山东大学模拟电路第5章

（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。集成电路的工艺特点：集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成的多级放大器。集成电路模拟集成电路：集成运算放大器、功率放大器、模拟乘法器、锁相环、稳压器等。数字集成电路集成电路分类：直接耦合放大电路的特殊问题——零点漂移零漂现象：产生零漂的原因：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。输入ui=0时，，输出有缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。+++—-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEEuo0t第一级是关键例如100,=u1A若输出有1V的漂移电压。则等效输入有100uV的漂移电压假设100=u2A等效100uV漂移1V+++—-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEE10000=uA减小零漂的措施(稳定Q的措施)★用非线性元件进行温度补偿★采用负反馈★采用差动式放大电路+++b2Rb1b1CCTCRRVRu+-Lo-+uiCb2Rce射偏电路+Rb1CCTVRc★用热敏元件进行温度补偿5.1差动放大电路一.结构:对称性结构即：1=2=UBE1=UBE2=UBErbe1=rbe2=rbeRC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb差动放大电路一般有两个输入端：ui1，ui2有两个输出端:uo1，uo2-++-_-o2Ru+RT+RbTCC1R+EEueb2oVRc－cV+i2u－ui1uo12020/1/212.差动放大电路可以有两个输出端。双端输出——从C1和C2输出。单端输出——从C1或C2对地输出。二.几个基本概念-++-_-o2Ru+RT+RbTCC1R+EEueb2oVRc－cV+i2u－ui1uo11.差动放大电路一般有两个输入端：双端输入——从两输入端同时加信号。单端输入——仅从一个输入端对地加信号。3.差模信号与共模信号i2i1id=uuu差模输入信号：)(21=i2i1icuuu共模输入信号：idodud=uuA差模电压增益：icocuc=uuA共模电压增益：总输出电压：icucidudocodo=uAuAuuuucudCMR=AAK4.共模抑制比+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV2020/1/21-++-_-o2Ru+RT+RbTCC1R+EEueb2oVRc－cV+i2u－ui1uo1i2i1id=uuu差模信号：)(21=i2i1icuuu共模信号：idodud=uuA差模电压增益：icocuc=uuA共模电压增益：总输出电压：icucidudocodo=uAuAuuuidiCi121uuu11mV9mV2mV11mV9mV10mVidiCi221uuu10110-1ucudCMR=AAK4.共模抑制比eEERe)(7.0=RVVI三.差动放大电路的基本工作原理0=i2i1uu忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0VReCC2C121=IIIICE2CE1=UU)7.0(CCCCRIVCB1B1III0=C2C1OUUU+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV1.静态工作点的计算：2.抑制零漂的原理:Uo=UC1-UC2=0当ui1=ui2=0时，当温度变化时：UC1=UC2设Tic1,ic2uc1,uc2uo=uc1-uc2=0+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV(1)加入差模信号ui1=-ui2=uid/2，3.电路的动态分析所以，Re对差模信号相当于短路。若ui1,ui2ib1,ib2ie1,ie2IRe不变UE不变uic=0。++_---RRT+RbTCC1REEueb2VRc－cV+i2u－ui1oidu2idu2-IReEo2u++uo1LR--+-2+REidb2TuTi1idb－－1RRucc+i22uRu-uEu++o1ouo2①求差模电压放大倍数：因为ui1=-ui2设ui1,ui2uo1,uo2。电路对称│uo1│=│uo2│uo=uo1–uo2=2uo1--+-2+REidb2TuTi1idb－－1RRucc+i22uRu-uEu++o1ouo2beLcd)2//(rRRRAbu差模电压放大倍数2i1iOduuuuA1iO122uu1iO1uu++++ibβberR-+Co1uRL-+ui1icib2bR②差模输入电阻beid2rRRb③输出电阻co2RR(2)加入共模信号ui1=ui2=uic，uid=0。设ui1，ui2uo1，uo2。因ui1=ui2，uo1=uo2uo=0(理想化)。共模电压放大倍数0ucA-+--_+uueuR1CCRETo1RL+i2uic+cuRobT+RebI2－RVVo2－cR+i1uEEicu共模抑制比ucudCMR=AAK(3)一般输入信号情况i2i1id=uuu差模输入信号：)(21=i2i1icuuu共模输入信号：idodud=uuA差模电压增益：icocuc=uuA共模电压增益：总输出电压：icucidudocodo=uAuAuuu四.差动放大器的输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双入双出）2.双端输入、单端输出（双入单出）3.单端输入、双端输出（单入双出）4.单端输入、单端输出（单入单出）主要讨论的问题有：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模输入电阻输出电阻共模抑制比1.双端输入双端输出(1)差模电压放大倍数（2）共模电压放大倍数0ucA（3）差模输入电阻beid2rRRb（4）输出电阻co2RR-+-_-+o－o2－cu+bV2uuRLRi2+o1TeRRui1cVbCCuEE++R1TRbeLcdu)2//(rRRRAb(5)共模抑制比CMRKbebLcud2//rRRRA2.双端输入单端输出这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。(1)差模电压放大倍数（2）差模输入电阻beid2rRRb（3）输出电阻coRR+_－－cu+bV2uRLRi2o1TeRRi1cVbCCuEE+R1TR+－（4）共模电压放大倍数+_－－cu+bV2uRLRi2o1TeRRi1cVbCCuEE+R1TR+－icuuiciReui1=ui2=uic，设ui1，ui2ie1，ie1。iRe（=2ie1）画出共模等效电路uucic+－b－1u－Ricci1T2RRo1RuuT+i2bR+LieRe1Re22ie2ico1icocuc=uuuuAebebL2)1('=RrRReL2'RR求共模电压放大倍数：uucic+－b－1u－Ricci1T2RRo1RuuT+i2bR+LieRe1Re22ie2++++βi-RbeuLuRR++r-bo1CbbiicciRe23.单端输入双端输出beLcd)2//(rRRRAbuui1=－ui2=ui/2计算同双端输入双端输出：0ucAbeid2rRRbco2RR_RRT+RbT1EEeb2V－iuiRei1u+-i2u+-单端输入等效双端输入:因为Re＞＞从T2发射极看进去的等效电阻，故Re可视为开路，于是有beLcd2//rRRRAbu4.单端输入单端输出计算同双入单出：eLc2'RRAubeid2rRRbcoRR_+VRi1RbecV2TR－R+LbcuEEo1uRRRe－TCC1i+注意放大倍数的正负号：设从T1的基极输入信号，如果从uo1输出为负号；从uo2输出为正号。差动放大器动态参数计算总结双端输出时：beLcdu)2//(rRRRAb单端输出时：beLcud2//rRRRAb(2)共模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：单端输出时：0ucAeLuc2'RRA(1)差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：(3)差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。单端输出时，双端输出时，coRRco2RRbeid2rRRb(4)输出电阻(5)共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。bebeeLbebLCMR2/')(2/'rRRRRrRRKucudCMRAAKdBlg20ucudCMRAAK，或双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：五.带恒流源的差动放大电路等效很大的交流电阻R等效恒流源的作用直流电阻较小不影响直流工作点。bebCMRrRRK等效+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeVR等效R等效对差模信号短路不影响差模指标等效RRA2'LucBJT电流源电路+++VCCRRb1Teb2RLRCI射极偏置电路具有稳定的直流IC++cI符号带恒流源的差动放大电路的计算：静态工作点：++_-RRT+RbTCC1REEub2VRc－cV+i2u－ui1oRL3R1R2T3Ic3AB211EEABRRRVU3ABC3V7.0RUI2C3C2C1III动态指标：恒流源等效电阻：)//1(321be33ceRRRrRrR等效套用前述基本差放的各项公式（用R等效代替Re）CB1B1IIIC2C1=UUCCCCRIV1.镜像电流源2.微电流源3.多支路比例电流源4.电流源作有源负载5.2集成运算放大器中的单元电路一.电流源电路二.差动输入级三.输出级1.有源负载差动放大电路2.共集—共基差动输入级1.互补对称射极输出电路2.克服交越失真的互补对称电路1.镜像电流源基准电流：C1C2=II一.电流源电路RUVIBECCR=RVCC+RTIIC11VTR2CCIC2IB2(当BJT的足够大时)T1、T2的参数完全相同BRC12IIIRC2IIRVCCRI+REFTIIC11VTR2CCIB2无论T2的负载如何变化，IC2的电流值将保持不变。优点：结构简单缺点：β不足够大时存在误差；热稳定性差；适用于较大工作电流场合。2.微电流源e2BE2BE1RUUE2C2IIe2BERU+RII2CCRC2TIV1TC1IRe2E2RIVRUI2CCC2eTC2ln试探法：已知：IR=0.72mA，Re2=3kΩ，UT=26mV求得：IC2≈28uARe2引入负反馈，使IC2更加稳定。Re2使电流IC2减小（1）电流小（因为△UBE小）。（2）电流稳定（Re2的负反馈作用）特点：3.多支路比例电流源+RRIIC0IC1IC2IC3E1IE2IE3IR0R1R2R30TT1T2T3VCCIE0≈IC0≈IRIC1≈IE1则，可得：IRR0≈IC1R1R10C1IRRI在图中，T0、T1管，电阻R、R0和R1构成了比例电流源。有：IE0R0＋UBE0＝IE1R1＋UBE1因为：UBE0≈UBE1所以：IE0R0≈IE1R1同样，IC2和IC3也与IR成比例4.电流源作有源负载共射电路的电压增益为：becurRA而电流源的直流电阻较小，不会影响直流工作点。镜像电流源镜像电流源镜像电流源放大管IC2二.差动输入级1.有源负载差动放大电路T3、T4组成镜像电流源，作T1、T2的负载。+u