模拟电子技术基础 2篇 3章1

2.3.1集成运算放大器概述第三章集成运算放大器集成运算放大器是非常重要的一种线性集成电路，它的应用十分广泛。主要应用在模拟信号的运算、放大、检测、信号变换、信号处理、信号产生等等场合。一、集成运算放大器的典型结构及特点集成运算放大器是通过半导体集成工艺制成的一种高增益、直接耦合式多级放大器。一、集成运放的典型结构运放的典型电路通常有三级放大电路组成运放输入级该级要求有低温漂，高共模抑制比和高输入电阻等特性。差分放大（差动放大器）电路中间放大级：运算放大器的增益主要由这一级承担，所以这一级要有很高的电压放大倍数（增益）。通常采用CE(CS)放大电路输出级—输出级要求能驱动较大的负载电流，同时应有一定的输出电压，因此，对该级要求具有低输出电阻。采用互补对称式射极跟随器结构二、集成运放的主要特点1﹒具有“二高一低”特性。即高增益、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大器2﹒为保证有合适的静态工作点，功耗低，电路采用微电流源作为偏置，集电极电阻采用有源负载，以提高电压增益。3﹒在理想条件下，集成运算放大器可以等效成一个电压控制电压源（VCVS）。集成运放的电路符号国标符号简化符号习惯符号反相输入端同相输入端输入信号与输出信号相位反相输入信号与输出信号相位同相在低频小信号，工作在线性区的条件下运算放大器可用下面电路等效Rid→∞Ro→0Aod→∞在理想条件下有：低频小信号电路模型2.3.2集成运放中的恒流偏置电路—提供静态工作点基本电流源电路—镜像电流源T1和T2参数和特性完全相同，T1管的VCE=VBE=0.7V，保证不进入饱和区。所以有：BLCIII1使IC1和IL呈镜像关系—镜像电流源RREF中的参考电流为11122CCBCREFBECCREFIIIIRVVIREFCII21当2REFBECCREFCLRVVIII1该电路具有一定的温度补偿作用：T1CILIRREF压降增加BVBILI可以是一个放大电路跟随型镜像电流源电路电路由三只晶体管组成，在负载电阻上将流过恒定的电流。电路要求T1、T2、T3晶体管参数相同，特性也相同。LRLI改进型电流源电路晶体管T1、T2组成镜像电流源结构，参考电阻RREF决定参考电流IREF，T３管为减小IL电流与参考电流的误差而设置，射极电阻Re3为提高T1、T2管集电极电流镜像精度，约为几十千欧。LLLBLELBCREFIIIIIIIIII)1()1(2121212331电路中：令相同当β≥50时，输出电流IL与参考电流IREF的相对误差小于0.08%REFLII)1(2)1(REFBECCREFRVVI2)1(21211133CBEBIIII温度补偿作用：电阻Re3作用：增大T3管工作电流，从而提高T3管的β。因为：3213eRBBeIIII多路电流源电路当参考电流IREF确定后，在各支路串入不同的射极电阻，可得到不同的输出电流。1CI2CI3CI333222111eEBEeEBEeEBEeEBERIVRIVRIVRIV332211eEeEeEeERIRIRIRI332211eCeCeCeREFRIRIRIRIT10、T11微电流源T5、T6、T7三管电流源T8、T9镜像电流源输入级中间级输出级2.3.3差分放大电路―运放输入级差分放大器为克服直接耦合放大器的零点漂移而推出。是集成运算放大器中十分重要的一级放大器。DC放大器温漂的说明一、电路结构和工作原理电路结构特性和参数完全对称的T1和T2管发射极连在一起后，通过电阻接负电源，两个基极分别加入两个输入信号，集电极通过RC电阻接另一正电源。输出从两个集电极之间引出。从结构可以看出，该电路的输入有两种方式：(a)两输入端同时对地输入信号—双端输入(b)一端接地，另一端输入信号—单端输入两种输出方式：(c)输出信号取自两个集电极—双端输出这一结构的指导思想能有效地解决温度漂移（另点漂移问题）(d)输出信号取自一个集电极对地信号—单端输出1.静态分析vI1和vI2都为零，即输入端接地7.0EVVeEEREERVIIIe2)(7.021212121EECCIIIICCCCooRIVVV21021oooVVV如果双端输出时，输出为零2.动态分析（工作原理）1Iv2Iv21IIIdvvv221IIIcvvv当两输入端的信号分别为则两端信号可以分解为:两信号之差两信号平均值1端对地仍是1Iv2端对地仍是2Iv22221211IIIIIcIdIvvvvvvv22221212IIIIIcIdIvvvvvvv所以：Idv称差模信号两个大小相等，而极性相反的信号Icv称共模信号两个大小相等，而极性相同的信号差模信号差模信号共模信号共模信号由于有两种信号存在,所以可以分开差模信号单独存在时和共模信号单独存在时进行分析,而差分放大器的总输出应该是差模输出成分和共模输出成分之和。ocodovvvIcvcIdvdvAvA差模增益差模增益差模输入共模输入Avd大Avc小【例2.3.1】差分放大电路①端和②端分别加入图示的信号电压，其电路的差模电压增益Avd＝-80，共模电压增益为Avc＝-0.01，试求ΔvO＝？解：电路的差模信号为：两端输入信号之差V02.0V99.4V01.521IIdIvvv电路的共模信号为：两端输入信号之平均值V0.52V99.4V01.5221IIcIvvvV65.1V05.0V6.1V0.5)01.0(V02.080IcvcIdvdOvAvAv差分放大器的输出电压有：二、差分放大电路动态指标的计算差模电压放大倍数Avd差模输入电阻idR差模输出电阻odR共模抑制比KCMR共模电压放大倍数Avc1.差模工作状态分析差分放大器只存在差模输入信号时。差模交流通路注意：在差模信号作用下，0ev相当于差模交流地。21eeii21IIOdIdOdvdvvvvvA2121IIododvvvvbeIdbeIBBrvrvii2121cBccododRiRivv1121212122odododododvvvvv差模增益电压增益：21IIOdIdOdvdvvvvvA2121IIododvvvvbecbeBcBbeBOdrRriRiriv22221双端输出becbeBcBbeBOdIdodvdrRriRirivvvA222111单端输出becbeBcBbeBOdIdodvdrRriRirivvvA222222单端输出如果双端输出和单端输出分别接负载电阻RL时，电压增益表达式如何变了？beLcvdrRRA)2//(双端输出beLcvdrRRA2)//(1单端输出差模输入电阻idRbeIdIdidrivR2差模输出电阻odRcdoRR22.共模工作状态分析差分放大器只存在共模输入信号时。共模交流通路注意：在共模信号作用下，)2(221eeeeeeRiRivv共模电压增益0021IcIcococIcocvcvvvvvvA双端输出ebecIcocvcRrRvvA2)1(11ebecIcocvcRrRvvA2)1(22单端输出单端输出对T1和T2管影响相同的外界干扰信号,如电源电压波动,环境温度变化等都可以认为是共模信号。共模抑制比KCMR定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值。Avc在一定程度上反映差分放大电路抑制共模干扰信号和温漂的能力，Avc越小，则抑制温漂能力越强。||vdCMRvcAKA常用分贝表示：20lg||(dB)vdCMRvcAKA理想的差分放大电路双端输出时，因共模电压增益为零，所以：KCMR→∞单端输出时，只有增大Re电阻才能减小共模增益，从而增大共模抑制比。这种差分放大器通常采用电流源供电，以提供静态工作电流的同时,解决射极大电阻的问题。电流源供电差分电路等效电路【例2.3.2】差分放大电路如图所示，已知=80，rbe=2k。求该电路的差模电压放大倍数Avd、差模输入电阻Ri和输出电阻Ro。解：先画出差模交流通路：1.6605.0812580)1()1(22ebeceBbeBcBIdOdvdRrRRiriRivvAkRrivRebeIdIdid1.12)05.0812(2)1(2''0210LIdOoRcOvvRRki3.输入、输出方式双入/双出双入/单出单入/单出单入/双出【例2.3.3】电路如图所示，已知β=50，rbb′=300Ω，Rw在中间位置，求:(4)若ΔvI1=16mV，ΔvI2=10mV，求ΔvO1。(3)KCMR；(2)Avd、Ri和Ro；(1)ICQ；解：eEwEBEEERIRIVV22mA56.02005.03.11227.0eWEEEQCQRRVII(1)求ICQ；k67.256.02651300)1('EQTbbbeIVrr(2)求Avd、Ri和Ro；7.2805.05167.22)10//15(502)β1(2)//(wbeLcIdOvdRrRRvvAk44.1005.05167.222)1(2wbeIdIdiRrivRk15coRR29.005.205167.2650)22)(1()//(ewbeLcvcRRrRRA(3)求共模抑制比KCMR；28.7||100(40dB)0.29vdCMRvcAKA(4)若ΔvI1=16mV，ΔvI2=10mV，则mV621IIIdvvvmV13221IIIcvvvmV1761329.067.281IcvcIdvdOvAvAv【例2.3.4】已知1=2=3=50，Rbb’=200Ω,rce=200kΩ,VBE=0.7V,试求：?2vdA?CMRK?idR?odR解：（1）求静态工作点，计算rbe。VRRRVB86.5)9(2113mARIIIIeECCC12)9(7.086.5212133321kRrbbbe5.1126)1('2（2）求差模电压增益。1.0)1()//(21222bebLCvdrRRRA121.0)501(5.11.0)10//7.4(5021（3）求电流源电路输出电阻RO3列出两个回路方程联解后得MrRrRRRrRrRRRrRIVRceebeebeeceebeeooo644.41)////(//13321321333（4）求共模电压增益000344.0)21.0()1()//(3222obebLCvCRrRRRA（5）求共模抑制比)85.90(7.34883000344.012||22dBAAKvcvdCMR（6）求差模输入电阻和输出电阻KRrRRWbebid4.13]2)1([21KRRCod7.4习题P2182.3.12.3.34.场效应管差分放大电路FET差分放大电路差模输入电阻很高，减小了输入偏置电流的不对称性。'1'122LmgsLmgsI