第7章集成運(yùn)算放大器

7.1概述7.2差動式放大電路7.3電流源電路7.4集成運(yùn)算放大器第7章集成運(yùn)算放大器

集成電路(Integratedcircuit縮寫為IC)是應(yīng)用半導(dǎo)體制造工藝把晶體管、場效應(yīng)管、電阻、小容量電容等許多元器件以及它們之間的連線都做在同一硅片上，然后封裝在管殼里。這樣制成的具有特定功能的電子電路稱為集成電路。特點(diǎn)：體積小、重量輕、性能好、功耗低、可靠性高。7.1.1集成電路簡介7.1概述

集成電路按功能可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。模擬集成電路按其特點(diǎn)分為集成運(yùn)算放大器、集成穩(wěn)壓器、集成功率放大器等。7.1.2集成電路分類由于制造工藝方面的原因，模擬集成電路具有下面一些特點(diǎn)：

1

采用直接耦合方式。2采用差動放大電路。3用恒流源代替大阻值的電阻。4采用復(fù)合管的接法以改進(jìn)單管的性能。5集成電路中的元件性能一致，特別適宜于制作對稱結(jié)構(gòu)的電路。7.1.3模擬集成電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器是一種高放大倍數(shù)的直接耦合多級放大器。直接耦合方式的放大電路存在著溫漂問題，在多級放大器中，第一級的溫漂影響尤其嚴(yán)重，因此必須采取措施有效地抑制溫漂。輸入級大多采用差動式放大電路(DifferentialAmplifier)7.2差動式放大電路ΔUO7.2.1基本差動放大電路T1T2UC1+圖7.1基本差動放大電路+Rs1+VCCΔUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2ΔUI2++___-

組成：由兩個相同的共射單管放大電路組成。輸入：從兩個管子基極，稱為雙端輸入方式。

輸出：從兩個管子集電極之間取出，ΔUO=UC1－UC2，稱為雙端輸出方式。1.

工作原理UC1+圖7.1基本差動放大電路+Rs1+VCCΔUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2ΔUI2ΔUO++___T1T2-條件：T1和T2特性完全一致，Rs1=Rs2，Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，即兩邊電路是完全對稱的。ΔUI1=ΔUI2=0，兩管集電極靜態(tài)值UC1=UC2，輸出電壓ΔUO=0。UC1+圖7.1基本差動放大電路+Rs1+VCCΔUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2ΔUI2ΔUO++___T1T2-(1)靜態(tài)分析當(dāng)T(℃)↑UC1下降了ΔUC1，UC2下降了ΔUC2。由于電路對稱，

ΔUC1=ΔUC2Ic1↑Ic2↑輸入大小相等，極性相同的信號，即ΔUI1=ΔUI2

共模信號ΔUIC=ΔUI1=ΔUI2

。所以ΔUO=(UC1－ΔUC1)－(UC2－ΔUC2)=0，即輸出電壓沒有溫漂。UC1+圖7.1基本差動放大電路+Rs1+VCCΔUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2ΔUI2ΔUO++___T1T2-(2)動態(tài)分析（共模輸入）UC1和UC2的變化相同，因此輸出電壓ΔUOC=0。共模電壓放大倍數(shù)(Common-modeGain)：當(dāng)輸入共模信號時，共模輸出電壓ΔUOC與輸入電壓ΔUIC之比。UC1+圖7.1基本差動放大電路+Rs1+VCCΔUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2ΔUI2ΔUO++___T1T2-電路在理想對稱情況下，雙端輸出時，Auc=0?？梢种乒材Ｐ盘?。用Auc表示。UC1+圖7.1基本差動放大電路+Rs1+VCCΔUI1Rs2Rb1Rc1Rc2Rb2UC2ΔUI2ΔUO++___T1T2-差動放大電路要放大信號時，輸入信號ΔUI應(yīng)加在B1、B2兩個輸入端上，如圖7.2所示。ΔUI=ΔUI1

–ΔUI2++VCC+ΔUO_Rb1Rc1ΔUIΔUI1Rs1Rs2Rc2Rb2B1B2ΔUI2++_+_T1T27.2差模輸入差動放大電路(3)動態(tài)分析（差模輸入）在兩邊電路完全對稱的條件下，輸入信號ΔUI相當(dāng)于在兩邊電路的輸入端均分，因此ΔUIΔUI++VCC+ΔUO_Rb1Rc1ΔUIRs1Rs2Rc2Rb2B1B2++_+_T1T27.2差模輸入差動放大電路ΔUI1=ΔUI/2，ΔUI2=－ΔUI/2。/2/2T1和T2的輸入電壓ΔUI1和ΔUI2大小相等，極性相反,此時的輸入信號ΔUI稱為差模信號(Difference-modeSignal)，記為ΔUId。ΔUId=ΔUI1–ΔUI2。ΔUI1ΔUI2++VCC+ΔUO_Rb1Rc1ΔUIRs1Rs2Rc2Rb2B1B2++_+_T1T27.2差模輸入差動放大電路在差模信號作用下，兩管的電流和集電極電位變化相反。當(dāng)ΔUI為正時，ΔUI1>0，ΔUC1<0

++VCC+ΔUO_Rb1Rc1ΔUIΔUI1Rs1Rs2Rc2Rb2B1B2ΔUI2++_+_T1T27.2差模輸入差動放大電路ΔUI2=－ΔUI/2，ΔUI2<0，UC2>0。在兩邊電路完全對稱的條件下，ΔUC1=-ΔUC2。++VCC+ΔUO_Rb1Rc1ΔUIΔUI1Rs1Rs2Rc2Rb2B1B2ΔUI2++_+_T1T27.2差模輸入差動放大電路ΔUO=(UC1+ΔUC1)－(UC2+ΔUC2)=2ΔUC1=－2ΔUC2。因此，當(dāng)ΔUI>0時，ΔUO<0；

當(dāng)ΔUI<0時，ΔUO>0。差動放大電路對共模信號無放大作用。電路只對差模信號才起放大作用，故稱為差動放大電路(Difference-modeGain)。2.差模放大倍數(shù)輸入差模信號時，Rs1+圖7.3差模輸入差動放大電路交流通路Rb2___+Rs2ΔUOdΔUIdΔUI1ΔUI2Rb1Rc1Rc2T1T2++_差模輸出電壓ΔUOd與差模輸入電壓ΔUId之比稱為差模電壓放大倍數(shù)，用Aud來表示。根據(jù)圖7.3可得在輸入差模電壓的作用下，每邊管子的輸出電壓為：Rs1+圖7.3差模輸入差動放大電路交流通路Rb2___+Rs2ΔUOdΔUIdΔUI1ΔUI2Rb1Rc1Rc2T1T2++_+_+_因?yàn)殡娐穼ΨQAu1=Au2，所以總的輸出電壓Rs1+圖7.3差模輸入差動放大電路交流通路Rb2___+Rs2ΔUIdΔUI1ΔUI2Rb1Rc1Rc2T1T2+ΔUOd+_得到差模放大倍數(shù)為：Rs1+圖7.3差模輸入差動放大電路交流通路Rb2___+Rs2ΔUOdΔUIdΔUI1ΔUI2Rb1Rc1Rc2T1T2++_(1).不易實(shí)現(xiàn)電路的完全對稱現(xiàn)。3.存在問題

(3).無論單端還是雙端輸出,嚴(yán)重的溫漂會使本級靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和或截止區(qū),使放大電路不能正常工作.(2).在實(shí)際工程中，常要求單端輸出信號，不能抑制零漂。1.射極公共電阻的作用

由于溫漂可以等效為輸入端加共模信號，因此首先分析射極公共電阻Re對共模信號的抑制作用。7.2.2具有射極公共電阻的差放電路Rc2ΔUI1UERs1Rs2RLRc1IE1+IE2ΔUO++_ΔUI2+_T1T2VCCIE1IE2VEE圖7.4具有射極公共電阻的差放電路_ReT℃IC1IC2↑↓UBE2利用電流負(fù)反饋抑制溫漂，共模信號時(或溫度升高時)，單管中的發(fā)射極電流為IEQ+ΔIE，那么流過電阻Re的電流即為IRe=2IEQ+2ΔIE

(IE1+IE2)↑→URe=(IE1+IE2)Re↑↑→UEUBE1↓→IB1↓→IC1↓↓→IB2↓→IC2↑↑Re上的電壓降為：URe=(2IEQ+2ΔIE)Re=(IEQ+ΔIE)2Re從電壓等效的觀點(diǎn)出發(fā)，每個管子的發(fā)射極相當(dāng)于接入了2Re，如圖7.5所示。

2Re2ReRs2+VCCRs1RLRc1Rc2ΔUO+ΔUIC+_T1T2-VEE圖7.5輸入共模信號+ΔUIC__根據(jù)圖7.6示交流通路可知，每邊電路對共模信號ΔUIC的放大倍數(shù)為:ΔUICΔUIC__ΔUOC_ΔUOC1ΔUOC2Rs1Rs22Re12Re2Rc1Rc2RLT1T2+++__++圖7.6輸入共模信號的交流通路負(fù)載電阻RL中沒有電流流過，視為開路。RL___ΔUICΔUICΔUOC_ΔUOC1ΔUOC2Rs1Rs22Re12Re2Rc1Rc2T1T2+++_++圖7-6輸入共模信號的交流通路從上式中可見，Re使每邊共模放大倍數(shù)顯著下降，即Re對共模信號有很強(qiáng)的抑制作用，Re越大，負(fù)反饋的作用越強(qiáng)，每管的漂移越小，則抑制共模信號的作用就越強(qiáng)。在差模信號作用下，兩管得到大小相等、極性相反的輸入信號，于是一管電流增大，另一管電流減小，且變化量相等,Re對差模信號的放大倍數(shù)的影響:Rc2ΔUI1UERs1Rs2RLRc1ReIE1+IE2ΔUO++_ΔUI2+_T1T2VCCIE1IE2VEE圖7.4具有射極公共電阻的差放電路_IE2+ΔIE2即Re上的總電流不變，仍為2IEQ，在Re上沒有信號壓降。因而兩管電流之和不變，故不會影響差模放大倍數(shù)。IE1+IE2IE1+ΔIE1Rc2ΔUI1UERs1Rs2RLRc1ReΔUO++_ΔUI2+_T1T2VCCVEE圖7.4具有射極公共電阻的差放電路_所以對差模信號而言，Re如同短路，2.電路的計算分析由于電路兩邊參數(shù)完全對稱，Rc2ΔUI1UERs1Rs2RLRc1ReIE1+IE2ΔUO++_ΔUI2+_T1T2VCCIE1IE2VEE圖7.4具有射極公共電阻的差放電路_即T1和T2特性一致，Rc1=Rc2=Rc，Rs1=Rs2=Rs。(1)計算靜態(tài)工作點(diǎn)在ΔUI1=ΔUI2=0時，IE1=IE2=IE，由圖7.4得出VEE=IBRs+2IER+UBE通常有IBRs<<2IERe，所以VEE≈2IERe+UBE

IB1IB2UBE+_Rc2ΔUI1UERs1Rs2RLRc1ReIE1+IE2ΔUO++_ΔUI2+_T1T2VCCIE1IE2VEE圖7.4具有射極公共電阻的差放電路_IB1IB2UBE+_Rc2ΔUI1UERs1Rs2RLRc1ReIE1+IE2ΔUO++_ΔUI2+_T1T2VCCIE1IE2VEE圖7.4具有射極公共電阻的差放電路_每管發(fā)射極電流

設(shè)?>>

1，則IC1=IC2=IC≈IE

UCE1

=UCE2

=UCE=VCC+VEE-ICRc-2IERc(2)計算差模放大倍數(shù)對差模信號Re可視為短路，在信號幅度不太大的條件下，仍可用h參數(shù)微變等效電路計算，其差模微變等效電路如圖7.7所示。++___+Rs1Rs2rbe1rbe2Rc1Rc2ΔUIdΔUI1ΔUI2ΔIB1ΔIB2β1ΔIB1β2ΔIB2圖7.7差模微變等效電路+___++RL/2ΔUC1ΔUC2ΔUOdRL/2RL對交流信號而言，其中心相當(dāng)于接地，每邊接RL/2的負(fù)載電阻。這時RL/2RL/2++___+Rs1Rs2rbe1rbe2Rc1Rc2ΔUIdΔUI1ΔUI2ΔIB1ΔIB2β1ΔIB1β2ΔIB2圖7.7差模微變等效電路+___++ΔUC1ΔUC2ΔUOd(3)計算差模輸入電阻和輸出電阻++___+Rs1Rs2rbe1rbe2Rc1Rc2ΔUIdΔUI1ΔUI2ΔIB1ΔIB2β1ΔIB1β2ΔIB2圖7.7差模微變等效電路+___++RL/2ΔUC1ΔUC2ΔUOdRL/2差模輸入電阻是從差模輸入信號兩端向放大器看入的動態(tài)電阻，顯然它等于半邊電路輸入電阻的兩倍，即Rid=2(Rs+rbe)Rid++___+Rs1Rs2rbe1rbe2Rc1Rc2ΔUIdΔUI1ΔUI2ΔIB1ΔIB2β1ΔIB1β2ΔIB2圖7.7差模微變等效電路+___++RL/2ΔUC1ΔUC2ΔUOdRL/2輸出電阻為Rod=2RcRod射極公共電阻Re越大，抑制共模信號的能力就越強(qiáng)維持靜態(tài)工作點(diǎn)的電源VEE相應(yīng)增大。大電阻在集成電路中不易制作。為此希望有這樣一種器件，它的交流等效電阻很大，直流電壓降卻不太大。恒流源就具有這種性能。7.2.3具有恒流源的差放電路

回想第五章中穩(wěn)定工作點(diǎn)電路,射極串有電阻Re后，輸出特性更為平坦，即在放大區(qū)很大范圍內(nèi)iC基本上取決于iB的值而與uCE的大小無關(guān)，相當(dāng)于一個內(nèi)阻非常大的電流源。iCΔiCΔuCEUCEuCEICrce>>RCE這樣就得到了如圖7.8所示電路。因此可利用穩(wěn)定工作點(diǎn)電路來代替Re。圖7-8具有恒流源的差放電路+Rs2T1_+VCCΔUI1Rs1Rc1Rc2ΔUI2ΔUO++__T2-VEEIc3R1Re3R2將電流源簡化為內(nèi)阻無限大的恒流源(ConstantCurrentSource)的電路如圖7.9所示。

Ic3_-VEE_++VCCRs2Rc1Rc2ΔUOΔUI2+ΔUI1+_T1T2Rs17.9具有恒流源的差放電路的簡化電路在圖7.10中，D1和D2為溫度補(bǔ)償二極管，設(shè)其正向壓降為UD=0.7V，T1、T2、T3管的β=50，UBE=0.7V，[例7.2]

++12VT110kΩ100Ω100Ω+VCCRsRsRcRcR1ΔUO++T2RE_ΔUI1ΔUI2__RE2kΩ2kΩ10kΩ10kΩ68kΩRL-12V20kΩ-VEE圖7.10具有恒流源的差動放大電路Re3R2D1D25.1kΩT3其它參數(shù)如圖7.10所示。試計算：⑴靜態(tài)工作點(diǎn)；⑵差模電壓放大倍數(shù)；⑶差模輸入電阻和輸出電阻。++12VT110kΩ100Ω100Ω+VCCRsRsRcRcR1ΔUO++T2RE_ΔUI1ΔUI2__RE2kΩ2kΩ10kΩ10kΩ68kΩRL-12V20kΩ-VEE圖7.10具有恒流源的差動放大電路Re3R2D1D25.1kΩ++12VT110kΩ100Ω100Ω+VCCRsRsRcRcR1ΔUO++T2RE_ΔUI1ΔUI2__RE2kΩ2kΩ10kΩ10kΩ68kΩRL-12V20kΩ-VEE圖7.10具有恒流源的差動放大電路Re3R2D1D25.1kΩ解：⑴靜態(tài)工作點(diǎn)的計算++12VT110kΩ100Ω100Ω+VCCRsRsRcRcR1ΔUO++T2RE_ΔUI1ΔUI2__RE2kΩ2kΩ10kΩ10kΩ68kΩRL-12V20kΩ-VEE圖7.10具有恒流源的差動放大電路Re3R2D1D25.1kΩUC1=UC2=VCC-ICRc=12-0.57×10=6.3(V)若忽略Rs和RE上的靜態(tài)壓降，則UC3≈UE1=UE2=-0.7(V)UE3=UB3-UBE3=-5.46-0.7=-6.16(V)UCE1=UCE2=UC1-UE1=6.3+0.7=7(V)UCE3=UC3-UE3=-0.7+6.16=5.46(V)⑵差模放大倍數(shù)

輸出電阻為：

Ro=Rc=20(kΩ)⑶差模輸入電阻和輸出電阻

差模輸入電阻為：

Rid=2[Rs+rbe+(1+β)RE]=2×(2+2.6+51×0.1)=19.4(kΩ)7.2.4共模抑制比和其模輸入電壓范圍差動放大電路放大的信號是差模輸入信號。共模信號是外界客觀存在的。實(shí)際上差動放大電路的輸入信號常是既有差模成分又有共模成分。設(shè)差放的兩個輸入端對地的信號電壓為ΔUI1和ΔUI2。那么差模輸入電壓ΔUId可以表示為二者之差。

ΔUId

=ΔUI1-ΔUI2

共模輸入電壓ΔUIC為二者的算術(shù)平均值：實(shí)際的每個輸入端的信號電壓相當(dāng)于每一邊的差模輸入信號和共模輸入信號的疊加。即：ΔUO=ΔUOd+ΔUOc=AUdΔUId+AUcΔUIC當(dāng)差動放大電路在小信號范圍內(nèi)工作時，按照疊加原理，可得輸出電壓ΔUO為:式中ΔUOd為差模輸出電壓，即為經(jīng)放大后輸出的信號電壓；ΔUOc為共模輸出電壓，即為誤差電壓，應(yīng)當(dāng)加以抑制。ΔUO=ΔUOd+ΔUOc=AUdΔUId+AUcΔUIC實(shí)際電路不是完全對稱，或者單端輸出的形式，則Auc≠0，輸出電壓ΔUO中包含ΔUOc，即誤差電壓成分。一個性能良好的差放，其共模放大倍數(shù)應(yīng)非常低，能夠有效地抑制共模信號。若差放電路是理想對稱的，而且是雙端輸出的形式，那么Auc=0，輸出電壓ΔUO=ΔUOd。定義共模抑制比(Common-modeRejectionRatio簡稱KCMR)為:用分貝為單位表示為怎樣衡量差放電路抑制共模信號的能力共模抑制比。

共模抑制比KCMR實(shí)際的差動放大電路，在輸入共模電壓超過某一定值時，將影響差分對管的工作狀態(tài)，共模抑制比會下降，甚至不能正常工作，因此必須限制輸入共模電壓的大小。

在共模抑制比不低于規(guī)定值的條件下，允許輸入的最大共模電壓，稱為共模輸入電壓范圍。

1.失調(diào)電壓(OffsetVoltage)和失調(diào)電流(OffsetCurrent)7.2.5失調(diào)和調(diào)零實(shí)際的差放，由于兩邊的管子特性和電阻參數(shù)不可能理想對稱、輸入為零時輸出一般不為零。這種現(xiàn)象稱為放大電路的失調(diào)。放大電路的失調(diào)程度可以用輸入端的失調(diào)電壓和失調(diào)電流兩個參數(shù)來表示，也就是說，可以把放大電路輸出的失調(diào)看成是在輸入端加一個輸入電壓和一個輸入電流的結(jié)果。

圖7.11表示一個有失調(diào)的實(shí)際差放電路，把它等效成圖

7.12電路，其中虛線框內(nèi)表示一個理想的差動電路。ΔUI2IB1IB2ΔUO+_T2-VEE+VCCRc1Rc2ReT1ΔUI1圖7.11有失調(diào)的放大器B2+B1+ΔUI+___ΔUO=0時ΔUI≠0IB1≠IB2I'B1=IB1-IIO/2=(IB1+IB2)/2=IB2+IIO/2=I'B2ΔUO=0時ΔU'I=0I'B1=I'B2IIO=IB1-IB2I’B1_ΔUO-VEE+VCCRc1Rc2ΔUIReT1T2I’B2B1B2ΔU’IIIO/2+IB2UIO+IB1_圖7.12等效的放大器

由于實(shí)際差放電路不對稱，因此存在失調(diào)電壓和失調(diào)電流。輸入失調(diào)電流IIO：使放大器ΔUO=0時，兩個輸入端的偏置電流之差。輸入失調(diào)電壓UIO：使放大電路ΔUO=0時輸入端所需的補(bǔ)償電壓；2.調(diào)零電路

實(shí)際的差動放大電路都存在失調(diào)電壓和失調(diào)電流。因此，實(shí)用的電路中都設(shè)計有調(diào)零裝置，人為地將放大電路調(diào)到零輸入時輸出也為零。下面給出幾種常用的調(diào)零電路。圖7.13(a)調(diào)節(jié)Rw，改變IC1和IC2。設(shè)輸入為零時，ΔUo為正，則Rw的滑動端向左移，IC1↑，IC2↓，ΔUo→0。Rw<幾百歐姆T2_ΔUO++VCC-VEERc1Rc2ReT1Rw7.13(a)發(fā)射極調(diào)零7.13(b)改變Rw，改變Rc，ΔUo為正，Rw向右移，Rc1↑，UC1↓→ΔUo→0。T2_ΔUO++VCC-VEERc1Rc2ReT1Rw圖7.13(b)集電極調(diào)零調(diào)節(jié)圖7.13（c）中Rw，改變UB2，就是調(diào)節(jié)輸入給T2管基極的補(bǔ)償電壓的極性和大小，等于加上UIO，從而使ΔUo→0。+VCCVBBRRT2_ΔUO-VEERc1Rc2ReT1Rw+圖7.13(c)基極調(diào)零7.2.6差動放大電路的四種接法

差動放大電路一般情況下的輸入信號和輸出信號輸入信號：差模：ΔUId=ΔUI1-ΔUI2

共模：每一邊實(shí)際輸入：四種連接方式：雙端輸入雙端輸出；雙端輸入單端輸出；單端輸入雙端輸出單端輸入單端輸出。實(shí)際輸出：ΔUO=ΔUOd+ΔUOc=AUdΔUId+AUcΔUIC雙端輸入、雙端輸出電路的差模放大倍數(shù)為：輸入電阻：Rid=2(Rs+rbe)輸出電阻：Rod=2Rc共模放大倍數(shù)為：Auc=01.雙端輸入、雙端輸出2.雙端輸入、單端輸出雙端輸入、單端輸出電路如圖7.14所示。雙端輸入、單端輸出電路與雙端輸入雙端輸出電路比較有下面三點(diǎn)差別：T2+VCCΔUOdT1ΔUI1RLRs1+___-VEERc1Rc2Re+_圖7.14雙端輸入單端輸出電路Rs2ΔUI2IRe++ΔUId（1）靜態(tài)時輸出端的直流電壓不為零。（2）輸出信號只從一管集電極取出，差模放大倍數(shù)為雙端輸出電路的一半。（3）電路的溫漂和KCMR指標(biāo)要低于雙端輸出電路。由差模交流通路，圖7.15，可以計算電路的差模電壓放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)為雙端輸出電路的一半。I1OdIdOdud2UUUUADD=DD=bes1Lc)//(21rRRR+×-=bβ__+RLRs1rbeRc1ΔIbΔUod+ΔIb+_圖7.15差模交流通路ΔUI1ΔUI2當(dāng)滿足(Rs1+rbe1)<<2(1+β)Re時，在深度負(fù)反饋下得β__+RLRs1rbeRc1ΔIbΔUod+ΔIb+_圖7.15差模交流通路ΔUI1ΔUI2輸入電阻：Rid=2(Rs+rbe)輸出電阻：Rod=RcRe↑→Auc↓β__+RLRs1rbeRc1ΔIbΔUod+ΔIb+_圖7.15差模交流通路ΔUI1ΔUI23.單端輸入、雙端輸出如圖7.16所示，單端輸入是將輸入端一端接地。

_T1+_RL+VCCRc1Rc2ReT2Rs1ΔUO+Rs2ΔUI-VEE圖7.16單端輸入雙端輸出電路可以將其等效變換，按式ΔUId

=ΔUI1-ΔUI2，將原來信號分解成一個共模信號和一對差模信號，如圖7.17所示。T1++ΔUI/2++_RL++VCC___Rc1Rc2ReT2Rs1ΔUO+Rs2+__ΔUI/2ΔUI/2_ΔUI/20VΔUI-VEE圖7.17單端輸入雙端輸出等效變換T1得到的信號仍為，T2輸入依然是地進(jìn)行如此變換之后T1++ΔUI/2++_RL++VCC___Rc1Rc2ReT2Rs1ΔUO+Rs2+__ΔUI/2ΔUI/2_ΔUI/20VΔUI-VEE圖7.17單端輸入雙端輸出等效變換由于輸入信號中有差模和共模信號兩部分，則輸出信號也有兩部分組成：T1++ΔUI/2++_RL++VCC___Rc1Rc2ReT2Rs1ΔUO+Rs2+__ΔUI/2ΔUI/2_ΔUI/20VΔUI-VEE圖7.17單端輸入雙端輸出等效變換單端輸入雙端輸出的共模電壓放大倍數(shù)Auc在理論上為0。而差模放大倍數(shù)為：

T1++ΔUI/2++_RL++VCC___Rc1Rc2ReT2Rs1ΔUO+Rs2+__ΔUI/2ΔUI/2_ΔUI/20VΔUI-VEE圖7.17單端輸入雙端輸出等效變換差模輸入電阻：Rid=2(Rs+rbe)輸出電阻：Ro=2RcT1++ΔUI/2++_RL++VCC___Rc1Rc2ReT2Rs1ΔUO+Rs2+__ΔUI/2ΔUI/2_ΔUI/20VΔUI-VEE圖7.17單端輸入雙端輸出等效變換4.單端輸入、單端輸出電路

電路如圖7.18所示。_+_RL+VCCRc1Rc2ReRs1ΔUO+Rs2ΔUI-VEE圖7.18單端輸入單端輸出電路由上面討論可知，差動放大電路的此種接法的性能指標(biāo)可通過下列各式求出：

Rid=2(Rs+rbe)Ro=Rc7.3電流源電路

電流源電路不僅可以用于各種放大器的偏置電路，而且可用于取代電阻作為放大電路的有源負(fù)載，因而在集成運(yùn)算放大器中得到了廣泛的應(yīng)用。7.3.1鏡像電流源電路(CurrentMirrorSource)圖7.19所示為鏡像電流源電路。其中T1和T2兩管特性理想對稱，完全一致。

T1IC1+VCCIRIOIB1IB2RT2圖7.19鏡像電流源電路則UB1=UB2，故IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IO，那么IR可表示為

如果β>>2，VCC>>UBE，則T1IC1+VCCIRIOIB1IB2RT2圖7.19鏡像電流源電路從上式可見，當(dāng)參考電流IR的大小固定時，電流源輸出電流IO也就相應(yīng)恒定；IR改變，IO也隨之改變，故稱為鏡像電流源。

T1IC1+VCCIRIOIB1IB2RT2圖7.19鏡像電流源電路優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，兩管參數(shù)對稱，符合集成電路的特點(diǎn)；缺點(diǎn)：IO的數(shù)值仍受電源電壓、R和UBE的影響。若想得到小電流(如微安級)，則R必須很大，這在集成電路制作上有一定困難。7.3.2微電流源電路(SmallValueCurrentSource)若想獲得小電流的同時仍保持電阻R阻值不大，則應(yīng)使IO<IR,電路如圖7.20所示。由UBE2<UBE1，可知IO<IR。IRRe2T1+VCC圖7.20微電流源電路IC1IOIB1IB2RT2IE2IE1根據(jù)PN結(jié)伏安特性方程

當(dāng)UBE>>UT時，IRRe2T1+VCC圖7.20微電流源電路IC1IOIB1IB2RT2IE2IE1UBE1-UBE2=IE2Re2又

或因制作工藝相同，所以IS1=IS2IRRe2T1+VCC圖7.20微電流源電路IC1IOIB1IB2RT2IE2IE1IR=IE1+IB2≈IE1，IO≈IE2

所以IRRe2T1+VCC圖7.20微電流源電路IC1IOIB1IB2RT2IE2IE1這是一個超越方程，一般可用圖解法或累試法求解。在設(shè)計中一般是先確定IR和IO的數(shù)值，再確定R和Re2的值。7.3.3多路電流源電路

可以一個參考電流獲得多個電流，而且各個電流值可以互不相同。T3T2圖7.21多路電流源電路T1+VCCRIRR1I2R2R3I3I4R4T4在鏡像電流源和微電流源的基礎(chǔ)上得到的多路電流源電路。其中T1構(gòu)成參考電流源IE1R1≈IE2R2≈IE3R3≈IE4R4T3T2圖7.21多路電流源電路T1+VCCRIRR1I2R2R3I3I4R4T47.3.4有源負(fù)載電路

用晶體管組成的電流源取代電阻作為放大電路的負(fù)載，稱為有源負(fù)載(ActiveLoad)。利用電流源對電流變化量所呈現(xiàn)的很大的輸出電阻，就可以代替共射放大電路中的Rc，可有效地提高放大倍數(shù)。利用恒流源來代替差動放大電路中的公共射極電阻Re，提高共模抑制比的電路，(已經(jīng)討論過)。如圖7.22是在一個單管共射極放大電路中使用有源負(fù)載電路。其中T2與T3構(gòu)成鏡像電流源，用它的輸出電阻rce3作為T1管的集電極負(fù)載電阻。T1+VIRIORT3T2++__ΔUIΔUo圖7.22單管放大電路中的有源負(fù)載如圖7.23是在差放電路中使用有源負(fù)載電路。其中T3、T4構(gòu)成電流源作為T1和T2所構(gòu)成的差動放大電路的集電極有源負(fù)載。T1IORLT3T2+V++__ΔUIΔUo圖7.23差放的有源負(fù)載T4-VΔIc1ΔIc2ΔIc4ΔIL具有把差放的雙端輸出轉(zhuǎn)變?yōu)閱味溯敵龅墓δ埽沂箚味溯敵龅碾妷悍糯蟊稊?shù)增加了一倍。

T1IORLT3T2+V++__ΔUIΔUo圖7.23差放的有源負(fù)載T4-VΔIc1ΔIc2ΔIc4ΔIL當(dāng)輸入信號ΔUI=0時，靜態(tài)電流IC1=IC2=IO/2。由于T3、T4為電流源，則IC1=IC4，那么流過負(fù)載電阻RL的靜態(tài)電流IL=IC4-IC2=0。T1IORLT3T2+V++__ΔUIΔUo圖7.23差放的有源負(fù)載T4-VΔIc1ΔIc2ΔIc4ΔIL當(dāng)輸入差模信號ΔUI時，iC1=IC1+ΔIC1iC2=IC2+ΔIC2而ΔIC1=-ΔIC2，由于電流源的原因，使ΔIC4=ΔIC1，那么流過負(fù)載電阻RL的信號電流T1IORLT3T2+V++__ΔUIΔUo圖7.23差放的有源負(fù)載T4-VΔIc1ΔIc2ΔIc4ΔIL輸出信號電流比單端輸出時大了一倍，則放大倍數(shù)也大了一倍。這種電路也稱為單端化電路，常為集成運(yùn)放所采用。ΔIL=ΔIC4-ΔIC2=ΔIC1-(-ΔIC1)=2ΔIC1T1IORLT3T2+V++__ΔUIΔUo圖7.23差放的有源負(fù)載T4-VΔIc1ΔIc2ΔIc4ΔIL7.4

集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放電路簡介集成運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)集成運(yùn)放的低頻等效電路集成運(yùn)放使用注意事項(xiàng)7.4.1集成運(yùn)算放大器簡介集成運(yùn)算放大器的組成通常由差動放大電路構(gòu)成，目的是為了減小放大電路的零點(diǎn)漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成，目的是為了獲得較高的電壓放