模拟电路线性 第4章4.4—4.6差分放大电路.ppt

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1、学习目标：学习目标：1 1、熟悉差分、熟悉差分放大放大电路的结构电路的结构和特点和特点、抑制零点漂移的抑制零点漂移的工作工作原理。原理。2 2、掌握差模信号、共模信号、差模电压增益、掌握差模信号、共模信号、差模电压增益、共模电压增益和共模抑制比等基本概念。共模电压增益和共模抑制比等基本概念。3 3、掌握差分、掌握差分放大电路的静态、动态指标的计算放大电路的静态、动态指标的计算（分析方法）。分析方法）。学习重点：学习重点：差分电路抑制零漂的原理和差差分电路抑制零漂的原理和差 模电压放大倍数的计算。模电压放大倍数的计算。4.4 4.4 差分放大器差分放大器 差差分分放放大大器器具具有有抑抑制制零零

2、点点漂漂移移的的作作用用，广广泛泛用用于于集成电路的输入级，是另一类基本放大器。集成电路的输入级，是另一类基本放大器。4.4 4.4 差分放大器差分放大器4.4.1 4.4.1 电路结构电路结构由由两个完全对称的共发两个完全对称的共发电路，经射极电阻电路，经射极电阻R REEEE耦合而成。耦合而成。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLT1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL采用正负双电源供电：采用正负双电源供电：V VCC CC=|=|V VEEEE|。两个接两个接Re1、2的的共共E E背靠背。背靠背。4.4.1 4.4.1 电路结构电

3、路结构具有两种输入方式：双端输入、单端输入。具有两种输入方式：双端输入、单端输入。特点：特点：两个输入端：两个输入端：vi1、vi2；改进后的电路，又叫射极耦合差动放大电路或长尾电路。改进后的电路，又叫射极耦合差动放大电路或长尾电路。新新:双端输入双端输入vi从两输入端从两输入端(B极极)同时加信号。同时加信号。单端输入单端输入vi仅从某个输入端仅从某个输入端(B极极)对地对地加信号。加信号。说明说明说明说明R R R Re1e1e1e1和和和和R R R Re2e2e2e2使电路的放大能力变差。使电路的放大能力变差。使电路的放大能力变差。使电路的放大能力变差。改进：改进：将将R Re1e1和

4、和R Re2e2合二为一（合二为一（R REEEE），如前图所示。），如前图所示。具有两种输出方式：双端输出、单端输出具有两种输出方式：双端输出、单端输出(书上书上!)!)。两个两个输出端。输出端。双端输出双端输出vO从从C C1 1和和C C2 2输出。输出。单端输出单端输出vO从从C C1 1或或C C2 2对地输出。对地输出。今后分析差分放大电路时，均假设电路参数今后分析差分放大电路时，均假设电路参数理想对称理想对称。特点特点差分放大电路的四种接法：差分放大电路的四种接法：双入双出电路；双入双出电路；双入双出电路；双入双出电路；双入单出电路；双入单出电路；双入单出电路；双入单出电路；单入

5、双出电路；单入双出电路；单入双出电路；单入双出电路；单入单出电路。单入单出电路。单入单出电路。单入单出电路。小小 结结差放电路四种接法的形式：差放电路四种接法的形式：4.4 4.4 差分放大器差分放大器P176:P176:差分放大器电路的其它结构。差分放大器电路的其它结构。1 1、一对组合管：题、一对组合管：题4 439392 2、一对、一对FETFET管：题管：题4 44040、41413 3、各种有源电阻：、各种有源电阻：P203P203图图R RC CP182P182图图R REEEE抑制零漂的原理抑制零漂的原理 静态时，静态时，vi1=0，即输入端，即输入端和和短接。因两管特性短接。因

6、两管特性相同，当温度或其他外界条件变化时，两管的相同，当温度或其他外界条件变化时，两管的I ICQ1CQ1和和I ICQ2CQ2的的变化规律变化规律始终始终相同，即两管的相同，即两管的V VCQ1CQ1、V VCQ2CQ2始终相等始终相等，V VOQOQ=V=VCQ1CQ1-V-VCQ2CQ200，消除了零漂。，消除了零漂。实际：实际：两个特性相同的管子采用两个特性相同的管子采用“差分对管差分对管”，两，两半电路中对应的电阻用电桥精密选配，可保证阻值对称，半电路中对应的电阻用电桥精密选配，可保证阻值对称，精度满足要求。精度满足要求。结论：结论：但即使有这些措施，差放电路仍不能完全对称，但即使有

7、这些措施，差放电路仍不能完全对称，即：零漂不可能完全消除，只能被抑制到很小。即：零漂不可能完全消除，只能被抑制到很小。稳定稳定Q Q点，即减小点，即减小I ICQCQ的变化；抑制零漂即减小的变化；抑制零漂即减小I ICQCQ的变化。的变化。估算静态估算静态Q Q点：点：设电路参数理想对称，即设电路参数理想对称，即T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLT1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ2因电路采用正负双电源供电，则因电路采用正负双电源供电，则V VBQ1BQ1=V VBQ2BQ2 0 0令令 v vi1=vi2=0 0，画出电路直流通路。，画出电路

8、直流通路。因此因此(4-4-1)(4-4-2)由基极回路：由基极回路：q一、差模信号一、差模信号和共模信号和共模信号4.4.2 4.4.2 电路性能特点电路性能特点 差模信号：差模信号：指大小相等、极性相反的指大小相等、极性相反的一对一对信号。信号。表示为表示为 vi1=-vi2=vid/2差模输入电压差模输入电压 vid=vi1-vi2 共模信号：共模信号：指大小相等、极性相同的指大小相等、极性相同的一对一对信号。信号。表示为表示为 vi1=vi2=vic共模输入电压共模输入电压 vic=(vi1+vi2)/2一对一对任意信号：任意信号：均可分解为均可分解为(一对一对)差模信号与差模信号与(

9、一对一对)共共模信号之代数和。模信号之代数和。vi1=(vi1+vi2)/2+(vi1-vi2)/2=vic+vid/2vi2=(vi1+vi2)/2(vi1-vi2)/2=vicvid/2即即(4-4-4)(4-4-3)(4-4-5)(4-4-5)例例1=4-351=4-35：P178P178例例2 2：P178P1784.4.2 4.4.2 电路性能特点电路性能特点同理，在输出端：同理，在输出端：vo1=(vo1+vo2)/2+(vo1-vo2)/2=voc+vod/2vo2=(vo1+vo2)/2(vo1-vo2)/2=vocvod/2(4-4-7)(4-4-6)q 差放半电路分析法差放

10、半电路分析法 因因电电路路两两边边完完全全对对称称，分分析析关关键键:如如何何在在差差模模输输入入、共共模模输输入入时时，分分别别画画出出半半电电路路交交流流通通路路。以以此此分析电路各项性能指标。分析电路各项性能指标。分析步骤：分析步骤：差模分析：差模分析：画半电路差模交流通路画半电路差模交流通路 计算计算Avd、Rid、Rod 共模分析：共模分析：画半电路共模交流通路画半电路共模交流通路 计算计算Avc、Ric、Roc 计算输出电压和计算输出电压和KCMR：双端输出：双端输出：计算计算vo单端输出：单端输出：计算计算vo1、vo2q二、差模性能分析二、差模性能分析T1+-+-VCCREEv

11、i1voVEE+-vi2RCRCT2RL 双端输出电路双端输出电路 R REEEE对差模视为短路。对差模视为短路。iC2=ICQ-iciC1=ICQ+ic因因IEE=iC1+iC2=2ICQ（不变）（不变）故故R RL L中点视为交流地电位，中点视为交流地电位，即每管负载为即每管负载为R RL L/2/2。直流电源短路接地。直流电源短路接地。RC+-vod1+-vid1RL2 2T1半电路差模交流通路半电路差模交流通路 1 1）画半电路差模交流通路）画半电路差模交流通路注意：关键在于对公共元件的处理。注意：关键在于对公共元件的处理。对差模信号对差模信号对差模信号对差模信号接地接地接地接地2 2

12、）差模性能指标分析）差模性能指标分析差模输入电阻差模输入电阻(双双)差模输出电阻差模输出电阻(双双)差模电压增益差模电压增益(双双)结结论论：输输出出与与输输入入反反相相；电电压压增增益益(放放放放大大大大能能能能力力力力)只只只只相相相相当于单管共射放大电路当于单管共射放大电路当于单管共射放大电路当于单管共射放大电路增益增益，没有提高没有提高。半电路差模交流通路半电路差模交流通路 RC+-vod1+-vid1RL2T1ii(4-4-8)(4-4-10)(4-4-13)单端输出电路单端输出电路 与双端输出的区别：仅在于对与双端输出的区别：仅在于对R RL L的处理上。的处理上。T1+-+-VC

13、CREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL不变不变减小减小减小为减小为1/2RC+-vod1=vod+-vid1RLT1ii半电路差模交流通路半电路差模交流通路(4-4-9)(4-4-11)差模输出电阻差模输出电阻(单单)差模电压增益差模电压增益(单左单左)(4-4-12)(4-4-14)(4-4-8)q三、共模性能分析三、共模性能分析T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL 双端输出电路双端输出电路 每管发射极接每管发射极接2REE。iC2=ICQ+iciC1=ICQ+ic因因IEE=iC1+iC2=2ICQ+2ic则则R RL L对共模视为开路。对共模视为

14、开路。直流电源短路接地。直流电源短路接地。1 1）画半电路共模交流通路）画半电路共模交流通路因此因此R REEEE上的共模电压：上的共模电压：2 2i ic cR REEEE因此，流过因此，流过R RL L的共模电流为的共模电流为0 0。半电路共模交流通路半电路共模交流通路 RC+-voc1+-vic1=vicT12REE2 2）共模性能指标分析）共模性能指标分析共模输入电阻（任一）共模输入电阻（任一）共模输出电阻共模输出电阻双端双端共模电压增益共模电压增益双端双端电路特点电路特点半电路共模交流通路半电路共模交流通路 RC+-voc1+-vic1=vicT12REE:无意义。无意义。双端输出：

15、双端输出：用对称性用对称性抑制共模信号。抑制共模信号。利用对称性抑制共模信号（温漂）原理：利用对称性抑制共模信号（温漂）原理：(4-4-15)单端输出电路单端输出电路 T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL与双端输出的区别：仅在于对与双端输出的区别：仅在于对RL的处理。的处理。不变不变(4-4-15)半电路共模交流通路半电路共模交流通路 RC+-voc1=voc+-vic1=vicT12REERL(4-4-17)(4-4-17)(4-4-16)(4-4-18)共模电压增益共模电压增益单端单端单端输出电路特点单端输出电路特点 单端输出：用单端输出：用REE的的负反馈作

16、负反馈作用抑制共模信号。用抑制共模信号。利用利用R REEEE稳定共模信号原理：稳定共模信号原理：负反馈负反馈T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL 一般一般,射极电阻射极电阻R REEEE取值较大取值较大因此因此很小。很小。结论：结论：无无论论采采用用何何种种输输出出方方式式(单单、双双)，差差放放都都具具有有放放大差模信号、抑制共模信号的能力。大差模信号、抑制共模信号的能力。差放性能指标差放性能指标小结小结 Rid与电路输入、输出方式无关。与电路输入、输出方式无关。Rod仅与电路输出方式有关。仅与电路输出方式有关。A Av vd d仅与电路输出方式有关。仅与电路

17、输出方式有关。A Av vc c仅与电路输出方式有关。仅与电路输出方式有关。双端输出双端输出单端输出单端输出双端输出双端输出单端输出单端输出双端输出双端输出单端输出单端输出其中其中其中其中q四、共模抑制比四、共模抑制比 KCMR是是衡衡量量差差放放对对对对差差差差模模模模信信信信号号号号的的的的放放放放大大大大能能能能力力力力、及及及及对对共共模模信号抑制能力的一项重要指标。其值越大越好。信号抑制能力的一项重要指标。其值越大越好。定义定义单端单端双端双端输出电路输出电路单端单端输出电路输出电路(4-4-19)(4-4-20)对对差模差模信号，要求放大倍数尽量地大；对信号，要求放大倍数尽量地大；

18、对共模共模信号，希望信号，希望放大倍数尽量地小。放大倍数尽量地小。(4-4-12)(4-4-18)结论：结论：选直流电阻很小、交流选直流电阻很小、交流等效电阻等效电阻R RO O很大的电很大的电路。这样，静态时路。这样，静态时V VEEEE可可小小；动态时；动态时（负反馈越强），（负反馈越强），A AVC1VC1却却越越小，使小，使K KCMRCMR很大。很大。普通差放存在的问题：普通差放存在的问题：REE （1 1）如保持如保持T T1 1、T T2 2两管两管ICQ一定值，则一定值，则I IEEEE一定（一定（gm一定）且一定）且VEE一定一定VCEQ输出动态范围输出动态范围 （2 2）如

19、）如提高提高VEE，这有困难。，这有困难。设设VBQ1=VBQ2 0（3 3）如）如VEE 一定一定IEE Q Q点降低点降低输出动态范输出动态范围围，gm 提高提高I IEEEE（即增大（即增大g gm m）、或增大）、或增大R REEEE才提高才提高K KCMRCMRK KCMR CMR 抑制零点漂移能力抑制零点漂移能力负反馈越强。负反馈越强。(2-5-4)、(2-5-7)q 采用电采用电恒恒流源的差分放大器流源的差分放大器其中其中很大很大P182:P182:提高共模抑制比电路的原理提高共模抑制比电路的原理(改进型差放改进型差放)静态静态静态静态QQ稳定稳定稳定稳定 用电流源代替电阻用电流

20、源代替电阻R REEEE，可解决可解决Q Q点和共模抑制比点和共模抑制比之间矛盾。之间矛盾。具有具有电电恒恒流源的差分放大电路流源的差分放大电路的工作原理的工作原理T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3（定值）（定值）（定值）（定值）视视R Re e求性能参数，即求性能参数，即AVC=0，KCMRR。将恒流源电路用恒流源符号表示的电路如图所示。将恒流源电路用恒流源符号表示的电路如图所示。解：若解：若I2IB3则则I1I2若若若若（定值）（定值）（定值）（定值）分析：题分析：题4 43838ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEEI0P77 双端输出时双端输出时 单端

21、输出时单端输出时q 任意输入时，输出信号的计算：任意输入时，输出信号的计算：其中其中其中其中 五、合成输出信号五、合成输出信号(4-4-21)(4-4-22)总输出电压：总输出电压：Vo仅与（仅与（vi1-vi2）的差的差值多少有关。值多少有关。P183P183，应用举例：，应用举例：例例1 1：医学的心电图仪。：医学的心电图仪。有用有用：不同部位间：不同部位间电位差电位差=差差模模；干扰：干扰：各部位上电位值的平均值各部位上电位值的平均值=共模共模。例例2 2：高温炉的温控系统。：高温炉的温控系统。有用有用：实际炉温与设定炉温的：实际炉温与设定炉温的差值差值=差差模模，去温控；，去温控；干扰

22、：干扰：实际炉温、设定炉温的电量实际炉温、设定炉温的电量平均值平均值=共模共模。例例3 3：差放的两半电路完全对称，温度变化（差放的两半电路完全对称，温度变化（温漂）温漂）及其它干扰因素及其它干扰因素都等效成共模输入信号都等效成共模输入信号,且且对两半电对两半电路的路的Q Q点都有完全相同的点都有完全相同的等量影响和作用等量影响和作用。在在Vic作用下，如果作用下，如果Voc=0 或或Avc=0，说明差放有，说明差放有效抑制了因温度变化等引起的零漂。效抑制了因温度变化等引起的零漂。解：解：T1VCCREEvivoVEERCRCT2RL22.6k 10k 10k(12V)(-12V)（1 1）分

23、析）分析Q Q点点（2 2）分析）分析A Av vd2 d2、A Av vc2c2由于由于则右则右（3）计算）计算vo o由于由于则则vi=20sin t(mV)(4-4-18)(4-4-12)(4-4-21)P183P183例例：图示电路，已知：图示电路，已知 =100，vi=20sin t（mV），求，求vo 理论上理论上Avc=0，但实际上但实际上差分放大器，两个半电差分放大器，两个半电路不能做到完全对称。路不能做到完全对称。即即不能完全抑制零漂。可能仍会有不大的不能完全抑制零漂。可能仍会有不大的Voc，一般，一般Avc1 。4.4.3 4.4.3 电路两边不对称对性能的影响电路两边不对

24、称对性能的影响T T1 1、T T2 2两管集电极电阻两管集电极电阻R RC C不相等；不相等；或或T T1 1、T T2 2两管的两管的 及及V VBE(on)BE(on)不对称。不对称。例如例如产生运算误差。产生运算误差。q一、双端输出时的一、双端输出时的KCMR理想情况理想情况实际情况实际情况由于由于则则因此因此4.4.3 4.4.3 电路两边不对称对性能的影响电路两边不对称对性能的影响由两管参数不对称（如由两管参数不对称（如V VBE(on)BE(on)、I IS S、R RC C不等）引起失调。不等）引起失调。q二、失调及其温漂二、失调及其温漂 1 1、输入失调电压、输入失调电压VI

25、OT1T2实实际际差差放放+-VO 0零输入时零输入时等效为等效为理理想想差差放放+-VOVIO+-从等效的观点看：从等效的观点看：V VIOIO就是使就是使V VO O=0=0时，在实际差放输入端所加的补尝电压。时，在实际差放输入端所加的补尝电压。失调电压失调电压VIO产生原因：产生原因：两管两管 不等，造成不等，造成 I ICQ1CQ1 I ICQ2CQ2 2 2、输入失调电流、输入失调电流IIO从等效的观点看：从等效的观点看：I IIOIO就是使就是使I ICQ1CQ1=I ICQ2CQ2时，在实际差放输入端所加的补尝电流。时，在实际差放输入端所加的补尝电流。失调电流失调电流I IIOI

26、O产生原因：产生原因：T1VCCREEVEERCRCT2RSRSIBQ1IBQ2若取若取则则 3 3、失调模型、失调模型T1T2-+IBIBIIO2IIO2VIORSRS总输入失调电压总输入失调电压当当R RS S较大时：较大时：当当R RS S较小时：较小时：失调以失调以I IIOIO为主，为减小为主，为减小V VIOIO ，应选，应选I IIOIO小的差放。小的差放。失调以失调以V VIOIO为主，为减小为主，为减小V VIOIO，应选，应选V VIOIO小的差放；小的差放；4 4、调零电路、调零电路T1VCCREEVEERCRCT2RSRSVEE+-VORW（发射极调零电路）（发射极调零

27、电路）T1VCCREERCRCT2RSRSVEE+-VORW（集电极调零电路）（集电极调零电路）调节电位器调节电位器R RW W，改变两端发射极电位或集电，改变两端发射极电位或集电极电阻，使静态工作时双端输出电压减小到零。极电阻，使静态工作时双端输出电压减小到零。VIO和和IIO的温漂的温漂若环境温度、电源电压等外界因素变化：若环境温度、电源电压等外界因素变化：三极管参数变化三极管参数变化V VIOIO和和I IIOIO变化。变化。其中温度变化引起的温漂最大。其中温度变化引起的温漂最大。可以证明：可以证明：注意：调零电路可以克服失调，但不能消除温漂。注意：调零电路可以克服失调，但不能消除温漂。

28、MOS差放的失调差放的失调因因则则（mV量级）量级）由两管参数（如由两管参数（如W/W/l l、V VGS(th)GS(th)）及）及R RD D不匹配引起失调。不匹配引起失调。V VIOIO产生原因：产生原因：注意：注意：MOSMOS管差放的管差放的V VIOIO 三极管差放的三极管差放的V VIOIO 4.4.4 4.4.4 差模传输特性差模传输特性完整描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的特性。完整描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的特性。q一、双极型差放一、双极型差放_差模传输特性差模传输特性T1VCCIEEVEERCRCT2iC1iC2+-vID假设电路对称假设电路对称则则得得

29、差模传输特性曲线差模传输特性曲线10iC/IEEvID/VT0.5QiC1/IEEiC2/IEE0iC1-iC2vID/VTIEE-IEE可以证明：可以证明：当当|v vID ID|26mV 26mV 时，差放线性工作（单管电路时，差放线性工作（单管电路v vI I 2.6mV100mV 100mV 后，一管截止、另一管导通，差放非线性工作。后，一管截止、另一管导通，差放非线性工作。说明：说明：若若在在两两管管发发射射极极上上串串联联电电阻阻R RE E，则则利利用用R RE E的的负负反馈作用，可扩展线性范围。反馈作用，可扩展线性范围。R RE E 线性范围线性范围 但但 A Avdvd 最

30、大差模输入电压范围：最大差模输入电压范围：最大共模输入电压范围：最大共模输入电压范围：受受V VBRBR（BEOBEO）限制的最大差模输入电压。限制的最大差模输入电压。T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3 保证保证T T1 1、T T2 2、T T3 3管工作在管工作在放大区，所对应的最大共模输放大区，所对应的最大共模输入电压。入电压。要保证要保证T T1 1、T T2 2管放大区工作：管放大区工作：要保证要保证T T3 3管放大区工作：管放大区工作：q二、二、MOS差放的差模传输特性差放的差模传输特性假设两管特性完全相同，且工作于饱和区，则：假设两管特性完全相同，且工

31、作于饱和区，则：得得T1VDDISSVSSRDRDT2iD1iD2vI1vI2可以证明：可以证明：当当|vID|2(VGSQ-VGS(th)时时，MOS差放线性工作。差放线性工作。差模传输特性曲线差模传输特性曲线0iD1-iD2vIDISS-ISS-v IDv ID当当|v ID|(VGSQ-VGS(th)时时，MOS差放进入非线性限幅区。差放进入非线性限幅区。2与双极型差放不同：与双极型差放不同：线性范围与非限幅范围线性范围与非限幅范围 一般，一般，MOSMOS差放的线性与非限幅范围差放的线性与非限幅范围均比双极型差放的大均比双极型差放的大调零电位器调零电位器调零电位器调零电位器实现实现实现

32、实现0 0入入入入0 0出出出出4.4.3 P1884.4.3 P188调零电路（调零电路（E E、C C极）极）4.4.5 4.4.5 场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路特点特点:R Ri i=适用场合：适用场合：直接耦合多级放大器的输入级。直接耦合多级放大器的输入级。直接耦合多级放大器的输入级。直接耦合多级放大器的输入级。小结小结小结小结与晶体管差分与晶体管差分与晶体管差分与晶体管差分放大电路一样放大电路一样放大电路一样放大电路一样也有四种接法也有四种接法也有四种接法也有四种接法复习复习复习复习 1.1.产生零漂的主要原因产生零漂的主要原因温度温度零漂又称为温漂。零漂又称为温漂。零漂

33、又称为温漂。零漂又称为温漂。2.抑制零漂的方法抑制零漂的方法引入直流负反馈引入直流负反馈引入直流负反馈引入直流负反馈;采用温度补偿采用温度补偿采用温度补偿采用温度补偿;利用差分放大电路，并利用差分放大电路，并利用差分放大电路，并利用差分放大电路，并提高电路参提高电路参数的对称性。数的对称性。注意注意主要要抑制输入级（即第一级）的零漂！主要要抑制输入级（即第一级）的零漂！主要要抑制输入级（即第一级）的零漂！主要要抑制输入级（即第一级）的零漂！4.4.差分放大电路差分放大电路1.1.差分放大器可抑制零漂，电路越对称效果越好。差分放大器可抑制零漂，电路越对称效果越好。2.2.双入、双出的差放的双入、

34、双出的差放的A AVCVC=0=0，A AVdVd越越大，共模抑制比越大，性能大，共模抑制比越大，性能越好。越好。3.3.差分放大器四种接法中，双端输出用作多级直耦放大器输入级差分放大器四种接法中，双端输出用作多级直耦放大器输入级中间级中间级,抑制零漂较好；而单入单出仅用作直耦放大器作输入抑制零漂较好；而单入单出仅用作直耦放大器作输入级。级。4.4.理想集成运放工作在线性区有理想集成运放工作在线性区有“虚短虚短”和和“虚断虚断”两个条件，两个条件，在基本运算放大电路中应用广泛。在基本运算放大电路中应用广泛。5.5.集成运放可构成加法、减法、积分、微分、对数和反对数等多集成运放可构成加法、减法、

35、积分、微分、对数和反对数等多种运算电路。在这些电路中，均存在种运算电路。在这些电路中，均存在深度负反馈深度负反馈。因此，运。因此，运放工作在线性放大状态放工作在线性放大状态,可用理想运放模型对电路进行分析，可用理想运放模型对电路进行分析，“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念是电路分析的有力工具。的概念是电路分析的有力工具。小小 结结1.1.差分放大器输入的差分放大器输入的零点漂移信号零点漂移信号是是共模共模信号，还是信号，还是差模信号？差模信号？2.2.在在四种差分放大器四种差分放大器的信号输入方式中，那一种抑制的信号输入方式中，那一种抑制零漂零漂信号最好？信号最好？3.3.集成运放同三极管放大

36、电路比较集成运放同三极管放大电路比较,有什么不同？有什么不同？4.4.为使集成运放完成运算功能为使集成运放完成运算功能,必须具备什么条件？必须具备什么条件？5.5.集成运放工作在非线性区时集成运放工作在非线性区时,电路处于什么反馈？电路处于什么反馈？6.6.说明说明“虚地虚地”概念，同相输入时是否存在概念，同相输入时是否存在“虚地虚地”？7.7.集成运放的非线性应用主要用在哪些方面？集成运放的非线性应用主要用在哪些方面？4.4.4.4.差分放大电路差分放大电路思考题思考题1.1.双入双出双入双出差模放大倍数：差模放大倍数：共模放大倍数共模放大倍数:输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：Avc

37、=0 4.4.4.4.差分放大电路差分放大电路输入电阻：输入电阻：输输出出电电阻：阻：共模放大倍数：共模放大倍数：差模放大倍数：差模放大倍数：2.2.单入双出单入双出 可将单端输入等效双端输入，可将单端输入等效双端输入，因为右侧的因为右侧的R Rb b+r+rbebe归算到归算到发射极回路的值发射极回路的值(Rs+r(Rs+rbebe)/(1+)/(1+)2）(4-5-3)(4-5-5)(4-5-4)(4-5-5)当温度变化时，由于当温度变化时，由于、VBE(on)的影响，的影响，IO热稳定性降低。热稳定性降低。I IO O精度及热稳定性精度及热稳定性由由得知：得知：当当 较小时，较小时，IO

38、与与IR之间不满足严格的镜像关系，之间不满足严格的镜像关系，IO精度降低。精度降低。输出电阻输出电阻R RO O（恒流特性）（恒流特性）由由得知：得知：当考虑基宽调制效应时，当考虑基宽调制效应时，根据根据得得则则VA降低降低IO精度、精度、热稳定性热稳定性，还造成，还造成RO较小，较小，IO恒流特性变差。恒流特性变差。(4-5-7)(4-5-6)(4-5-4)(2-4-3)二、减小二、减小影响的镜像电流源电路影响的镜像电流源电路为减小为减小的影响，可在的影响，可在T T1 1管管C C、B B极间极间的短路线的短路线插入一插入一射随器射随器T T3 3，改进型电路。如图，改进型电路。如图4.5

39、.24.5.2所示。所示。增增加加T T3 3，减减小小了了I IBQBQ对对I IREFREF的的分分流流作作用用，使使I ICQ2CQ2(=(=I ICQ1CQ1)更接近更接近I IREFREF。T1VCCiC1RT2IRIOiRET3图图4.5.2 4.5.2 减小减小影响的镜像电流源电路影响的镜像电流源电路为避免为避免T3的的IE3电流过小，使电流过小，使 3下降（下降（P61），加电阻），加电阻RE，可使，可使IE3增大。增大。整理得整理得(4-5-8)q三、比例式镜像电流源三、比例式镜像电流源T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2 结构特点结构特点两两管管射极串接不同阻值的电

40、阻射极串接不同阻值的电阻。由由（较大）（较大）对管对管T T1 1与与T T2 2特性相同特性相同(温度补偿温度补偿)根据根据(2-1-19)(4-5-10)当当时时得得(4-5-11)式中式中得得(4-5-9)优点优点RO增大，增大，IO恒流特性得到改善。恒流特性得到改善。精密镜像电流源精密镜像电流源改进式比例镜像电流源电路改进式比例镜像电流源电路4.54.5集成电路运算放大器中的集成电路运算放大器中的(多路多路比例式比例式)电流源电流源带缓冲级的带缓冲级的比例电流源比例电流源题题4-48题题4-49q四、微电流源四、微电流源(A A级级)T1VCCRT2IRIOR2iE2令比例镜像电流源中

41、的令比例镜像电流源中的R R1 1=0=0。由由式中式中 按按集成工艺要求，电阻值不易做大集成工艺要求，电阻值不易做大 P P？，？，故前述故前述电流源的电流源的IO只做到只做到mA量级。量级。SMT(SMCSMT(SMC、SMD)SMD)得得(4-5-13)两管不配对，两管不配对，特性不对称。特性不对称。输出电阻输出电阻优点：优点：可提供可提供 A量级电流，且量级电流，且RO大，精度高。大，精度高。原理：原理：R R2 2的负反的负反馈作用使馈作用使I IO O变变化减化减小，小，可可提高提高电电流源流源对对V VCCCC变化的稳定性，变化的稳定性，且温度稳定性更好。且温度稳定性更好。T1V

42、CCRT2IRIOR2iE2q四、微电流源四、微电流源(A A级级)例例：VCC=10V，要求要求IC2=1 A，则，则 R=10M。需需占用硅片面积大。占用硅片面积大。V VBEBE差值很小时，即差值很小时，即I IC2C2I IC C1 1：两管不配对，两管不配对，特性不对称。特性不对称。(4-5-13)特点特点:T T1 1、T T2 2两管的两管的V VBEBE差值很小，只要较小的差值很小，只要较小的R R2 2，就可获得很小的就可获得很小的(A)I IC2C2输出。输出。适用：适用：小电流电路。小电流电路。例：已知例：已知VCC=15V，IREF=1mA，IC2=20 A，VBE1=

43、0.7V，则则由（由（2）得：）得：R=15k；由（由（1）得：）得：R2=5k。小结小结 电流源结构的变化电流源结构的变化PNP？VCC？q五、五、MOSMOS镜像电流源镜像电流源 MOS镜镜像像电电流流源源与与三三极极管管基基本本镜镜像像电电流流源源结结构构相相似似，只是原参考支路中的电阻只是原参考支路中的电阻R被有源电阻被有源电阻T3取代。取代。T1VCCT2IRIOT3VSS若若T1 T2性能匹配，工作在饱和区性能匹配，工作在饱和区宽长比分别为宽长比分别为(W/l)1、(W/l)2根据根据，得得其中其中(4-5-16)ECIC1IRIC22I BRoUBE1 UBE3一、级联型一、级联

44、型电流源电路电流源电路(高高R RO O串接型镜像电流源串接型镜像电流源)4.5.2 4.5.2 其它改进型电流源电路其它改进型电流源电路目标目标（1）IO精度提高：精度提高：减小减小和和V VA A影响造成的误差。影响造成的误差。（2）RO增大增大,I IO O恒流特性恒流特性得到改善。得到改善。(1)结构：结构：由两个基本电流源电路级联串接而成。由两个基本电流源电路级联串接而成。(4-5-17)式中式中ECIC1 IC2 IB2 IC3 IE2 IC2+VBE_IRIB2IC1IC3IE22IBIC2IE1二、反馈型二、反馈型（a a）威尔逊）威尔逊WILSONWILSON电流源：电流源：

45、P202P202图图(a)(a)（高（高R RO O精密电流源）精密电流源）(1)电路结构：电路结构：T3管引入了闭环电流负反馈管引入了闭环电流负反馈.（不随负载变化）（不随负载变化）当负载变化当负载变化IC2IB2IC1=(IR-IB2)IC3IE2IC2 以上为自动反馈的调节过程。以上为自动反馈的调节过程。EC+VBE_IRIB2IC1IC3IE22IBIC2IE1(4-5-18)式中式中在在B点，电流方程为点，电流方程为整理后可得整理后可得 当当=10时，时，IC2 0.984IR，可见，在，可见，在很小时也可认很小时也可认为为IC2 IR，IC2受基极电流影响很小。受基极电流影响很小。

46、A点的电流方程为点的电流方程为(4-5-18)IC2为输出电流，为输出电流，T1管的作用相当于管的作用相当于工作点稳定电路中工作点稳定电路中的的RE。P202图图(b)改进型的改进型的威尔逊。威尔逊。（无分析）（无分析）二、正二、正V VCCCC的威尔逊电流源（反馈型）的威尔逊电流源（反馈型）式中式中4.5.3 4.5.3 有源负载差分放大器有源负载差分放大器 T T1 1、T T2 2构成的镜像电流源代替构成的镜像电流源代替R RC4 C4。T1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2 电路组成：电路组成：T T3 3、T T4 4构成双端输入单端输出差放。构成双端输

47、入单端输出差放。电路特点：电路特点：由镜像电流源知由镜像电流源知当差模输入时当差模输入时则差模输出电流则差模输出电流当共模输入时当共模输入时则共模输出电流则共模输出电流图图4.5.11（b）图图4.5.11（a）：）：ICQ3、ICQ4受受T1、2和偏流设定，难。和偏流设定，难。T1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2 性能分析：性能分析：结论：结论：该电路不仅具有放大差模、抑该电路不仅具有放大差模、抑制共模的能力，在单端输出时，制共模的能力，在单端输出时，还获得双端输出的增益。还获得双端输出的增益。由于由于则则差模增益差模增益差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差

48、模输出电阻有源负载共射放大电路有源负载共射放大电路4.5.3 4.5.3 有源负载差分放大器有源负载差分放大器 空载时空载时若若RL 0T1导通，导通，T2截止截止iL=iC1ui0T1截止，截止，T2导通导通iL=iC2两管交替工作得到完整的正弦波。两管交替工作得到完整的正弦波。ic1ic2RL V1 V2 +UCC UCC +ui +uo 4.6.2 4.6.2 乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路T23AT14T20ii)互补对称的互补对称的OTL电路及工作原理电路及工作原理:P209ii)原理原理（与（与OTL电路相同）电路相同）iii)与与OTL不同：不同：a)a)负负载

49、载支支路路中中去去掉掉了了一一个个大大电电容容C CL L改改成成双双电电源源正正负负V VCCCC供电。供电。b)b)调整：静态时，使调整：静态时，使VA=0V，IL=0，OCL电路电路i)电路。电路。功率功率放大器工作状态放大器工作状态1、甲类：、甲类：A2、乙类：、乙类：B3、甲乙类：、甲乙类：AB4、丙类：、丙类：C一个周期内一个周期内360，2均导通。均导通。导通角导通角等于等于180，导导通。通。导通角导通角大于大于180360导导通。通。导通角导通角小于小于180，导导通。通。4.6.2 4.6.2 乙类互补对称功放电路乙类互补对称功放电路问题：功率小、损耗大、效率低。问题：功率

50、小、损耗大、效率低。5、戊类：、戊类：D 图图 三极管的四种工作状态三极管的四种工作状态乙类乙类180180导通导通丙类丙类1800T1导通，导通，T2截止截止C充电充电ui R2Ri3=10.6M 已知已知Re1=Re2=100，=100，VBE=0.6V。求求:习题习题6.2.3（1）Q点（点（IB1、IC1、VCE1）（2）当）当vi1=0.01V，vi2=-0.01V时，求输出电压时，求输出电压vo=vo1 vo2的值；的值；（3）当）当c1、c2间接入负载间接入负载RL=5.6k 时，求时，求vo 的值；的值；（4）差模输入电阻）差模输入电阻Rid、共、共模输入电阻模输入电阻Ric和