、差动放大器的三、差动放大器的增益增益与与 I 成正比。成正比。小信号时，小信号时，iC受受uid线性控制线性控制差模电流差模电流RBT1 +Uid -RBT2-UEEIiC1iC2RRiC1iC2I21Q0uid2UT-2UT4UT-4UTR(RB)QidCQidCmdduiuigC1C2C1C2 iiiiTm1QidC1m22dd2UIguigCmQidCCQidoudddddRguiRuuAIURTC2 BB2BE2BB1BE1idRiuRiuu EE2BE2EE1BE1idRiuRiuuT
36、CQ1UI7/124.3.5 4.3.5 差动放大器一般结构及实际误差差动放大器一般结构及实际误差一、差动放大器一般结构一、差动放大器一般结构放大器：放大器：共射极组态共射极组态共基极组态共基极组态共集极组态共集极组态组合电路组合电路场效应管电路场效应管电路公共电极耦合连接；公共电极耦合连接；放大特性：放大特性：1、仅放大差信号、仅放大差信号 ui1-ui2 抑制和信号抑制和信号 ui1+ui22、放大器对称两端输出差模信号、放大器对称两端输出差模信号 uo1=-uo2 公共耦合点输出共模信号公共耦合点输出共模信号 ug=(ui1+ui2)/23、双端输出增益为一边放大器增益，单端输出之为其一
37、半。、双端输出增益为一边放大器增益，单端输出之为其一半。放放大大器器放放大大器器UCC-UEE+ui1-+ui2-+uo1-+uo2-Ig8/12例：例：+Ui-+Uo -UCC -UEE RB RB RC RC +UB-IT1 T2 T3 T4 T3 T4 T1 T2 RD RD Rr UCC-UEE+Ui-+Uo -9/12二、实际差动放大器的误差二、实际差动放大器的误差 实际差放电路由于不可能做到实际差放电路由于不可能做到完全对称，如两管的完全对称，如两管的UBE、值和值和负载负载RC不一致，将产生误差。不一致，将产生误差。（一）产生误差的因素（一）产生误差的因素1、UBE发射结特性不一
38、致发射结特性不一致 两管发射结面积不同，其反向饱和电流两管发射结面积不同，其反向饱和电流IS不相等，施加相同结电压时，不相等，施加相同结电压时，IB电流就电流就不相等，即使不相等，即使值相同也会引起值相同也会引起IC电流不电流不相等，造成误差；相等，造成误差；2、值不一致值不一致 两管的基区宽度不一致，即使施加相同发射结电压，两管的基区宽度不一致，即使施加相同发射结电压，IB电流相等，也会引起电流相等，也会引起IC电流不相等，造成误差；电流不相等，造成误差；3、RC阻值不一致阻值不一致 RC阻值不一致时，即使放大管特性完全对称，也会造成误差。阻值不一致时，即使放大管特性完全对称，也会造成误差。
39、RC+RCRCT1T2+Uo -UEEIUCCIBIB10/12（二）误差电路模型及误差参数（二）误差电路模型及误差参数 零输入时双端输出不为零，称为零输入时双端输出不为零，称为失调失调(Offset)误差及其误差及其温漂温漂误差。误差。1 1、输入失调电压、输入失调电压UIO RC和发射结面积不对称。和发射结面积不对称。2 2、输入失调电流、输入失调电流IIO：RC和和不对称。不对称。RC+RCRCT1 +Uid -T2+Uo -UEEIUCCIB1IB2 UIO-+IIO/2 IIO/2IBIBSSCCTBE2BE1IOIIRRUUUU05.0,01.0SSCCIIRRmV5.1IOUCC
40、BB2B1IORRIIII1.010BIOII2B2B1BIII11/12调零电路：调零电路：(1)、发射极调零发射极调零(2)、集电极调零、集电极调零3、失调的温度漂移（、失调的温度漂移（温漂温漂）RCT1RCT2+Uo -UEEIUCCiC1iC2RSRSRWRCT1RCT2+Uo -UEEIUCCiC1iC2RSRSRWTUTUIIRRTUIOTSSCCIOddIOIOdd1ddITTI)C/V()C/nA(作业：作业：46、4812/12RCRCUCCT1T2-UEE 例题例题4-14 电路见图，设电路见图，设UCC=UEE=15V，I=2mA，RC=5k，uid=1.2sint(V)
41、.(1)试画出试画出uo的波形，并标出波形幅度；的波形，并标出波形幅度；(2)若若RC变为变为10k，uo波形有何变化？为什么？波形有何变化？为什么？解：解：uidm=1.2V4UT100mV，处于，处于限幅特性区限幅特性区。(1)静态时，静态时，iC1=iC2=I/2=1mA，uC1=uC2=UCC-RCI/2=10V，uo=uC1-uC2=0.动态时，动态时，iC1p=I=2mA，iC2p=I-iC1p=0.截止截止。uC1p=UCC-RCI=5V，放大放大，uC2p=UCC=15V，uo=uC1p-uC2p=-10V；反之；反之uo=10V。(2)静态时，静态时，uC1=uC2=5V，u
42、o=uC1-uC2=0.动态时，动态时，iC1p=IC1(sat)UCC/RC=1.5mA，uC1p=UCC-RCiC1p=0V，饱和饱和，则则 iC2p=I-iC1p=0.5mA，uC2p=UCC-RCiC2p=10V，放大放大。uo=uC1p-uC2p=-10V，反之，反之uo=10V。*但但若若RC=7.5k，则一管接近则一管接近饱和饱和时时另一管接近另一管接近截止截止，uom=15V。+uo -+uid -It0uo/ViC1 iC2 uid/Vt01.2 -1.2 10 -10 集成运算放大器的电路特点集成运算放大器的电路特点 输输入入级级中中间间级级输输出出级级直流偏置电路直流偏置
43、电路+Uid-UoT1T2-UCCUCCRL4.4 4.4 集成运放的输出级电路集成运放的输出级电路集成运放要求输出电阻小：集成运放要求输出电阻小：射极输出器；射极输出器；输出级要求较高的负载能力，输出级要求较高的负载能力，输出较大功率，电路自身功耗小：输出较大功率，电路自身功耗小：互补对称互补对称射极输出器。射极输出器。（推挽）（推挽）一、工作原理一、工作原理1、ui0V，T1、T2管截止不导通，管截止不导通，iE1iE20，uo0V。2、ui0V，T1管导通、管导通、T2管截止，管截止，iE20，uo iE1RL ui。3、ui0V，T1管截止、管截止、T2管导通，管导通，iE10，uo
44、iE2RL ui。+uo -iE1iE2+ui -T1T2-UCCUCCRL ui 0 ui 0tt00ui uo T1通通T2断断T1断断T2通通1/10二、交越失真二、交越失真考虑三极管导通电压，实际应为考虑三极管导通电压，实际应为|ui|UBE(on)时时T1、T2导通导通，uo=ui;|ui|UBE(on)时时T1、T2截止，截止，uo=0V，将产生将产生交越失真交越失真。解决办法：解决办法：给给T1和和T2管提供预偏置，使其管提供预偏置，使其处于处于临界导通临界导通或或微导通微导通状态。状态。1、串联二极管偏置、串联二极管偏置ui=0V时，时，UBQ1=UBEQ1=UBE(on)，U
45、BQ2=-UBEQ2=-UBE(on)，uo=0V。ui0V时，时，uB1=ui+UBQ1 uo=uB1 UBE1=ui。ui0V时，时，uB2=ui UBQ2，uo=uB2+UBE2=ui。T1T2+uo -UCCUCCiE1iE2RL+ui -uB1 uB2 t0ui t0uo UBE(on)-UBE(on)交越失真交越失真D1D2RRuB1uB22/10 实际电路，合并前级放大。实际电路，合并前级放大。2、模拟电压源偏置（、模拟电压源偏置（UBE倍增电路倍增电路）调整调整ICQ3或或RC使零输出，调使零输出，调R1消除交越失真。消除交越失真。T1T2+Uo -UCCUCCRL+Ui -D
46、1D2RCT3T1T2+Uo -UCCUCCRL+Ui -RCT3T4R1R2ABAB212BE4URRRUBE(on)21BE421AB11URRURRUIICQ3IDBEQ1CCCOUIRUu0静态：静态：3/10调整调整ICQ3或或RC三、复合管三、复合管1、同型、同型复合复合（达林顿管达林顿管）(NPN-NPN 或或 PNP-PNP)T1T2iB1iC1iC2iE2iE1=iB2iB11C1iiB11B2E1)1(iiiB112B22E2)1)(1()1(iiiB1B12121)(ii212121)(TiE2iB1iB112B22C2)1(iiiB1B12121)1()1(ii21B1
47、121C2C1)1(iiiiT1T2T4/102、异型复合（反馈对管）、异型复合（反馈对管）(PNP-NPN 或或 NPN-PNP)T1T221iB1iE1iC1=iB2iC2iE2iB11E1)1(iiB11B2C1iiiB121B22C2iiiB112B22E2)1()1(iii21211B1B1211C2E1)1()1(iiiiiTiB1iE2iT1T2T5/10B1B1211)(ii复合管射极输出器：复合管射极输出器：T1T2+Uo -UCCUCCRL+Ui -RCT3T4R1R2ABT3T4T1T2-UCCUCCRL+Ui -RCT3T4R1R2ABT3T4+Uo -6/104.5
48、4.5 F007集成运放电路集成运放电路一、输入级电路一、输入级电路T1-T3、T2-T4共集共基组合共集共基组合差分放大差分放大电路；电路；T5-T6电流源电流源有源负载有源负载，双端变单端输出电路；，双端变单端输出电路；T8-T9-T10输入偏置电流，输入偏置电流，共模负反馈共模负反馈。二、中间增益级二、中间增益级T16-T17复合管复合管共射放大共射放大电路。电路。三、输出级电路三、输出级电路T14-T18-T19互补对称互补对称射极输出射极输出电路；电路；T15电压倍增电路电压倍增电路。四、偏置电路四、偏置电路T11-T12电流源参考电流电流源参考电流；T13有源负载。有源负载。输输入
49、入级级中中间间级级输输出出级级直流偏置电路直流偏置电路UiUo7/10 F007（A741）电路原理图电路原理图输入级输入级中间级中间级输出级输出级参考参考电流电流IrIo00同相端同相端 反相端反相端8/10集成运放电路符号：集成运放电路符号：封装形式：封装形式：F007uou-u+u+u-uo12348765741Au uuo-UEE+UCC2233669/10部分集成运放参数表 输入失调电压输入失调电流的温漂OSU的温漂OSI输入偏置电流开环差模增益共模抑制比差模输入电阻电源电压名称参数符号单位型号品种类型通用型高精度IOUIOITId/dIOTUd/dIOIBIudACMRKidRUU
50、/mVCnA/nAnAdBdBkVCV/A741)(F007 四运放）(F324 177OP5G76502100201200100801000189155.11552545100700.0040.30.03-3101.50.51421404104-31050.05120120910型MOS101.080767105.7作业：作业：413、414、416 14573G510/106.6 MOS集成运算放大器集成运算放大器一、一、MOS集成运算放大器的分类：集成运算放大器的分类：1、NMOS：N沟道沟道MOS管组成管组成 放放 大大 管：增强型管管：增强型管(E-MOS)；有源负载：有源负载：E-
