模电第六章集成运算放大器电路原理

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1、第六章集成运算放大器电路原理集成运算放大器是采用微电子技术，将晶体管、电阻、电容及连线制作在硅片上的电路。本章介绍集成运放的单元电路和典型集成运放芯片，重点是差动放大器、恒流源和互补跟随输出级电路。掌握不同输入输出类型的差动放大器的动特性分析：差（共）模电压增益、输入输出电阻以及共模抑制比的求法；理解恒流源的原理，熟悉几种典型恒流源的电路原理图。6.1集成运算放大器的电路特点集成运放：多级放大电路。电路设计上的主要特点：(1)高增益直接耦合。(2)用有源器件代替无源元件。(3)利用对称结构改善电路性能。理想运放：电压增益高、输入电阻大、输出

2、电阻小、工作点漂移小、失调电压和失调电流为零等特点。集成运放电路框图6.2电流源电路电流源对提高集成运放性能的作用：1、给各级电路提供稳定的直流偏置电流；2、作为有源负载，提高单级放大器的增益。一、单管电流源电路晶体管的恒流特性恒流源电路等效电流源表示法恒流条件：恒流管始终为放大状态。由电路的交流等效电路可以证明，Ro近似为若UA=100V，ICQ=50μA，则rCE=2M。二、镜像电流源镜像电流源：晶体管V1代替电阻R2和R3。若β1>>1，则IC2≈Ir，Ir一定，IC2恒定；改变Ir，则IC2改变。三路镜像电流源如图示一般β1(1+β

3、5)>>4容易满足，IC2、IC3、IC4更接近Ir，并且受β的温度影响也小。增加V5射随器减小误差。多集电极晶体管镜像电流源利用一个三集电极横向PNP管组成双路电流源(横向PNP管是采用标准工艺，在制作NPN管过程中同时制作出来的一种PNP管)。三、比例电流源输出电流与参考电流成比例室温下，可认为UBE1≈UBE2。则有：当两管的射极电流相差10倍以内时：若β1>>1，则IE1≈Ir，IE2≈IC2，有当β>>1时，IE1≈Ir，IE2≈IC2，有：四、微电流电流源(提供微安级的小电流)已知Ir=1mA，IC2=10μA，则R2为若UCC

4、=15V，则Rr≈15kΩ。总电阻不超过27kΩ。若用镜像电流源，则Rr=1.5MΩ。五、负反馈型电流源威尔逊电流源威尔逊电流源电路特点：V3管的基极和射极之间接入了一个镜像电流源。镜像电流源的自动调节作用使得V3管的输出电流恒定。调节原理：IC3↑IE3↑IC1↑IB3↓IC3↓Ir恒定β1=β2=β3=β，有：威尔逊电流源的动态内阻Ro为串接电流源：两个镜像电流源串接组成。六、有源负载放大器ΔΔΔui→IC1↑ΔIC1ΔIC3≈ΔIC1ΔIC2=ΔIC3ΔIC2=ΔIC1ui和uo同相。V1管集电极电阻RC→rce3。射随器接入负载RL

5、隔离可获得极高的电压增益。在静态时，由于温度变化、电源波动等因素引起工作点电压(即集电极电位)偏离设定值而缓慢地上下漂动的现象。6.3差动放大电路一、零点漂移现象ΔUipΔUC等效输入漂移电压衡量漂移ΔUip大小：ΔUip越小，说明放大器抑制零点漂移的能力越强。抑制温漂的关键：减小输入级的温漂。二、差动放大器的工作原理及性能分析电路特点：由两个互为发射极耦合的共射电路组成，也称射极耦合差动放大器。电路结构参数完全对称。单端输出：输出从任一集电极取出双端输出：输出从两个集电极间取出。正、负两路电源供电：保证输入端的直流电位为零。则流过RE的电

6、流I为Q点的分析（Ui1=Ui2=0）：结论：静态时，差动放大器两输出端之间的直流电压为零。1、差模放大特性差模信号：大小相等、相位相反Ui1=Uid1，Ui2=Uid2，Uid1=-Uid2工作特点：一管的射极电流增大，另一管的射极电流减小，且增大量和减小量时时相等。流过RE的信号电流始终为零，公共射极端电位将保持不变。对差模输入信号，公共射极端为差模地端，即RE相当对地短路。差模输入：两管输出端电位一端升高，一端降低，且变化量相等，即双端输出时，RL的中点电位保持不变，为差模地端。a.差模电压放大倍数在双端输出时，输出电压为输入差模电压

7、为若单端输出时的负载接在一个输出端和地之间，计算Aud时，总负载为R′L=RC‖RL。单端输出b.差模输入电阻c.差模输出电阻双端输出时为单端输出时为2、共模抑制特性共模信号：Ui1=Ui2=Uic共模信号引起两管集电极电位变化完全相同，故流过负载RL的电流为零，相当于RL开路。电路等效a、共模电压放大倍数电路完全对称，Uoc1=Uoc2，Auc=0。双端输出单端输出：一般(1+β)2RE>>rbe一般

8、Auc(单)

9、<0.5差放电路完全对称且在同一工作环境下，则温度、电源等引起的两管等效输入漂移电压可以等效成共模输入信号。由于RE的负反馈

10、作用，使得等效输入漂移电压大为减小，双端输出时，则被完全抵消。b、共模输入电阻c、共模输出电阻单端输出时为3、共模抑制比KCMR共模抑制比KCMR：差模放大倍数与共模放大倍数之比