山大復(fù)試第5章

第五章集成運(yùn)算放大器差動(dòng)放大電路集成運(yùn)算放大器中的單元電路集成運(yùn)放簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器中的主要參數(shù)特殊集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器——高增益的直接耦合的集成的多級(jí)放大器集成電路模擬集成電路：集成運(yùn)算放大器、功率放大器、模擬乘法器、鎖相環(huán)、穩(wěn)壓器等。數(shù)字集成電路集成電路分類(lèi)：直耦放大電路的特殊問(wèn)題——零點(diǎn)漂移由溫度變化引起的靜態(tài)工作點(diǎn)的漂移——溫度漂移—Re1Rb1Rc1T1o+u+u

iT

2+

VCCRe2-

VEEuo0t零漂現(xiàn)象：輸入U(xiǎn)i=0時(shí)，隨溫度變化輸出電壓在零點(diǎn)上下漂移。第一級(jí)是關(guān)鍵直接耦合放大器存在嚴(yán)重的溫度漂移減小零漂的措施(穩(wěn)定Q的措施)★用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償★采用負(fù)反饋★采用差動(dòng)式放大電路+VCCRb1

Rc

Cb2Cb1+

T

++

uui

Rb2

R

RL

o-

e

-+射偏電路★用熱敏元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償熱敏電阻IC+UBE-Rb1CCT+

VR

c+UBE-+UD-IDIC5.1

差動(dòng)放大電路(電壓放大)一.結(jié)構(gòu):對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)即：b1=b2=bUBE1=UBE2=

UBErbe1=

rbe2=

rbeRC1=RC2=

RCRb1=Rb2=

Rb差動(dòng)放大電路一般有兩個(gè)輸入端：ui1

ui2差動(dòng)放大電路的輸出端:uo=

uo1-

uo2共射---uo2+RbT1+EEReRbT2_

VRcRc+VCC+ui2—+u

i1—+

uouo1二.

幾個(gè)基本概念---uo2+RbT1+EEReT2

Rb_

VRcRc+VCC+ui2—+u

i1—+

uouo11共模輸入信號(hào)：uic

=

2

(ui1

+

ui2

)idudu=

uod差模電壓增益：Aicucu=

uocA共模電壓增益：總輸出電壓：uo=

Aud

uid

+

Auc

uic=

uod

+

uocidi1

iC2u

=

u

+

1

u11mV

9mV=

ui1

-

ui211mV

9mV2mV差模輸入信號(hào)：uid10mVi2

iC

id2u

=

u

-

1

u10110-1eReRI=

-

0.7

-(-VEE

)三.差動(dòng)放大電路的基本工作原理1.

靜態(tài)工作點(diǎn)的確定：=

0ui1

=

ui2忽略Ib，有：UB1≈UB2

≈0V12I

ReIC1

=

IC2CE2CE1U

=

U=

VCC

-

IC

RC

-

(-0.7)bB2B1=

IC

=I

=

I

=

I

CU

O

=

U

C1

-

U

C2

=

0V+V+

CCui1—+ui2—RcRcREEe_VU

C1

=

U

C2=

VCC

-

IC

RCIReRb

UB1UB2

RbUC1

_UC2+

u

oT1

T2(1)加入差模輸入信號(hào)ui1=uid/2

ui2=

-

uid/22.電路的動(dòng)態(tài)分析uic=0---RT+RbT1b2Re_

VEERc—Rc+VCCu

i1+

uou

id22+-

u

id

ui2—IReEuo2++uo1LRi1

B1

C1

C1u

?

fi

i

?

fi

i

?

fi

u

flui2

fl

fi

iB2fl

fi

iC2

fl

fi

uC2

?因│ui1

│=│ui2

│，電路對(duì)稱(chēng)fi

│uo1│=│uo2│fi

uo=|2

uo1|畫(huà)出交流等效電路畫(huà)出交流等效電路Re對(duì)差模信號(hào)相當(dāng)于短路負(fù)載RL中點(diǎn)的交流電位為零---RRbT1EEeRbT2_

VRcRc+VCCi2—+u

i1—+

uou

id2+u

uid2-IReEuo2++uo1RL---2Rb2u

idT1RcRcT2+u

i1—Rb+-

u

id

ui2—E+++

uouo1uo2設(shè)ui1

?,ui2fl

fi

iB1

?,iB2

flE1

E2

E1E2fi

i

?,i

flfi

|Di

|=

-|Di

|fiIRe不變fiURe不變直流電壓源交流短路僅適用于差模輸入情況bLcud)2beRR

+

rA

=

-b

(

R

//①求差模電壓放大倍數(shù)：i1u---2Rb2u

idT1RcRcT2+u

i1—Rb+-

u

id

ui2—E+++

uouo1uo2++ibbe

βrR-+C++uo1-+ui1icib

RL2RbudA=

uod

=

uo1

-

uo2uid

ui1

-

ui2i12u=

2uo1i

2uu

u=

o1

=

o2

②差模輸入電阻bebbbidiiR=

2(R

+

r

)=

2ui1=

uid③輸出電阻Ro

=

2Rc---2Rb2u

idT1RcRcT2+u

i1—Rb+-

u

id

ui2—E+++

uouo1uo2(2)加入共模輸入信號(hào)icui1=ui2

=uuid=0共模電壓放大倍數(shù)---ERL+uo1u

ic+

uoRbT1ReRbIT2Rc+VCCuo2Rc++u

i1—Re_

VEE+u

ic

ui2—i1

B1

C1

C1u

?

fi

i

?

fi

i

?

fi

u

flui2?fi

iB2?fi

iC2

?fi

uC2fl因ui1

=ui2，電路對(duì)稱(chēng)fi

uo1

=uo2fi

uo=uo1

-uo2

=0(理想)。icuc=

0u=

uocA3.抑制零漂的原理:當(dāng)ui1

=

ui2

=

0

時(shí)，UC1

=

UC2Uo=

UC1

-

UC2

=

0當(dāng)溫度變化時(shí)：_+VCC+u

i1—+ui2—T1T2RcRcRbRb+

u

oREEe_

VB1

C1

C1T

?

fi

I

?

fi

I

?

fi

U

flT

?

fi

IB2?

fi

IC2

?

fi

UC2

fl電路對(duì)稱(chēng),三極管處于同一環(huán)境中fi

D

uC1

=

DuC2Uo=0差放對(duì)共模信號(hào)的抑制能力反映了對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力。四.差動(dòng)放大器的輸入輸出方式差動(dòng)放大器共有四種輸入輸出方式:雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出）雙端輸入、單端輸出（雙入單出）單端輸入、雙端輸出（單入雙出）單端輸入、單端輸出（單入單出）主要討論的問(wèn)題有：差模電壓放大倍數(shù)、

共模電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻

、

輸出電阻1.雙端輸入雙端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)（2）共模電壓放大倍數(shù)Auc

=

0（3）差模輸入電阻Rid=

2(Rb

+

rbe

)（4）輸出電阻R

o

=

2

R

c--—b2+

uRcLR+uo1TReuo2i1Rc_

Vb+VCCo

-+ui2—EE++uRT1RLc)2RRb

+

rbeAu

d

=

-b

(

R

//2.

雙端輸入單端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)（2）差模輸入電阻)bebidR

=

2(R

+

r（3）輸出電阻R

o

=

R

c—cRT2e_RRi1cRb+VCC+ui2—VEE+uRbT1RL+u

o1—i1idud1u

2uu

uA這種輸出方式適用于為

單端輸入的放大器提供信號(hào)++iβ

bberR-+C++uo1RL-+ui1icibRbbeb2(R

+

r

)= od

=

o1

=

-

c

L

b

(R

//

R

)（4）共模電壓放大倍數(shù)RcT2eRRc_

VRb+VCC+ui2—EE+u

i1—RbT1RL+u

o1—u

icu

iciRe設(shè)ui1

?，ui2

?fi

ie1

?，ie2

?。fi

iRe（=2

ie1

）?ui1=ui2

=uic畫(huà)出共模交流等效電路Rc

Rc+Rb

T1

R

uo1

T2

RbL

—+

+ui1

uic

2i

uic

ui2—

e1

Re

—Rc+uo1—RcT1+ui1—RbT2

Rb+ui2—RL2Reuic

ie1ie2

uic2Reuic

ui1uoc

uo1Auc

=

=ebebb

R

'LR

+

r

+

(1

+

b

)2R=

-R

'?

-

L

求共模電壓放大倍數(shù)：——RT2Rc+uo1RcT1+ui1RbRb+ui2—L2Reuic

ie1ie2

uic2Re2Re增加Re可以改善單端輸出時(shí)的共模抑制能力。++-beRLuR++r-+ibo1Cβ

bRb+ui1ici2

ReR'L3.

單端輸入等效電阻，故Re

可視為開(kāi)路，于是有交流指標(biāo)計(jì)算

“同”雙端輸入VEERb

T1

T2

Rb+uid—

iReRe_這種輸入方式適用于接受單端輸出的放大器提供的信號(hào)雙端輸出單端輸出ui1=

uidui2

=

0單端輸入等效雙端輸入ui1

=

uid

/2

ui2=-uid

/2單入單出時(shí)：注意輸入、輸出的相位關(guān)系。設(shè)從T1的基極輸入信號(hào)，如

果從C1

輸出，相位相反；從C2

輸出相位相同。RbT1RbT2—因?yàn)镽e＞＞從T2發(fā)射極看進(jìn)去的

+idu+-+-2uid2uid與單端輸入還是雙端輸入無(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：(1)差模電壓放大倍數(shù)差動(dòng)放大器動(dòng)態(tài)指標(biāo)計(jì)算總結(jié)雙端輸出時(shí)：b

beLcud)2RR

+

rA

=

-b

(

R

//單端輸出時(shí)：b

beudA2(R

+

r

)=

–

b

(Rc

//

RL

)(2)共模電壓放大倍數(shù)雙端輸出時(shí)：?jiǎn)味溯敵鰰r(shí)：Auc

=

0euc2RA?

-

R

'L(3)差模輸入電阻雙端輸出時(shí):Ro

=

RcRo

=

2RcRid

=

2

Rb

+

rbe

)(4)輸出電阻單端輸出時(shí):(5)共模抑制比bebCMR1R

+

r-

R'L

/

2Re=

-

b

R'L

/

2(

Rb

+

rbe

)

?

b

ReucCMRAK=

Aud雙端輸出時(shí):KCMR→∞加大Re，可以提高共模抑制比。單端輸出時(shí)：K共模抑制比KCMR是差動(dòng)放大器的一個(gè)綜合指標(biāo)。ucCMRAK

=

20

lg

Aud

(dB)五.帶恒流源的差動(dòng)放大電路等效很大的交流電阻

R等效恒流源的作用直流電阻較小不影響直流工作點(diǎn)。bebCMRKR

+

r?

等效b

R_+VCCu+i1—+ui2—T1T2RcRcRbRbo+

uEERe_

VR等效R等效對(duì)差模信號(hào)短路不影響差模指標(biāo)等效A2RR

'uc?

-

L

單出：帶恒流源的差動(dòng)放大電路的計(jì)算：靜態(tài)工作點(diǎn)：_-R+RbT1RbT2VEERc—Rc+VCC+ui2—u

i1+

uoRL3R1R2Ic3T3

AB1

2AB

R1

EE

R

+

RU

=

V3C3RI=

U

AB

-

0.7V2C2C1=

IC3I

=

I動(dòng)態(tài)指標(biāo)：)be3r

+

R1

//

R2

+

R3(1

+bR3恒流源等效交流電阻：R等效=rce3套用前述基本差放的各項(xiàng)公式（用R等效代替Re）B2B1I

=

I

=

I

CbUC1

=

UC2

=VCC

-

IC

RC5.2

集成運(yùn)算放大器中的單元電路—.電流源電路C1C2I

=

IRIR=

VCC

-UBERVCC?TIRIC11T2+V

CCRIC2

B2

I1.鏡像電流源T1、T2的參數(shù)完全相同基準(zhǔn)電流：IC2

?

IRR?

VCCIC1

=

IR

-

2IB

?

IR(當(dāng)BJT的b

足夠大時(shí))2.

微電流源Re2Re2=

DUBEIRTIC2+V

CCR1TIC1Re22IE2U T

VCC

IC2

?

R

ln

I R

e2

C2

A，試探法：已知：IR=0.72mRe2=3kΩ，UT=26mV求得：IC2≈28uARe2引入負(fù)反饋，使IC2更加穩(wěn)定。Re2使電流IC2減小IC2

?

IE2

=

UBE1

-UBE2I

VCCR

?

R3.

多支路比例電流源RIRIC1IC2IC3IE1IE2IE3R0R1R2R3IC0T

0T

1T

2T

3+V

CCIE0≈IC0≈IRIC1

≈

IE1則，可得：

IRR0

≈

IC1R1R1C1IRR

0I

?在圖中，T0、T1管，電阻R、R0和R1構(gòu)成了比例電流源。有：IE0R0＋UBE0＝IE1R1＋UBE1因?yàn)椋篣BE0≈UBE1

所以：

IE0R0

≈

IE1R14.

電流源作有源負(fù)載共射電路的電壓增益為：becrbRAu

=

-而電流源的直流電阻較小，不會(huì)影響直流工作點(diǎn)。鏡像電流源放大管二.有源負(fù)載差動(dòng)放大電路T3、T4組成鏡像電流源，作T1、T2的負(fù)載，可以提高放大倍數(shù)。同時(shí)可使單端輸出的電路獲得近似為雙端輸出的電壓增益。uou_+ic2ic3c1iIEE+

VCC-

V

EEui1u

i2uc2

iRLT

2T

3T

4IC1T

1IC2ic4IC4三.互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)射極輸出電路(雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放)Ｔ１Ｔ２＋VCC－

VCCuouiRLuＴ２oRLuiR

2D1D2Ｔ１R1＋VCC乙類(lèi)－

VCC甲乙類(lèi)5.3

集成運(yùn)算放大器u電壓放大級(jí)輸出級(jí)偏置電路uo+

u差動(dòng)輸入級(jí)u-一.

集成運(yùn)放的總體結(jié)構(gòu)集成運(yùn)算放大器——高增益的直接耦合的集成的多級(jí)放大器。u

u共模抑制比高，輸入電阻高電壓增益高輸出電阻小輸出功率大二.

簡(jiǎn)單的集成運(yùn)放輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)原理電路：Rc1IsRc2Rc3T1

T

2T4T53T++

VCC-+

VEE+

uo反相輸入u-

+u++同相輸入三.通用型集成運(yùn)放F007（5G24，mA741)1T2223T1730pFIREF721T5C8T7T6TTR10RpT_2R

1R8R6T

8TT10T111TR9R4T16EE+T9

T12T

14T159R2TR34T13T23T19R31874

-V+VCC5+VO6T24R539kT20AB1T2223T1730pFIREF721T5C8T7T6TTR10RpT_2R

1R8R6T

8TT10T111TR9R4T16EE+T9

T12T

14T159R2TR34T13T23T19R31874

-V+VCC5+VO6T24R539kT20AB輸入級(jí)偏置電路中間級(jí)輸出級(jí)1T2223T1730pFIREF721T5C8T7T6TTR10RpT_2R

1R8R6T

8TT10T111TR9R4T16EE+T9

T12T

14T159R2TR34T13T23T19R31874

-V+VCC5+VO6T24R539kT20AB3號(hào)（同相端）；2號(hào)（反相端）；6

號(hào)（輸出端）；7號(hào)（+VCC）；4號(hào)（-VEE）；1號(hào)、5

號(hào)（調(diào)零端）；8

號(hào)、9號(hào)（補(bǔ)償端）。5.管腳分析：1T222143T1730pFIREF721T5C8T7T6TTR10RpT_2R

1R8R6T

8TT10T111TR9R4T16EE+T9

T12TT159R2TR34T13T23T19R31874

-V+VCC5+VO6T24R539kT20AB調(diào)零電阻補(bǔ)償電容-＋u-u+uo集成運(yùn)算放大器的符號(hào)國(guó)際符號(hào)：國(guó)內(nèi)符號(hào)：uo=

Au(u+-u-)=

-Au(u-

-

u+)同相輸入端反相輸入端V∞++A+uV

uV-uo

輸出端1.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Aod

：無(wú)反饋時(shí)的差模電壓增益。uoAod

=u+

-

u-一般Aod在100～120dB左右，高增益運(yùn)放可達(dá)140dB以上。2.差模輸入電阻rid

：雙極型管輸入級(jí)約為105～106歐姆，場(chǎng)效應(yīng)管輸入級(jí)可達(dá)109歐姆以上。3.

輸出電阻ro:幾Ω~幾十Ω3.4

集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)H5.開(kāi)環(huán)帶寬BW

(f

)

：運(yùn)放的差模電壓放大倍數(shù)在高頻段下降3dB所定義的帶寬。20lgAu20lgAum

3dBBWff

HAumfAu0.707

Aumf

HBW4.共模抑制比KCMR

：KCMR=20lg|Aud

/

Auc

|(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高達(dá)180dB。6.輸入失調(diào)電壓UIO輸入電壓為零時(shí)，將輸出電壓除以電壓增益，折算到輸入端的電壓。是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對(duì)稱(chēng)性的指標(biāo)。uo≠02~10mV（在集成運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，兩輸入端之間加的補(bǔ)償電壓為輸入失調(diào)電壓。）∞uIo在零輸入時(shí)，差分輸入級(jí)的差分對(duì)管基極電流之差，用于表征差分級(jí)輸入電流不對(duì)稱(chēng)的程度。7.輸入偏置電流IIB

：輸入電壓為零時(shí)，運(yùn)放兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值，用于衡量差分放大對(duì)管輸入電流的大小。IIB

=

1

(IB1

+

IB2

)IIO

=

IB1

-

IB2210nA~1uA8.輸入失調(diào)電流IIO

：1nA~0.1uA9.輸入失調(diào)電壓溫漂

dUIO

dT在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓的變化量與溫度變化量之比。10~20uV/oC10.輸入失調(diào)電流溫漂dIIO

/dT:在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流的變化量與溫度變化量之比。1nA/oC11.最大差模輸入電壓Uidmax運(yùn)放兩輸入端能承受的最大差

模輸入電壓，