差动放大电路和集成运算放大电路.ppt

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1、回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器 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4.2 4.2 4.2 4.2 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述4.4 4.4 4.4 4.4 集成运放结构简介集成运放结构简介集成运放结构简介集成运放结构简介4.1 4.1 4.1 4.1 差动放大电路差动放大电路差动放大电路差动放大电路4.3 4.3 4.3 4.3 集成运放中的电流源集成运放中的电流源集成运放中的电流源集成运放中的电流源4.5 4.5 4.5 4.5 集成运放的性能指标及种类集成运放的性能指标及种类集成运放

2、的性能指标及种类集成运放的性能指标及种类5/17/20231回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器零点漂移零点漂移: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5/17/20232回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器 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，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

3、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+VCCRCT1RBRCT2RBui2REVEEu01u025/17/20233回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器双电源的作用：双电源的作用：I IB B1 1、I IB 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

4、。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2REVEE5/17/20234回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器温度温度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，静态时静态时IC稳定稳定!5/17/20235回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器2.Q点的计算点的计算IC1IC2IBIBIEui1uo+VCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE一般可以认为一般可以认为5/17/20

5、236回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器例例 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 VBE1=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，有一般可以认为一般可以认为5/17/20237回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器3.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:2两两信号信号大小相等、极性相反大小相等、

6、极性相反两两信号信号大小相等、极性相同大小相等、极性相同ui1uo+VCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE两输入端加两输入端加信号信号(differential mode)(common mode)5/17/20238回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器3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,ui2=10 mv 则：ud=20-10=10mv,uc=(20+10)/2=15mv ui1=15+10/2=20mv,ui2=15 10/2=10

7、 mv ui1uo+VCCRCT1RBRCT2RBui2-VEERE5/17/20239回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器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5/17/202310回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器 双端输入、双端输出双端输入、双端输出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+-+-5/17/202311回首页第4章 差动放大电路

8、和集成运算放大器RE对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ic1 =-ic2iRE=ie1+ie2=0ib1,ic1ib2 ,ic2RE对差模信号不起作用，短接对差模信号不起作用，短接uRE=0iRE+VCC-VEEuiduoRCT1RBRCT2RBRERR+-+-5/17/202312回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器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 ib1RBc1b1erbe1uoduid5/17/2

9、02313回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器双入双出放大倍数双入双出放大倍数单边差模放大倍数单边差模放大倍数:uod1RBb1ec1RC ib1ui1rbe1ib1c1RBRBb1eRC ib1rbe1ib1uiduodui1uod15/17/202314回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器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),对于差动信号对于差动信号而言，而言，RL中点电位为中点电位为0,放大倍数：放大倍数：Ad =Ad1双端输出：双端输出：c1RBRBb1eRC ib1rbe1ib1uiduod5/17/202315回首页第4章 差动放大电路和

10、集成运算放大器Ro=2 RC 输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：输入输出电阻输入输出电阻:C1RBRBB1ERC ib1ui1rbe1ib1uiduoduod15/17/202316回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器C1RBRBB1ERC 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为差模放大倍数为Ad1的一半！的一半！5/17/202317回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器共模信号输入共模信号输入 uocuiCiRE=2ie1-VEE+VCCREC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RB两输入信号大小相

11、两输入信号大小相等、极性相同。等、极性相同。共模信号共模信号!ie1ie25/17/202318回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器共共模信号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!5/17/202319回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器T T1 1单边微变等效电路单边微变等效电路uiCuoc1ib1RC ib12REie1rbe1ic1uoc1ib1RC ib12RErbe1RB很小！很小！单端（对地）输出单

12、端（对地）输出电路电路共共模单端输出放大倍数模单端输出放大倍数:5/17/202320回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器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)共模抑制比共模抑制比定义：定义：5/17/202321回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器共模共模双端输出双端输出电压放大倍数：电压放大倍数：说明双端输出双端输出电路对共模信号无放大作用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。共模共模单端（对地）单端（

13、对地）输出：输出：KCMRR KCMRR=A AC1C1=A=AC2C2很小！很小！共模共模双端输出：双端输出：5/17/202322回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器 单单端输入、双端输出端输入、双端输出C1RBRBB1ERC ib1rbe1ib1uiuOdui1uOd1一端接地一端接地差模电压放大倍数差模电压放大倍数:输入信号输入信号分解后分解后具具有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，存在共模电压放大存在共模电压放大倍数倍数AC C和和差差 模电压放模电压放大倍数大倍数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。5/17

14、/202323回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器对对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：双端输出：Ad =Ad1双双(单单)端输入端输入单端输出：单端输出：小结小结5/17/202324回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器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。5/17/202325回首页第4章 差动放大电路和

15、集成运算放大器恒流源恒流源比比发射极电阻发射极电阻R RE E对共模信号对共模信号具有更强的抑制作用。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5/17/202326回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器例例 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，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(忽略忽略共模信号分量）共模信号分量）。解解 (1

16、)R(1)RE E上的电压上的电压vovi5/17/202327回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器(2)差模放大倍数差模放大倍数 9653005100100=beCdrRAb b(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=+=+=vovi5/17/202328回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器4.2 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

17、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、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5/17/202329回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器集成运算放大电路外形图集成运算放大电路外形图5/17/202330回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器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

18、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。5/17/202331回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器1.1.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

19、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5/17/202332回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器 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

20、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；5/17/202333回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器A 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，必须在输出与输入之间加负反在输出与输入之间加负反馈馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输

21、入信号的线性范围。例：例：若若U UOMOM=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_+AvouPuNuo+UOM-UOMui=up-uN传输特性传输特性5/17/202334回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器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流

22、源5/17/202335回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器 4.3.1 4.3.1 镜像电流源镜像电流源则,BE2BE1BE21VVV=bbb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5/17/202336回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器接入接入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。IC2 远小于IREF 当Re2e2取几k 时，IC2可降至A量级。4.3.2 4.3.2 微电流源微电流源5/17/20

23、2337回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器 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5/17/202338回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器 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 5/17/202339回首页第4章 差

24、动放大电路和集成运算放大器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5/17/202340回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器-VEE+VCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS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。5/17/202341回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器-VEE+VCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4

25、T5T1T2IS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5/17/202342回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器-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，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。5/17/202343回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器通用型集成运放通用型集成运放F007F0075/17/202344回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器（1 1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级

26、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5/17/202345回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器4.5 4.5 4.5 4.5 集成运放的性能指标及种类集成运放的性能指标及种类集成运放的性能指标及种类集成运放的性能指标及种类5/17/202346回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器集成运放的种类集成运放的种类5/17/202347回首页第4章 差动放大电路和集成运算放大器第4章结 束5/17/202348