第5章 集成运算放大电路 5.1 集成运算放大电路的特点5.2 电流源电路一、镜像电流源(Current Mirror)二、比例电流源三、微电流电流源(Widlar Current)四、威尔逊电流源5.3有源负载放大电路Date1模拟电子技术5.4 差动放大电路(Differential Amplifier)5.4.1 零点漂移现象5.4.2差动放大电路的工作原理及性能分析一、差模(Difference-Mode)放大特性二、共模(Common-Mode)抑制特性三、共模抑制比KCMR(Common-Mode Rejection Ratio)四、对任意输入信号的放大特性Date2模拟电子技术5.4.4 差动放大电路的大信号分析一、差动放大电路的传输特性(Transfer Characteristic)二、差动放大电路正常工作的前提条件 三、差动放大电路作模拟乘法器 5.4.5差动放大器的失调及温漂一、差动放大器的失调二、失调的温度漂移(Temperature Drift)Date3模拟电子技术5.8 集成运算放大电路的外部特性及其理想化5.8.1 集成运放的电压传输特性 5.8.2 集成运算放大器的主要参数一、静态参数 二、动态参数 5.8.3 理想集成运算放大电路一、理想化条件二、理想运放特性Date4模拟电子技术第5章 集成运算放大器电路 （1）了解差分放大电路的组成和工作原理，掌握静态和动态参数的分析方法。（2）掌握电流源电路的结构、工作原理和分析方法。（3）了解典型集成运算放大器的组成及其各部分的特点，掌握其电压传输特性和主要参数。Date5模拟电子技术集成电路：60年代发展起来的一种新型器件，把众多晶体管、电阻、电容及连线制作在一块半导体芯片（如：硅片）上，做成具有特定功能的独立电子线路。外型一般用金属圆壳或双列直插结构。集成电路具有性能好，可靠性高，体积小， 耗电少，成本低等优点。集成运放：是一 种模拟集成电路，早期实现各种数学运算，主要用于模拟计算机；现在广泛应用于各种电子系统中，是一种通用型模拟器件。Date6模拟电子技术Date7模拟电子技术5.1 集成运算放大电路的特点1.级间只能采用直接耦合方式(集成工艺不能制作大电容和电感)；2.尽可能采用有源器件代替无源器件(避免使用大电容、大电阻)；3.利用对称结构改善电路性能 (参数一致性好,但单个元器件参数误差较大)。Date8模拟电子技术图5.1.1 集成运算放大电路方框图 差动放 大器负载为有源 负载的共射 放大器射随器或互 补射随器电流源输 入 级中 间 级输 出 级偏置电路uPuOuNDate9模拟电子技术5.2 电流源电路IC0IBUCER1R2ICR3UEEICRo(a)晶体管的恒流特性(b)电流源电路(c)等效电流 源表示法Date10模拟电子技术图5.2.1 镜像电流源 一、镜像电流源(Current Mirror)工作电流参考电流Date11模拟电子技术图5.2.2 多路镜像电流源Date12模拟电子技术IrRrIC1I C2UCCIC3RrIrIC2IC3V3V2V1UCC图5.2.3多集电极晶体管镜像电流源(a)三集电极横向PNP管电路(b)等价电路集成电路中多路镜像电流源的实现Date13模拟电子技术二、比例电流源图5.2.4比例电流源Date14模拟电子技术室温下，当两管的射极电流相差10倍时： 若2，则IE1Ir, IE2IC2仅为此时两管UBE电压(600mV)的10%。因此，UBE1UBE2。Date15模拟电子技术三、微电流电流源(Widlar Current)RrIr IC2V2V1UCCR2图5.2.5微电流电流源当12时，IE1Ir,IE2IC2已知Ir=1mA,要求IC2=10A时Date16模拟电子技术四、威尔逊电流源图5.2.6 威尔逊电流源 Date17模拟电子技术若三管特性相同，则1=2=3=,利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动态内阻Ro较大的动态内阻； 输出电流受的影响也大大减小优点Date18模拟电子技术5.3有源负载放大电路UCC V3V2uoV1uiRr图5.3.1有源负载共射放大电路(a)电路UCCuoV1uiIorce3(b)以电流源表示的等效电路Date19模拟电子技术5.4 差动放大电路(Differential Amplifier)5.4.1 零点漂移现象1.静态时，由于温度变化，电源波动等因素的影响，会使工作点电压(即集电极电位)偏离设定值而缓慢地上下飘动。2.在阻容耦合电路中，因为耦合电容的存在， 输入级工作点的缓飘很难传到下一 级去， 因此可忽略它的影响。但对直接耦合放大电路，这种飘动会逐级放大，会使后级放大器进入截止和饱和， 这样整个电路将无法正常工作。Date20模拟电子技术3.差动放大器电路能有效地克服零点漂移。等效输入漂移电压输出漂移电压等效输入漂移电压限制了放大器所能放大的最小信号。Date21模拟电子技术5.4.2差动放大电路的工作原理及性能分析UCC RCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo图5.4.2 基本差动放大电路当Ui1=Ui2=0时则流过RE的电流I为故有Date22模拟电子技术UCC RCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo图5.4.2 基本差动放大电路静态时，差动放大电路两输出端之间的直流电压为零。Date23模拟电子技术一、差模(Difference-Mode)放大特性 UCCRCRLRCREUEEV1V2uoUid1Uid2Iid1Iid2RE上只有静态电压，无交流信号电压0V0VUid1Uid2Uod1 UCEQ1 Uod2 UCEQ2Date24模拟电子技术基本差动放大器的差模等效通路Uod1Uod2RL 2RL 2V2V1 Uid1Uid2 UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2Date25模拟电子技术双端输出（浮动输出）时 1. 差模电压放大倍数Uod1Uod2 RL 2RL 2V2V1 Uid1Uid2UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2Date26模拟电子技术单端输出时 1. 差模电压放大倍数Uod1RLV2V1 Uid1Uid2UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2负载RL情况下或Date27模拟电子技术2. 差模输入电阻(Input Differential Resistance)注：Uod1Uod2 RL 2RL 2V2V1 Uid1Uid2UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2IidDate28模拟电子技术3. 差模输出电阻(Output Differential Resistance)Uod1Uod2 RL 2RL 2V2V1 Uid1Uid2UidRCRCUodIid1Iid2Ic1Ic2单端输出时为双端输出时为Date29模拟电子技术UCCRCRLRCREUEEV1V2uoUicIic1Iic2Ic1Ic2RE上有静态电压和交流信号电压0VUicUoc2 UCEQ2二、共模(Common-Mode)抑制特性Uoc1UCEQ1IicDate30模拟电子技术RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2RE图5.4.4 基本差动放大器的共模等效通路 Iic1Iic2Ic1Ic2IicDate31模拟电子技术1.共模电压放大倍数 双端输出时RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2REIic1Iic2Ic1Ic2IicDate32模拟电子技术单端输出时1.共模电压放大倍数RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2REIic1Iic2Ic1Ic2IicDate33模拟电子技术2. 共模输入电阻RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2REIic1Iic2Ic1Ic2Iic注：Date34模拟电子技术3.共模输出电阻 单端输出时 RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE2REIic1Iic2Ic1Ic2IicDate35模拟电子技术三、共模抑制比KCMR(Common-Mode Rejection Ratio)Date36模拟电子技术四、对任意输入信号的放大特性+=0VDate37模拟电子技术1.任意输入信号的分解及输入电压Date38模拟电子技术UCC RCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo图 5.4.7 将两个任意信号转换成差模和共模输入信号Date39模拟电子技术2.任意输入信号作用下，输出电压的计算双端输出时的电路图UCC RCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo Date40模拟电子技术单端输出时的电路图UCC RCRLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2UoDate41模拟电子技术如两端都不接地，这种接法称为双端输入； 如信号源一端接地，这种接法称为单端输入。UCC RCUC2RLRCUC1UiREUEEV1V2Uo3.关于只有一路信号源接入差动放大器UCC RCUC2RLRCUC1UiREUEEV1V2UoDate42模拟电子技术图5.4.3所示的基本差动放大器，存在两个缺点：若UEE=15V，则室温下，KCMR(单)的上限约为300，而与RE的取值无关。1.共模抑制比做不高Date43模拟电子技术2.不允许输入端有较大的共模电压变化。公共射极电位变化差放管的静态工作电流变化rbe改变Date44模拟电子技术RCRCUi1V1V2UoUi2 UEEIUCC RCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC图5.4.9具有电流源的差动放大电路(a)用单管电流源代替RE的差动电路(b)电路的简化表示恒流源Date45模拟电子技术静态工作点的估算：RCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCCDate46模拟电子技术1.共模抑制比可做的非常高；2.允许输入端有较大的共模电压变化。Auc0、 Auc（单）0KCMR、 KCMR（单）高电流源的输出电阻非常大rbe几乎不变Date47模拟电子技术5.4.4 差动放大电路的大信号分析图5.4.11具有电流源的差动放大电路RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC1一、差动放大电路的传输特性(Transfer Characteristic)Date48模拟电子技术Date49模拟电子技术RCRCuidV1V2uoUEEIUCCiC2iC1Date50模拟电子技术(a)电流传输特性曲线iC1,iC2IiC1iC2iC1iC26UT/ 4UT2UT02UT4UT6UTuidQI 2图5.4.12差动放大电路的传输特性曲线1.两管集电极电流之和恒等于I2.传输特性具有非线性特性3.在静态工作点附近，当|uid|UT，即室温下， uid在26mV以内时，传输特性近似为一段直线。4.当| uid |4 UT,即uid超过100mV时，传输特性明显弯曲，而后趋于水平。Date51模拟电子技术(b)电压传输特性曲线 图5.4.12差动放大电路的传输特性曲线uoIRC6UT/ 4UT2UT02UT4UT6UTuid IRCDate52模拟电子技术二、差动放大电路正常工作的前提条件 1.差放电路输入电压幅值限制 RCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC2.电流源电流I限制 Date53模拟电子技术三、差动放大电路作模拟乘法器 RCRCuidV1V2uoUEEIUCCiC2iC1若则若则Date54模拟电子技术5.4.5差