1、回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六1 第第4 4章章 差动放大电路和集成运算放大电路差动放大电路和集成运算放大电路回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六2零点漂移零点漂移:uot0 当当 u ui i=0=0 时：时：uiRC1R1T1R2+VCCuoRC2T2RE24.1 差动放大电路差动放大电路4.1.1 4.1.1 直接耦合特殊问题直接耦合特殊问题回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六34.1.1 典型差动放大电路典型差动放大电路两只晶体管参数完全相同，
2、具有相同的静态工作点，而有温两只晶体管参数完全相同，具有相同的静态工作点，而有温度变化所引起的参数的度变化所引起的参数的变化也具有对称性。变化也具有对称性。两个输入端两个输入端u ui1i1和和u ui2i2。信号可从两个集电极之间取出，称为双端输出信号可从两个集电极之间取出，称为双端输出u uo o 。有两个单。有两个单输出端输出端u u0101和和u u0202。1 1、特点、特点uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2REVEEu01u02回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六4双电源的作用：双电源的作用：I IB B1 1、I IB
3、B2 2由负电源由负电源-V VEEEE提供。提供。为了使左右平衡，可设置调零电位器为了使左右平衡，可设置调零电位器。加入负电源加入负电源 -V VEEEE ，采用正负双电源供电。，采用正负双电源供电。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2REVEE回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六5温度温度TICIE =2ICUEUBEIBICRE 强负反馈作用强负反馈作用ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE抑制温度漂移，稳抑制温度漂移，稳定静态工作点。定静态工作点。R RE E的作用的作用 设设ui1=ui2=0，静态时静态
4、时IC稳定稳定!回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六62.Q点的计算点的计算IC1IC2IBIBIEui1uo+VCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE001EEeEBEBbVRIVIR一般可以认为一般可以认为11BEBbVIReBEEEERVVI1EECCIIII21112112CBBIIIECCCCCECEVIRVVV1112回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六7例例 具有集电极调零电位器具有集电极调零电位器RpRp的差动式放大电路如所示。的差动式放大电路如所示。已知已知=50=50，V V
5、BE1=BE1=V VBE2BE2=0.7V=0.7V，当，当RpRp置中点位置时，求电路置中点位置时，求电路的静态工作点。的静态工作点。解：解：静态时静态时v vi1i1=v=vi2i2=0=0，有，有0011EEeEBEBbVRIVIR一般可以认为一般可以认为11BEBbVIRmAkVVRVVIeBEEEE13.147.0151mAIIIIEECC5.021112mAmAIIICBB01.0505.0112VVIRRVVIRRVVVBECPCCCECPCCCCECE2.8)()21()21(1111112回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六83
6、.动态分析动态分析1差模输入信号分量差模输入信号分量:共模输入信号分量共模输入信号分量:2两信号两信号大小相等、极性相反大小相等、极性相反两信号两信号大小相等、极性相同大小相等、极性相同ui1uo+VCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE两输入端加信号两输入端加信号(differential mode)(common mode)回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六93实际对地输入实际对地输入:ui1,ui2差模分量:共模分量:ud=ui1-ui2uC=ui1=uC+ud/2ui2=uC ud/2叠加定义2ui1+ui2例：ui1=20 mv
7、,ui2=10 mv 则：ud=20-10=10mv,uc=(20+10)/2=15mv ui1=15+10/2=20mv,ui2=15 10/2=10 mv ui1uo+VCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六10输入端输入端双端双端单端单端输出端输出端双端双端单端单端ui1+VCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RB-VEE4.差放电路的差放电路的4种接法种接法回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六11 双端输入、双端输出双端输入、双端输出i
8、diuu211idiuu212仅差模信号仅差模信号!两个输入信号的大小两个输入信号的大小相等，极性相反相等，极性相反+VCC-VEEuiduoRCT1RBRCT2RBRERR+-+-回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六12RE对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ic1 =-ic2iRE=ie1+ie2=0ib1,ic1ib2 ,ic2RE对差模信号对差模信号不起不起作用作用，短接，短接uRE=0iRE+VCC-VEEuiduoRCT1RBRCT2RBRERR+-+-回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日
9、星期六13差模信号交流通路差模信号交流通路T1单边微变单边微变等效电路等效电路 ui2 ui1RR uod1 uod2 uodC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBib2ib1ic1ic2RBui1ib1uod1RC ib1RBc1b1erbe1uoduid回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六14双入双出放大倍数双入双出放大倍数i1od1d1uuAd111idodd22AuuuuAiod单边差模放大倍数单边差模放大倍数:1111)(beBCbeBbCbrRRrRiRi21ddAAuod1RBb1ec1RC ib1ui1rbe1ib1c1RBRB
10、b1eRC ib1rbe1ib1uiduodui1uod1回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六15若差动电路带负若差动电路带负载载RL(接在接在c1与与c2之之间间),对于差动信号而对于差动信号而言，言，RL中点电位为中点电位为0,放大倍数：放大倍数：11)21/(beBLCdrRRRAAd =Ad1双端输出：双端输出：c1RBRBb1eRC ib1rbe1ib1uiduod回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六16Ro=2 RC)(21BbeiRrR输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：输入输出电阻输
11、入输出电阻:C1RBRBB1ERC ib1ui1rbe1ib1uiduoduod1iRoR回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六17beBCdiodrRRAuuA21212uu111idoddC1RBRBB1ERC ib1rbe1ib1uiduodui1uod1 双端输入、单端输出双端输入、单端输出单端输出单端输出差模放大倍数差模放大倍数为为Ad1的一半！的一半！回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六18共模信号输入共模信号输入 uocuiCiRE=2ie1-VEE+VCCREC1B1C2EB2RCT1RB
12、RCT2RB两输入信号大小相两输入信号大小相等、极性相同。等、极性相同。iciiuuu21共模信号共模信号!ie1ie2回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六19共模信号共模信号交流交流通路通路uiC uoc2 uoc1uoc2REERCT1RBRCT2RB ic1 ic2ie1uiC ie22REiRE=2ie1双端输出双端输出u uococ=0,=0,A AOCOC=0!=0!回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六20T T1 1单边微变等效电路单边微变等效电路21112)1(CEbBcicocCARr
13、RRuuAuiCuoc1ib1RC ib12REie1rbe1ic1uoc1ib1RC ib12RErbe1RB很小！很小！单端（对地）输出单端（对地）输出电路电路共共模模单端输出单端输出放大倍数放大倍数:回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六21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:KCMRR=KCMRR=(分贝分贝)idodduuAicoccuuAcdAAcdAAlog20共模抑制比共模抑制比定义：定义：回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六220co2co1ococ2oc
14、1uuuuu共模双端输出电压放大倍数：共模双端输出电压放大倍数：0occicuuA说明双端输出电路对共模信号无放大作用双端输出电路对共模信号无放大作用，即完全抑制了共模信号，反映了它对零点漂移的抑制能力。共模抑制比共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。共模单端（对地）共模单端（对地）输出：输出：KCMRR KCMRR=cdAAA AC1C1=A=AC2C2很小！很小！共模双端输出：共模双端输出：21112)1(CEbBcicocCARrRRuuA回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六23 单单端输入、双端输出端输入、双端输出C
15、1RBRBB1ERC ib1rbe1ib1uiuOdui1uOd1d1dAA 一端接地一端接地差模电压放大倍数差模电压放大倍数:1beBCrRR输入信号输入信号分解后分解后具有具有共模信号分量和共模信号分量和差差 模模信号分量，信号分量，存在共模电压放存在共模电压放大倍数大倍数AC C和和差差 模电压模电压放大倍数放大倍数Ad对对A Ad d而言，双端与单端而言，双端与单端输入效果输入效果一样。一样。回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六24对对A Ad d而言，双端与单端而言，双端与单端输入效果输入效果一样。一样。双双(单单)端输入端输入双端输出：
16、双端输出：Ad =Ad1双双(单单)端输入端输入单端输出：单端输出：121ddAA 小结小结回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六25差动放大电路各点极性差动放大电路各点极性ui1uo+VCCRCRBRCRBui2-VEEREuo1uo2+ui1 与与uo1 、ui2 uo 反相反相，与与uo2、同相。同相。ui2与与uo2 、ui1 反相反相，与与uo1、uo 同相。同相。回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六26 RC RC+UCC V1 V2+uo (a)具有恒流源的差动放大电路 ui2 ui1 V3
17、 R1 R2 RE UEE RC RC+UCC V1 V2+uo ui2 ui1 UEE(b)图(a)的简化电路 I 恒流源恒流源比发射极电阻比发射极电阻R RE E对共模信号具有更强的抑制作用。对共模信号具有更强的抑制作用。改进的差动放大电路改进的差动放大电路回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六27例例 图示电路，设三极管的图示电路，设三极管的 r rbbbb100100，100100。(1)(1)求静态工作点；求静态工作点；(2)(2)求差模放大倍数；求差模放大倍数；(3)(3)当当v vi i为一直流电压为一直流电压16mV16mV时，计算时
18、，计算VTVTl l，VTVT2 2集电极集电极对地的直流电对地的直流电压压(忽略共模信号分量）。忽略共模信号分量）。VVVVBEzRE6.47.03.53mARVIEREE17.46.43VRIVVVCCCCCC45.91.55.012121mAIIIECC5.015.05.0321解解 (1)R(1)RE E上的电压上的电压vovi回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六28(2)VVE7.0VVVVVECCECE2.10)7.0(45.9121kIrrCbbbe3.55.026)1001(10026)1(差模放大倍数差模放大倍数 96530051
19、00100 beCdrRA (3)vi为为16mV直流电压，经放大后为直流电压，经放大后为VmVvAvidO54.115361696 VT1 集电极电压集电极电压VvVVOCC68.854.12145.92111 VT2集电极电压集电极电压VvVVOCC2.1054.12145.92122 vovi回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六294.2 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述将整个电路的各个元件做在一个半导体将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。基片上。集成电路集成电路:优点优点:工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便
20、、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。分类分类:模拟集成电路、数字集成电路模拟集成电路、数字集成电路小、中、大、超大规模集成电路小、中、大、超大规模集成电路4.2.1 集成运算放大电路特点集成运算放大电路特点回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六30集成运算放大电路外形图集成运算放大电路外形图回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六31集成电路内部结构特点集成电路内部结构特点1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。温度均一性好。2、电阻元
21、件由硅半导体构成，范围在几十到、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，高千欧，高阻值电阻用三极管有源元件阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。代替或外接。3、几十、几十PF以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、结的结电容构成、大电容要大电容要外接。外接。4、二极管一般用三极管的发射结构成。、二极管一般用三极管的发射结构成。回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六321.1.输入级输入级 高性能的差分放大电路，对共模信号有很强的抑制力，且一般采用双端输入双端输出的形式。4.4.偏置电路偏置电路 提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳
22、定工作点。3.3.输出级输出级 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。2.2.电压放大级电压放大级 提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。4.2.2 集成运放的组成集成运放的组成回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六33 运算放大器的符号中有运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出三个引线端，两个输入端，一个输出端。端。4.2.3 4.2.3 集成运放的符号和传输特性集成运放的符号和传输特性 u u+uo 另一个称为另一个
23、称为反相输入端，反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号端相反，用符号“N”N”表示。表示。uPuN+u+u uo 一个称为一个称为同相输入端同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号相同，用符号P表示；表示；回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六34A Auouo越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须在在输出与输入之间输出与输入之间加负加负反馈反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输入信号的线性范围。例：例：若若U UOMO
24、M=12V=12V，A Avovo=10=106 6，则，则|u ui i|12|12 V V时，运放处于线性区。时，运放处于线性区。线性放大区线性放大区uiuo_+AvoCCoOMVuUmaxuPuNuo+UOM-UOMui=up-uN传输特性传输特性回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六35电流源的特点电流源的特点输出电流恒定的电路。具有很高的输出电阻。电流源的用途电流源的用途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。2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、增大动态范围。4.3 4.3 集成运放中的电流源集成运放中的电
25、流源回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六36 4.3.1 4.3.1 镜像电流源镜像电流源则,BE2BE1BE21VVV基准电流基准电流 I IR R是稳定的，故输出电流是稳定的，故输出电流I IC2C2也是稳定的。也是稳定的。三极管三极管T1T1、T2T2特性完全相同特性完全相同回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六37接入接入R Re2e2电阻得到微电流源，适用微功耗的集成电路。电阻得到微电流源，适用微功耗的集成电路。2221eEBEBEBERIVVVIC2 远小于IREF RVCCREFI 当Re2
26、e2取几k 时，IC2可降至A量级。222eBEECRVII4.3.2 4.3.2 微电流源微电流源回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六38 增加两个发射极电阻，使两电阻中的电流成一定的比例关系。e2e1E1E2 e2 E2e1E1BE2BE1e2E2BE2e1E1BE1=RRII R IRIVVRIVRIV 4.3.3 4.3.3 比例电流源比例电流源212eeRCRRII回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六39 通过一个基准电流源稳定通过一个基准电流源稳定多个电流，图中一个基准电流多个电流，图中一个
27、基准电流I IREFREF可获得多个恒定电流可获得多个恒定电流I IC2C2、I IC3C3。4.3.4 4.3.4 多路电流源多路电流源 REFeeCIRRI212REFeeCIRRI313回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六40输入级输入级中间级中间级输出级输出级-VEE+VCCuo反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS u u 4.4 4.4 集成运放结构简介集成运放结构简介回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六41-VEE+VCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2I
28、S输入级输入级要求尽量减小零点漂移要求尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高,K,KCMRR CMRR,输入阻抗输入阻抗 R Ri i尽尽可能大。可能大。回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六42-VEE+VCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级中间级中间级要求足够大的电压放大倍数要求足够大的电压放大倍数回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六43-VEE+VCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级中间级中间级输出级输出级主要提高带负载能力
29、，给出足够的输出电流主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io，输出阻抗，输出阻抗 Ro小。小。回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六44通用型集成运放通用型集成运放F007F007回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六45（1 1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。差动放大器。（2 2）输入级输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。增加输入电阻。（3 3）输出级输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。提高带负载的能力。集成运放的结构特点集成运放的结构特点回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六46回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六47集成运放的种类集成运放的种类回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2022年年11月月19日星期六日星期六48第4章结 束
