中国科学技术大学线性电子线路清华大学出版社郭圆月

第五章集成运算放大电路§5.1概述§5.2差动放大器§5.5集成运放的电路分析及其性能指标§5.4互补输出级§5.3集成运放中的电流源电子线路5.1、集成运放的概念集成电路集成电路是一种在半导体材料上制作的微型化元器件和电路，满足特定功能.集成运算放大器集成运算放大器是模拟集成电路的基本器件，发展最早，主要应用于模拟数学运算，信号发生，放大，有源滤波，直流稳压等.电子线路5.1集成运放的特点（1）直接耦合方式：充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大电路和电流源电路。（2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。（3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。集成运算放大电路：首先用于信号的运算，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。电子线路5.1、集成运放电路的组成两个输入端一个输出端若将集成运放看成为一个‚黑盒子‛，则可等效为一个双端输入、单端输出的差动放大电路。简化符号电子线路5.1.集成运放电路四个组成部分的作用输入级：前臵级，多采用差分放大电路，抑制零漂。要求Ri大，输入端耐压高。中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。偏臵电路：各级设臵合适的静态工作点。采用电流源电路。电子线路5.1、输入信号预处理把输入信号分成共模信号（相同部分）和差模信号（不同部分）)(21)(21212121iidiicdcidciVVVVVVVVVVVV差模增益和共模增益：将放大器对原输入信号的放大能力，等效为对差模信号和对共模信号的放大能力1iV2iVoV12cVcVocV12dVdVodV120dococVccVVAVV0cododVddVVAVV电子线路5.1、输入信号预处理差动增益不仅与电路有关，还与输入信号有关，这与基本线性放大电路的交流性能指标不同.12222occddccdiiddVAVAVAVAAAVVVV共模抑制比CMRRCMRR表明一个差动放大器对共模信号的抑制能力，实际应用时，微弱信号通常以差模形式传输，而干扰一般是共模的，CMRR越大，表明放大电路抗干扰的能力越强()20lgdcACMRRACMRRdBCMRR线性电子85.1.差动电路的交流性能指标单端输入情况将双端输入拆解为两个独立的单端输入情况，即一端接信号源时，另一端交流接地1iV2iVoV12o1V12o2V12AA1A21iV2iV1122121212oiicdcdccddcdVAVAVAVVAVVAVAVAAAAAA电子线路举例1122dc1005.56.75015iiooiiVmVVVVVVVVmVAACMRR单端输出差动放大器，满足，求，及。131212235.555010010106.7510004501510cdAAAAAAAA解：方法1依题意，有则电子线路举例1122dc1005.56.75015iiooiiVmVVVVVVVVmVAACMRR单端输出差动放大器，满足，求，及。§5.2差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成三、半电路分析方法四、长尾式差分放大电路的交流分析五、具有恒流源的差分放大电路电子线路一、零点漂移现象及其产生的原因1.什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：差分放大电路电子线路零点漂移零输入零输出理想对称二、长尾式差分放大电路的组成信号特点？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？电子线路典型电路02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII在理想对称的情况下：1.克服零点漂移；2.零输入零输出；3.抑制共模信号；4.放大差模信号。B1B2C1C2R=RR=R电子线路三、长尾式差分放大电路的分析eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的吗？1.Q点：eEQBEQBQEE2RIURIVb晶体管输入回路方程：通常，Rb较小，且IBQ很小，故BEQcCQCCCEQURIVU选合适的VEE和Re就可得合适的Q电子线路2.抑制共模信号0)()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0cIcOccAuuA，参数理想对称时共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即IcI2I1uuu电子线路2.Re的共模负反馈作用0cIcOccAuuA参数理想对称时共模放大倍数Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电路，Re=?如T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。2.抑制共模信号电子线路3.放大差模信号C1OC21CC21CB21B2uuuuiiii△iE1=－△iE2，Re中电流不变，即Re对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu差模信号：数值相等，极性相反的输入信号.＋－2Idu＋－2Idu线性电子194.半电路分析方法差动放大器的垂直对称电路结构RC11sRRERB111sVRL＋VCC2sV2sRRC2RB2-VCC思路:垂直对称网络的二等分定理将全电路的分析简化为对半电路的分析及对输出电压的合成2N2N'121'2＋E－＋E－线性电子204.半电路分析方法共模输入情况2N2N'1I'2I'3I''1I''2I''3I'121'2＋E－＋E－2N2N'121'2＋E－＋E－0'''111III2N2N'121'2＋E－＋-E－0'''111VVV2N2N'1V'2V'3V''1V''2V''3V'121'2＋E－＋-E－差模输入情况线性电子215.基本型差动放大器的交流分析电路结构RC11sRRERB111sVRL＋VCC2sV2sRRC2RB2-VCC对称性改造RC11sR2RERB11sV2sV2sRRC2RB22RE2LR2LR线性电子225.基本型差动放大器的交流分析差模半电路分析:(1)双端输出RCsRRB1sV2LRRCsRRB1sVLR()2LCBdiesBsBRRRAhRRRR半()CLBdiesBsBRRRAhRRRR半(2)单端输出线性电子235.基本型差动放大器的交流分析共模半电路分析(1)双端输出RCsRRB1sVRL2RERCsRRB1sV2RE(2)单端输出2(1)2CCBciesBEsBERRRAhRRRRRR半'2(1)'2LBciesBEsBLERRAhRRRRRRR半线性电子245.基本型差动放大器的交流分析全电路分析:(1)双端输出1211222()oooocdcdodiiddocdcdVVVVAVAVVAVAVVVAVAV半半半半半半双端输出：02cdddAAAAACMRR半半交流指标：线性电子255.基本型差动放大器的交流分析dcACMRRA半半()2(1)'2(1)CLiesBELiesBiesBERRhRRRCMRRRhRRhRRR求Ac半和Ad半主要区别是对发射极电阻的处理，分别为2RE和0单端输出和双端输出的主要区别是对RL的处理，单端输出时均取RL，双端求Ac半时为无穷，求Ad半时RL/21212oooocdcddcdcocdcdVVVVAVAVAAAAVAVAV半半半半半半或（2）单端输出：；电子线路)(2bBIdiehRiu1.差模信号作用时动态阻抗分析输出内阻：)2(2LcCOdRRiu∥ibie2()RRh输入内阻：oc2RR1双端端输出：电子线路2.单端输出：ocRR1差模信号作用时动态阻抗分析)(2bBIdiehRiu输出内阻：OdCcL2()uiRR∥输入内阻：ibie2()RRh电子线路285.基本型差动放大器的交流分析思考：如何改善实际电路双端输出的CMRR？电路参数的理想对称性如何改善实际电路单端输出时的CMRR？RER2RE2RE2R2R2(1)EiesBRCMRRhRR1)RW取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？3)若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。2)1(2WiebcdRhRRAWiebi)1()(2RhRR如何进一步提高实际电路单端输出时的CMRR？发射极调零电路电子线路回顾：长尾式差动放大电路的动态性能比较不同输出模式下的比较：电路参数理想对称条件下LcBddieBSBSLcBieBSBSiBieoc()222()22()20cRRRAAhRRRRRRRAhRRRRRRhRRACMRR半∥差模增益：∥∥差动增益：∥差模输入电阻：差模输出电阻：共模增益：共模抑制比：cLBddieBSBSdiBieocLBieBSEBSEieS()122()+2+2dcccRRRAAhRRRRVAAAVRRhRRRRAAhRRRRRRCMRRhR半c半∥差模增益：∥差动增益：差模输入电阻：差模输出电阻：共模增益：∥（1）共模抑制比：双端输出单端输出如何进一步提升共模抑制比CMRR？线性电子306.电流源偏置的差动放大器电流源电路能够提供较大的直流电流，可满足电源和功耗要求。电流源交流时呈现极高阻抗，作为发射极偏臵使用亦可满足提高CMRR的要求；电路结构理想电流源偏臵Rs等效电阻为无穷大oIsR线性电子316.电流源偏置的差动放大器工作原理1211221212cRsA0EEoEeEeoeeooIIIIiIiIiiii理想电流源偏臵的差动放大器，只允许信号有差模变化，共模信号输入时，共模输出为0，即CMRR可达无穷；线性电子326.电流源偏置的差动放大器例：基本电流源电路偏臵的差动放大器分析R11cI＋VCCR2－VCC2cI3cIR3对基本电流源电路作直流分析1312VBCCRVRR3ON3123V()1BBECCCVVIRRRsRDIIc3为恒定，提供T1、T2的射极电流IE1、IE2。线性电子336.电流源偏置的差动放大器对基本电流源电路作交流分析Vbi＋－iehIR321RR'crbi3123V(I)'(I)()(I)bcbbiebiriRiRRhiR3123123V'(1)()IocieieRRrRRhRhRRR分析差动电路的单端共模增益'''2(1)2LLciesooRRAhRRR半2'oiesRCMRRhR共模抑制比等效的射极电阻很大！共模抑制比有很大的提升电子线路例差动放大器如图所示，假设电路完全对称，电路参数为：EC=EE=12V,RB=20kΩ，RC=RL=REE=10kΩ，管子参数β=50，rb=300Ω,UBEQ=0.6V。求：(1)电路静态时的IB1,IC1,UCE1