集成運(yùn)算放大器

1、第五章集成運(yùn)算放大器集成電路按其功能可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類。本章主要介紹模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放或運(yùn)放）。運(yùn)算放大器是一種高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。由于最初是用于數(shù)學(xué)的運(yùn)算，所以稱為運(yùn)算放大器?，F(xiàn)在，運(yùn)算放大器的用途早已不限于運(yùn)算，但我們?nèi)匝赜么嗣Q。隨著性能的改善，集成運(yùn)放的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，早已超出數(shù)學(xué)運(yùn)算的范圍，深入到自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)量、計(jì)算技術(shù)和無(wú)線電技術(shù)等幾乎所有的電子技術(shù)領(lǐng)域。集成運(yùn)放是在早期的分立元件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，把管子、電阻、電容及連線制作在同一硅片上，形成一個(gè)不可分割的固體組件，因此，它的體積

2、小、重量輕、接線短、可靠性高。目前，在面積僅為 05 mm2的硅片上，可集成幾百萬(wàn)個(gè)管子等，線間距離僅為幾個(gè)微米，集成度達(dá)到驚人的地步?，F(xiàn)在，集成運(yùn)放的放大倍數(shù)可高達(dá)107倍（140dB），集成運(yùn)放工作在放大區(qū)時(shí)，輸入與輸出呈線性關(guān)系，所以又稱線性集成電路。線性集成電路按其特點(diǎn)可分為運(yùn)算放大電路、集成穩(wěn)壓電路、集成功率放大電路以及其它種類的集成電路。也可將幾個(gè)集成電路和一些元件組合成具有一定功能的功能模塊電路。由于集成工藝的特點(diǎn)，集成運(yùn)算放大電路和分立元件組成的具有同樣功能的電路相比，具有如下特點(diǎn)：（l）由于集成工藝不能制作大容量的電容，所以電路中各級(jí)間的耦合均采用直接耦合方式。（2）為提高集

3、成度（指在單位硅片面積上所集成的元件數(shù)）和集成電路性能，一般集成電路的功耗要小，所以集成運(yùn)放各級(jí)的偏置電流通常較小。（3）集成運(yùn)放中的電阻元件，是利用硅半導(dǎo)體材料的體電阻制成的，所以集成電路中的電阻阻值范圍有一定限制，一般在幾十歐姆到幾十千歐姆，太高太低都不易制造。（4）在集成電路中，制造有源器件（三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等）比制造大電阻占用的面積小，且工藝上也不會(huì)增加麻煩，因此集成電路中大量使用有源器件代替無(wú)源元件（電阻、電容等）。而且二極管也常用集電極與基極短接的三極管代替，其溫度特性與三極管的溫度特性基本相同，作為補(bǔ)償元件時(shí)，對(duì)三極管有較好的溫度補(bǔ)償作用。（5）由于集成電路中所有元件同處在一塊硅

4、片上，相互距離非常近，且在同一工藝條件下制造，因此，盡管各元件參數(shù)的絕對(duì)精度差，但它們的相對(duì)精度好，故對(duì)稱性能好，特別適宜制作對(duì)稱性要求高的電路，如差動(dòng)電路、鏡像電流源等。（6）集成運(yùn)算放大電路中，采用復(fù)合管的接法以改進(jìn)單管性能。（7）現(xiàn)在，集成電路中尚不能制作幾十微微法以上的大電容，小電容一般用PN結(jié)代替。同時(shí)，也不能制作電感。下圖是典型集成運(yùn)放的原理框圖，它由四個(gè)主要環(huán)節(jié)組成。輸入級(jí)的作用是提供與輸出端成同相關(guān)系和反相關(guān)系的兩個(gè)輸入端，對(duì)其要求是溫度漂移要盡可能地小。中間級(jí)主要是完成電壓放大任務(wù)。輸出級(jí)是向負(fù)載提供一定的功率，屬于功率放大（主要是放大電流）。偏置電路是向各級(jí)提供穩(wěn)定的靜態(tài)工

5、作電流。除此之外還有一些輔助環(huán)節(jié)，如電平偏移電路是調(diào)節(jié)各級(jí)工作電壓的，且當(dāng)輸入端信號(hào)為零時(shí)，要求輸出對(duì)地也為零。短路保護(hù)（過(guò)流保護(hù)）電路是防止輸出端短路時(shí)損壞內(nèi)部管子的，等等。第一節(jié) 零點(diǎn)漂移運(yùn)算放大器均是采用直接耦合方式，我們?cè)诘诙聦?duì)直接耦合方式的特點(diǎn)及問(wèn)題作了介紹，這里主要討論直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移問(wèn)題。由于直接耦合使得各級(jí)Q點(diǎn)互相影響，如前級(jí)Q點(diǎn)發(fā)生變化，則會(huì)影響到后面各級(jí)的Q點(diǎn)。由于各級(jí)的放大作用，第一級(jí)微弱變化將經(jīng)多級(jí)放大器的放大，使輸出端產(chǎn)生很大的變化。最常見(jiàn)的是由于環(huán)境溫度的變化而引起工作點(diǎn)漂移，稱為溫漂，它是影響直接耦合放大電路性能的主要因素之一。當(dāng)輸入短路時(shí)，輸出將隨時(shí)

6、間緩慢變化，如圖所示。這種輸入電壓為零，輸出電壓偏離零值的變化稱為“零點(diǎn)漂移”，簡(jiǎn)稱“零漂”。這種輸出顯然不反映輸入信號(hào)的輸出，造成假象，將會(huì)造成測(cè)量誤差，或使自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)，將會(huì)淹沒(méi)真正的信號(hào)。零漂不能以輸出電壓的大小來(lái)衡量。因?yàn)榉糯箅娐返姆糯蟊稊?shù)越高，輸出漂移必然愈大，與此同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)也愈大，所以零漂一般將輸出漂移電壓折合到輸入端來(lái)衡量。（即把輸出端的漂移電壓除以放大器的電壓放大倍數(shù)）例如兩個(gè)放大電路A、B，輸出端的零漂均為1V，但A放大電路的放大倍數(shù)為1000， B放大電路的放大倍數(shù)為200，而折合到輸入端的零漂電壓：A為1V10001mV；B為1V2005mV，顯然

7、 A放大電路的零漂小于 B放大電路。也可這樣講：A放大電路輸入信號(hào)只要大于1 mV，則輸出信號(hào)就大于零漂；而B(niǎo)需要輸入信號(hào)大于 5 mV，輸出信號(hào)才大于零漂。產(chǎn)生零漂的原因，主要是因?yàn)榫w三極管的參數(shù)受溫度的影響，在第二章已講過(guò)。為了解決零漂，人們采取了多種措施。但最有效的措施之一是采用差動(dòng)放大電路。第二節(jié) 差動(dòng)放大電路一、基本形式差動(dòng)放大電路基本形式如圖所示：對(duì)電路要求是：兩個(gè)電路的參數(shù)完全對(duì)稱，兩個(gè)管子的溫度特性也完全對(duì)稱。由于電路對(duì)稱，當(dāng)輸入信號(hào)Ui0時(shí)，則兩管電流相等，兩管集電極電位也相等，所以輸出電壓UoUc1Uc20。如果溫度上升使兩管電流均增加，則集電極電位Uc1、Uc2均下降，

8、由于兩管處于同一環(huán)境溫度，因此兩管電流的變化量和電壓變化量都相等，即Ic1Ic2；Uc1Uc2，其輸出電壓仍然為零。這說(shuō)明，盡管每一管子的靜態(tài)工作點(diǎn)均隨溫度而變化，但c1、c2兩端之間的輸出電壓卻不隨溫度而變化，且始終為零，故有效地消除了零漂。從以上過(guò)程可知，該電路是靠電路的對(duì)稱消除零漂的。該電路對(duì)輸入信號(hào)的放大作用又如何呢？輸入信號(hào)可以有兩種類型：1共模信號(hào)及共模電壓放大倍數(shù)Auc所謂共模信號(hào)，是指在差動(dòng)放大管T1和T2的基極接入幅度相等、極性相同的信號(hào)，如圖所示:即 Uic1Uic2(下標(biāo)ic表示為共模輸入信號(hào))共模信號(hào)的作用，對(duì)兩管的作用是同向的，如Uic1Uic2均為正，將引起兩管電流

9、同量增加，而兩管集電極電壓也將同量減少，故從兩管集電極輸出共模電壓Uoc為零。由上看出共模信號(hào)的作用與溫度影響相似。所以常常用對(duì)共模信號(hào)的抑制能力來(lái)反映電路對(duì)零漂的抑制能力，當(dāng)然共模放大倍數(shù)也反映了電路抑制零漂能力。由于該電路從兩管集電極共模輸出電壓為零，所以Auc0說(shuō)明當(dāng)差動(dòng)電路對(duì)稱時(shí)，對(duì)共模信號(hào)的抑制能力特強(qiáng)。2差模信號(hào)及差模電壓放大倍數(shù)A。差模信號(hào)是指在差動(dòng)放大管T1與T2的基極分別加入幅度相等而極性相反的信號(hào)，如圖所示：即 Uid1Uid2（下標(biāo)id表示差模輸入信號(hào)）如Uid1對(duì)地為正，則Uid2對(duì)地為負(fù)，T1管集電極電壓下降，T2管集電極電壓上升，且二者變化量的絕對(duì)值相等，所以在兩管

10、集電極電壓變化為每管集電極電壓的二倍，即UodUc1Uc22Uc1 （或2Uc2）而此時(shí)的兩管基極b1、b2的信號(hào)為Uid1Uid2Uid 即 Uid2Uid1 （或2Uid2）故這說(shuō)明，差動(dòng)放大電路的差模電壓放大倍數(shù)等于單管電壓放大倍數(shù)。需指出的是的求出，當(dāng)RL時(shí)，Ro；當(dāng)輸出端c1和c2間接入RL時(shí)，由于一管電位下降，另一管電位上升，則負(fù)載電阻RL中間點(diǎn)（RL2）的電位不變，相當(dāng)于接地，故每管的負(fù)載為RL/2，所以Ro/(RL/2），這是在求放大倍數(shù)時(shí)需注意的問(wèn)題。同時(shí)，這個(gè)公式也表明，差動(dòng)放大器是用一個(gè)基本放大電路換取了對(duì)零漂的抑制。由上看出，輸入端信號(hào)之差UiUi1Ui2為0（即共模信

11、號(hào)時(shí)）輸出為0；輸入端信號(hào)之差UiUi1Ui2不為0時(shí)，就有輸出，故稱為差動(dòng)放大電路。前面已提到，基本差動(dòng)放大電路靠電路的對(duì)稱性，在電路的兩管集電極c1、c2間輸出，將溫度的影響抵消，這種輸出我們稱為雙端輸出。而電路中每一個(gè)管子并沒(méi)有任何措施消除零漂。所以，基本差動(dòng)電路存在如下問(wèn)題：（1）電路難于絕對(duì)對(duì)稱，所以輸出仍然存在零漂。（2）由于每一管沒(méi)采取消除零漂的措施，所以當(dāng)溫度變化范圍十分大時(shí)，有可能差動(dòng)放大管進(jìn)入截止或飽和，使放大電路失去放大能力。（3）在實(shí)際工作中，常常需要對(duì)地輸出，即從c1和c2對(duì)地輸出（這種輸出我們稱為單端輸出），而這時(shí)零漂與單管放大電路一樣，仍然十分嚴(yán)重。為此提出長(zhǎng)尾式

12、差動(dòng)放大電路。二、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路，又稱為射極耦合差動(dòng)放大電路，如圖所示，加入公共射極電阻Re，同時(shí)，為使輸入端工作在零電平輸入狀態(tài)，采用正、負(fù)兩種電源供電，即射極電阻與UEE相連。1對(duì)共模信號(hào)的抑制作用共模信號(hào)對(duì)兩管作用引起同向變化，與基本電路相似，但由于長(zhǎng)尾電路中射極接入Re，只需討論一下Re的作用即可。由于是同向變化，流過(guò)Re的共模信號(hào)電流是Ie1Ie22Ie，對(duì)每一管而言，可視為在射極接入電阻為2Re，如下圖所示。對(duì)雙端輸出電路，由于電路對(duì)稱，其共模輸出電壓仍為零。當(dāng)從一個(gè)管子的集電極對(duì)地輸出時(shí)（即單端輸出），由于2Re的作用，將引入很強(qiáng)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，?duì)零漂起到抑制

13、作用。單端輸出時(shí)，共模放大倍數(shù)由于Re的接入，使每一管的共模放大倍數(shù)下降很多，即對(duì)零漂具有很強(qiáng)的抑制能力。3對(duì)差模信號(hào)的放大作用差模信號(hào)引起兩管電流反向變化，即一管電流上升，另一管電流下降。流過(guò)射極電阻Re的差模電流為Ie1Ie2，由于電路對(duì)稱，|Ie1|Ie2|，所以流過(guò)Re的差模電流為零，Re上的差模信號(hào)電壓也為零，故將射極視為地電位，此處“地”稱為“虛地”，所以對(duì)差模信號(hào)，Re不產(chǎn)生任何影響。其等效電路如下圖所示。由于Re對(duì)差模信號(hào)不產(chǎn)生影響，故雙端輸出的差模放大倍數(shù)仍為單管放大倍數(shù)，即 4共模抑制比電路中的差模信號(hào)是要放大的有用信號(hào)，而共模信號(hào)一般是有害的干擾信號(hào)。一個(gè)質(zhì)量好的差動(dòng)放大

14、電路，應(yīng)對(duì)差模信號(hào)有足夠的放大能力，而對(duì)共模信號(hào)則應(yīng)給予有效的抑制，即Aud要大，Auc要小。為了反映差放電路這一特性，引入一個(gè)新的指標(biāo)共模抑制比。其含義就是差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比的絕對(duì)值，用符號(hào)CMRR表示，定義如下：CMRR衡量了差動(dòng)放大電路性能的優(yōu)劣。這個(gè)值越大，表示電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力越好。在對(duì)稱電路雙端輸出時(shí)，Auc0，則CMRR。有時(shí)還用對(duì)數(shù)的形式表示共模抑制比，即CMR的單位為分貝（dB）。5一般輸入信號(hào)情況如果差動(dòng)放大電路的輸入信號(hào)，既不是共模信號(hào)也不是差模信號(hào)，即Ui1Ui2，此時(shí)可將輸入信號(hào)分解成一對(duì)共模信號(hào)和一對(duì)差模信號(hào)，它們共同作用在差動(dòng)放大電路的輸

15、入端。設(shè)差模放大電路的輸入為Ui1和Ui2，則差模輸入電壓Uid是二者之差，即 UidUi1Ui2每一管的差動(dòng)信號(hào)輸入為 Uid1|Uid2| Uid/2 (Ui1Ui2)/2共模輸入電壓Uic為二者的平均值Uic(Ui1Ui2)/2則 Ui1UicUid1 Ui2UicUid1按疊加原理，輸出電壓為UoAudUidAucUic6其它指標(biāo)（1）差模輸入電阻rid在差模輸入信號(hào)作用下，輸入電壓Uid與流入電流之比稱為差模輸入電阻rid，即從兩個(gè)輸入端看進(jìn)去的差模輸入電阻，利用第二章的知識(shí)可得rid2（rbeRS）（2）差模輸出電阻rod從兩管集電極輸出的差模輸出電阻rod為rod2Ro（3）共模

16、輸入電阻ric共模輸入電壓從Uic與共模輸入電流之比。如兩個(gè)輸入端連接一起，接成共模輸入信號(hào)，如下圖（a）所示其輸入電阻為如共模信號(hào)分別由兩個(gè)輸入端送進(jìn)，如圖（b）所示則從一個(gè)輸入端看過(guò)去的輸入電阻為為了克服半導(dǎo)體三極管T1、T2和電路元件參數(shù)不對(duì)稱所造成的輸出直流電壓Uo0的現(xiàn)象，電路中常增加調(diào)零電路，如下圖（a）、（b）所示。圖（ a）在射極增加電位器RW，圖（b）在集電極至電源間接入電位器RW，它們均是利用電位器RW的不對(duì)稱分配來(lái)補(bǔ)償電路參數(shù)的不對(duì)稱。三、恒流源差動(dòng)放大電路長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路，由于接入Re，提高了共模信號(hào)的抑制能力，且Re愈大，抑制能力愈強(qiáng)。但是Re增大，則Re上的直流壓

17、降增大，為保證管子正常工作，則必須提高UEE值，這是不合算的。為此希望有這樣一種器件：交流電阻r要大，而直流電阻R要小。恒流源即有此特性，恒流源的電流、電壓特性如下圖所示。從圖上可分別表示出交流電阻r和直流電阻R，即將長(zhǎng)尾式中Re用恒流源代替，即得恒流源差動(dòng)放大電路，如下圖所示。圖中恒流源由T1、R1、R2和R3組成，其等效電阻與求放大電路的輸出電阻相同，其等效電路如上圖（b）所示。按輸入短路，輸出加電源Uo，求出Io，則恒流源等效電阻為即得恒流源的交流等效電阻為其中rce是管子c、e之間的電阻。設(shè)80，rce100k，R1R26k，R35 k，則ro34.5M用如此大的電阻作為Re，當(dāng)然其對(duì)

18、共模信號(hào)的抑制能力將得到很大的提高。而此時(shí)，恒流源所要求的電源電壓卻不高：UEEUBE2UCE3IE3Re對(duì)應(yīng)的靜態(tài)電流為IE1IE2IE3/2恒流源差動(dòng)放大電路的指標(biāo)計(jì)算，與長(zhǎng)尾式完全一樣，只需用ro3取代Re即可。四、差動(dòng)放大電路四種接法差動(dòng)放大電路有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，所以信號(hào)的輸入、輸出方式有四種情況：1雙端輸入、雙端輸出前面的分析均是以此種形式的電路。如下圖（a）所示：2雙端輸入、單端輸出如下圖（b）所示：由于輸出只從T1的集電極輸出，所以輸出電壓只有雙端輸出的一半。如果從T2管輸出，則輸出相位與輸入相位相同。3單端輸入、雙端輸出如下圖（c）所示：Ui僅加在T1管輸入端，T2管輸

19、入端接地；或者Ui僅加在T2管輸入端，T1管輸入端接地。這種輸入方式稱單端輸入，是實(shí)際電路中常用的一種。由前面可知所以上述說(shuō)明，差放電路在單端輸入時(shí)，輸入信號(hào)Ui也是平均的加在兩個(gè)管子上，且極性相反，與雙端輸入效果一樣，故雙端輸入、雙端輸出的結(jié)論均適用單端輸入、雙端輸出。這種接法的特點(diǎn)是把單端輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙端輸出，作為下一級(jí)的差動(dòng)輸入，適用于負(fù)載兩端任何一端不接地，而且輸出正負(fù)對(duì)稱性好的情況（如示波管的偏轉(zhuǎn)板）。而實(shí)際中常常需要對(duì)地輸出，所以單端輸入、雙端輸出接法就不適用。4單端輸入、單端輸出電路如圖（d）所示：按前同樣方法，可得出它與雙端輸入、單端輸出等效。這種接法的特點(diǎn)是它比單管基本放

20、大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂能力，而且可根據(jù)不同的輸出端，得到同相或反相關(guān)系。綜上所述，差動(dòng)放大電路電壓放大倍數(shù)僅與輸出形式有關(guān)，只要是雙端輸出，它的差模電壓放大倍數(shù)與單管基本放大電路相同；如為單端輸出，它的差模電壓放大倍數(shù)是單管基本電壓放大倍數(shù)的一半，輸入電阻都是相同的。第三節(jié) 電流源電路由前所述，用恒流源代替Re，使電路作性能得到較大的改善，但是恒流源電路使用電阻較多，且作為恒流源的管子，它的UBE還要受溫度的影響，因此抑制零漂不理想，本節(jié)我們介紹在集成電路中常用的恒流源電路形式。 一、鏡像電流源電路電路如下圖所示：它由兩個(gè)特性相同的T1、T2對(duì)管和電阻R構(gòu)成。圖中，IR稱為基準(zhǔn)電流（或參考電

21、流），Ic2是要輸出的電流。現(xiàn)在估算Ic2的值。因?yàn)門1與T2的特性相同，所以有12 ， UBE1UBE2UBE ， IB1IB2IB ，Ic1Ic2由圖可知 由此得 當(dāng)2時(shí)，有Ic1IR，由上圖可得基準(zhǔn)電流則 由此可見(jiàn)，Ic2完全由Ucc和R決定，改變Ucc或R值，就可得到所需的Ic2值。由以上分析可知，當(dāng)參考電流IR一定時(shí)，不管T2管集電極支路中的負(fù)載如何，Ic2總是等于IR，二者關(guān)系像一面鏡子，所以稱這種電路為鏡像電流源。在Ucc和R確定之后，基本鏡象電流源的Ic2就固定不變，即為恒流源。它的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，且T1接成二極管形式，對(duì)Ic2有較好的溫度補(bǔ)償作用。不足之處是：（1）Ic2受電

22、源Ucc的影響大，兩者的變化率基本相同。當(dāng)Ucc變化100時(shí)，Ic2也變化100，因此它不適應(yīng)電源電壓在大幅度變動(dòng)下運(yùn)行。（2）當(dāng)要求得到小的電流源時(shí)，如微安級(jí)的電流，就要求較大的電阻R，這用集成工藝是難于實(shí)現(xiàn)的。（3）由于恒流特性不夠理想，管子c、e極間電壓變化時(shí)，Ic也會(huì)作相應(yīng)的變化，即電流源的輸出電阻還不夠大。（4）上圖電路中，輸出電流Ic2與基準(zhǔn)電流IR僅僅是近似相等，特別是當(dāng)值不夠大時(shí)，二者之間誤差更大。為提高鏡像電流源的精度，以及進(jìn)一步提高電路的輸出電阻，可采用下面的方法。二、威爾遜電流源在鏡象電流源的基礎(chǔ)上增加一個(gè)放大管T3，則組成威爾遜電流源，如下圖所示：圖中，T1、T2與T3

23、的特性相同，所以有123 ，IB1IB2IB ，Ic1Ic2，則由上圖可得IC1IRIB3IRIc3/Ic2IE32IBIE32Ic2/整理可得Ic2利用Ic1Ic2，可得Ic3IR可見(jiàn)，只要值不是很小，Ic3與IR就非常接近。此外，威爾遜電流源還利用電流負(fù)反饋來(lái)提高電流的穩(wěn)定性。假設(shè)由于某種因素，使Ic3增加，則Ic2也隨之增加，因?yàn)門1與T2為基本鏡象電流源，所以總有Ic1Ic2，所以Ic2增加時(shí)，Ic1也增加，而 IRIc1Ib3固定不變，因此IB3就減少，則Ic3也隨之減少，結(jié)果維持Ic3基本恒定。由第四章負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響可知，由于引入了電流負(fù)反饋，所以提高了恒流源的輸出電阻。

24、三、微電流源為了使Ic2為弱電流時(shí)，R值仍不大，我們可以在鏡像電流源的基礎(chǔ)上，引入一個(gè)電阻Re到T2的發(fā)射極，如下圖所示。此時(shí)UBE2UBE1，因此，即使Ic1比較大，但由于Re的存在，將使Ic2Ic1，即在R不太大的情況下，也能滿足Ic2較小的要求。此外，Re引入電流負(fù)反饋，故也提高了T2管的集電極輸出電阻，它更接近于理想的恒流源。與鏡像電流源相比，微電流源具有以下特點(diǎn)：（1）當(dāng)電源電壓Ucc變化時(shí)，雖然IR和 Ic1也要作相應(yīng)的變化，但由于Re的負(fù)反饋?zhàn)饔?，Ic2的變化將要小得多，故提高了恒流源對(duì)電源變化的穩(wěn)定性。（2）當(dāng)溫度上升時(shí)，Ic2將要增加，由圖可看出，此時(shí)UBE1和UBE2均將下

25、降，所以對(duì)Ic2的增加有抑制作用，從而提高了恒流源對(duì)溫度變化的穩(wěn)定性。（3）由于Re引入電流負(fù)反饋，因此微電流的輸出電阻比T2本身的輸出電阻rce要高得多，更接近理想的恒流源。四、多路偏置電流源前面討論的電流源都是用一個(gè)參考電流去獲得另一個(gè)固定電流。實(shí)際中常用一個(gè)參考電流去獲得多個(gè)電流，而且各個(gè)電流的數(shù)值可以不相同。下圖就是在單電源的基礎(chǔ)上得到的多路電流源。由圖可知參考電流IR706A，通過(guò)T2建立參考電壓，然后根據(jù)鏡像電流源和微電流源的電流分配原則，得出Ic142A，Ic346A ，Ic4698A 。五、作為有源負(fù)載的電流源電路恒流源在集成電路中除了設(shè)置偏置電流外，還可作為放大器的有源負(fù)載，

26、以提高電壓放大倍數(shù)。在第二章我們求各種放大電路的電壓放大倍數(shù)時(shí)，得出電壓放大倍數(shù)正比于負(fù)載電阻，提高負(fù)載有利于放大倍數(shù)的提高。而Rc/RL，RL是所要帶動(dòng)的負(fù)載，所以提高，可通過(guò)提高Rc來(lái)達(dá)到，但Rc增大，影響靜態(tài)工作點(diǎn)，使放大電路的動(dòng)態(tài)范圍減小。而電流源具有交流電阻大，直流電阻小的特點(diǎn)，故用電流源代替電阻Rc，將有效地提高該級(jí)的電壓放大倍數(shù)，對(duì)RL較大的場(chǎng)合，效果更為突出，其電路如下圖所示。T1是共射放大電路，T2、T3（PNP管）組成鏡像電流源作為T1管的負(fù)載電阻Rc。由于恒流源等效電阻為無(wú)窮大，可視為開(kāi)路，則T1管變化的電流Ib全部流向RL，故電壓放大倍數(shù)得到提高。第四節(jié) 集成運(yùn)放的性能

27、指標(biāo)1集成運(yùn)放的符號(hào)運(yùn)算放大器的電路符號(hào)如下圖所示。它有一個(gè)輸出端Uo和兩個(gè)輸入端“”、“”?！啊碧?hào)端為反相輸入端，表示信號(hào)Ui由此端輸入時(shí)，其輸出信號(hào)Uo與Ui反相；“”號(hào)端為同相輸入端，表示信號(hào)Uo由此端輸入時(shí)，其輸出信號(hào)Uo與Ui同相。2集成運(yùn)放的性能指標(biāo)表征集成運(yùn)放性能與質(zhì)量的指標(biāo)有幾十個(gè)，一般沒(méi)必要全部了解，我們只把幾個(gè)主要指標(biāo)介紹如下：（1）開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod這是指集成運(yùn)放在無(wú)外加反饋回路的情況下的差模電壓放大倍數(shù)，常用Aod表示，即對(duì)于集成運(yùn)放而言，希望 Aod大，且穩(wěn)定。目前高增益集成運(yùn)放的Aod可高達(dá)140 dB（107倍），理想集成運(yùn)放認(rèn)為Aod為無(wú)窮大。（2）最大

28、輸出電壓Uopp最大輸出電壓是指在一定的電源電壓下，集成運(yùn)放的最大不失真輸出電壓的峰峰值。如某運(yùn)放的電源電壓為 15 V時(shí)的最大輸出電壓為 10 V，按Aod105（即10 0000倍）計(jì)算，輸出為 10 V時(shí)，輸入差模電壓Uid的峰峰值為 0.1mV。也就是說(shuō)，當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò) 0.1mV時(shí)，輸出恒為 10 V，不再隨Uid變化，此時(shí)集成運(yùn)放進(jìn)入非線性工作狀態(tài)。用集成運(yùn)放的傳輸特性曲線表示上述關(guān)系，如下圖所示。（3）差模輸入電阻ridrid的大小反映了集成運(yùn)放輸入端向差模輸入信號(hào)源索取電流的大小。要求rid愈大愈好，一般集成運(yùn)放的rid為幾百千歐至幾兆歐，故輸入級(jí)常采用場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)提高輸入電阻。

29、理想集成運(yùn)放的rid為無(wú)窮大，因此，不向信號(hào)源索取電流。（4）輸出電阻roro的大小反映了集成遠(yuǎn)放在小信號(hào)輸出時(shí)的負(fù)載能力。有時(shí)只用最大輸出電流Iomax表示它的極限負(fù)載能力。認(rèn)為理想集成運(yùn)放的ro為零。（5）共模抑制比CMRR共模抑制比反映了集成運(yùn)放對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制能力，其定義同差動(dòng)放大電路。CMRR愈大愈好，理想集成運(yùn)放的CMRR為無(wú)窮大。（6）最大差模輸入電壓UidmaxUidmax規(guī)定了集成運(yùn)放兩輸入端所能承受的最大差模輸入電壓。從集成運(yùn)放輸入端看進(jìn)去，一般都有兩個(gè)或兩個(gè)以上的發(fā)射結(jié)相串聯(lián)，若輸入端的差模電壓過(guò)高，會(huì)使發(fā)射結(jié)擊穿。NPN管e結(jié)擊穿電壓僅有幾伏，PNP橫向管的e結(jié)擊穿

30、電壓則可達(dá)數(shù)十伏。（7）最大共模輸入電壓Uicmax輸入端共模信號(hào)超過(guò)Uicmax，集成運(yùn)放工作就不正常，失去差模放大能力。因此，集成運(yùn)算工作時(shí)，若有共模信號(hào)輸入，必須對(duì)共模輸入信號(hào)加以限制，使其不超過(guò)Uicmax值。（8）輸入失調(diào)電壓UIO該電壓是指為了使輸出電壓為零而在輸入端加的補(bǔ)償電壓（去掉外接調(diào)零電位器），它的大小反映了電路的不對(duì)稱程度和調(diào)零的難易。對(duì)集成運(yùn)放我們要求輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出也為零，但實(shí)際中往往輸出不為零，將此電壓折合到集成運(yùn)放的輸入端的電壓，稱為輸入失調(diào)電壓UIO，其值在110mV范圍，要求愈小愈好。（9）輸入偏置電流IIB和輸入失調(diào)電流IIO輸入偏置電流是指輸入差放管的

31、基極（柵極）偏置電流，用IIB(IB1IB2) 表示；而將IB1、IB2之差的絕對(duì)值稱為輸入失調(diào)電流IIo，即 IIO|IB1IB2|可見(jiàn)IIB相當(dāng)于輸入電流的共模成分；而IIO相當(dāng)于輸入電流的差模成分。當(dāng)它們流過(guò)信號(hào)源電阻RS時(shí)，其上的直流壓降就相當(dāng)于在集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端上引入了直流共模和差模電壓，因而也將引起輸出電壓偏離零值。顯然，IIB和IIO愈小，它們的影響也愈小。IIB的數(shù)值通常為十分之幾微安，IIO則更小。10輸入失調(diào)電壓溫漂和輸入失調(diào)電流溫漂它們可以用來(lái)衡量集成運(yùn)放的溫漂特性。通過(guò)調(diào)零的辦法可以補(bǔ)償U(kuò)IO、IIB、IIO的影響，使直流輸出電壓調(diào)至零伏，但卻很難補(bǔ)償其溫度漂移。低

32、溫漂型集成運(yùn)放可做到0.9V/以下，可做到0.009A/以下。113db帶寬fh在第二章頻率特性一節(jié)中我們已講過(guò)，隨著輸入信號(hào)頻率上升，放大電路的電壓放大倍數(shù)將下降，當(dāng)Au下降到中頻時(shí)的 0.707倍時(shí)為截止頻率，用分貝表示正好下降了3 dB，對(duì)應(yīng)此時(shí)的頻率fh稱為上限截止頻率，又常稱為3 dB帶寬。當(dāng)輸入信號(hào)頻率繼續(xù)增大，Au繼續(xù)下降，當(dāng)Au1時(shí)，與此對(duì)應(yīng)的頻率fc稱為單位增益帶寬。12轉(zhuǎn)換速率SR頻帶寬度是在小信號(hào)的條件下測(cè)量的。在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要集成運(yùn)放工作在大信號(hào)情況（輸出電壓峰值接近集成運(yùn)放的最大輸出電壓Uopp），此時(shí)用轉(zhuǎn)換速率表示其特性它是輸出電壓對(duì)時(shí)間的變化率，SR愈大的集成運(yùn)放，其輸出電壓的變化率愈大，所以SR大的集成運(yùn)放