集成运算放大器原理及其应用PPT课件

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1、529退出退出5306.1 概述概述 531目目 录录6.4 集成运算放大器典型电路介绍集成运算放大器典型电路介绍 6126.5 集成运算放大器的性能参数和模型集成运算放大器的性能参数和模型 6206.7 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用 6446.8 实际集成运放电路的误差分析实际集成运放电路的误差分析 7056.6 理想运放及其基本组态理想运放及其基本组态 6296.9 在系统可编程模拟器件在系统可编程模拟器件ispPAC 7146.10 单电源供电运放电路单电源供电运放电路 7296.11 电流模式运算放大器电流模式运算放大器 7336.12 集成跨导放大器集成跨导放大器 751

2、退出退出6.13 模拟乘法器模拟乘法器 7576.2 直流信号的放大直流信号的放大 5356.3 差分放大器差分放大器 542531 退出退出第六章作业第六章作业返回返回532一、集成电路（一、集成电路（Integrated Circuit简称简称IC）采用半导体制造工艺，将大量的晶体管、电阻、电容采用半导体制造工艺，将大量的晶体管、电阻、电容等电路元件及其电路连线制作在一小块硅单晶上，形等电路元件及其电路连线制作在一小块硅单晶上，形成具有特定电路功能的单元电路。成具有特定电路功能的单元电路。二、摩尔定律二、摩尔定律 未来未来10年中芯片上的晶体管数将每年中芯片上的晶体管数将每18个月翻一番。

3、个月翻一番。（1965年）年）芯片上的晶体管数量每两年将翻一番芯片上的晶体管数量每两年将翻一番（1975年）。年）。退出退出6.1 概述概述返回返回533退出退出6.1 概述概述集成运算放大器是一种高增益的直流放大器，集成运算放大器是一种高增益的直流放大器，l 其最初功能是用于模拟量运算，其最初功能是用于模拟量运算，l 通用型集成运算放大器和专用型集成运算放大器通用型集成运算放大器和专用型集成运算放大器 l 电压模电路和电流模电路电压模电路和电流模电路 返回返回534 三、集成电路的特点三、集成电路的特点（同分立器件电路相比）（同分立器件电路相比）1.1.集成电路中电阻、电容等无源器件不能象分

4、立集成电路中电阻、电容等无源器件不能象分立元件电路那样任意选用元件电路那样任意选用集成电路中电阻阻值偏大将占用硅片较大的面积，不利于集成；集成电路中电阻阻值偏大将占用硅片较大的面积，不利于集成；集成电路中的电容是利用集成电路中的电容是利用PN结的结电容或用二氧化硅层作为电介结的结电容或用二氧化硅层作为电介质做成的，不适宜制造几十皮法以上的电容器，所以集成运放电质做成的，不适宜制造几十皮法以上的电容器，所以集成运放电路多采用直接耦合的形式。路多采用直接耦合的形式。退出退出6.1 概述概述返回返回5352.2.两者的设计思想正好相反两者的设计思想正好相反 3.3.同一集成电路中的元件参数一致性和温

5、度均一同一集成电路中的元件参数一致性和温度均一性较性较 好，很容易制造对称性较高的电路好，很容易制造对称性较高的电路分立元件电路：尽量少用晶体管，以降低成本；分立元件电路：尽量少用晶体管，以降低成本；集成电路：则尽量减少电阻、电容等无源器件，用晶体管等集成电路：则尽量减少电阻、电容等无源器件，用晶体管等有源器件所取代。有源器件所取代。退出退出6.1 概述概述返回返回5366.2 直流信号的放大直流信号的放大6.2.1 级与级之间的直流工作状态互相影响级与级之间的直流工作状态互相影响6.2.2 零点漂移零点漂移返回返回退出退出6.2.3 抑制零点漂移的方法抑制零点漂移的方法5376.2 直流信号

6、的放大直流信号的放大 引子：引子：为什么引入差分放大器？为什么引入差分放大器？1.直流信号的放大直流信号的放大在无线电通信和其他领域中，常常需要对在无线电通信和其他领域中，常常需要对变化十分缓慢的变化十分缓慢的信号信号进行放大。进行放大。例如生物电的放大，或某些自动控例如生物电的放大，或某些自动控制中的控制信号。制中的控制信号。把这种变化十分缓慢的信号（频率很低，几乎为零，但不能把这种变化十分缓慢的信号（频率很低，几乎为零，但不能认为频率等于零）称为认为频率等于零）称为直流信号直流信号。直流放大器直流放大器是放大直流信号的一种放大器（当然也可以放大是放大直流信号的一种放大器（当然也可以放大交流

7、信号）。交流信号）。直流信号不同于直流电。直流信号不同于直流电。退出退出返回返回5382.直流放大器面临的问题直流放大器面临的问题电容耦合放大器无法放大直流信号，耦合电容很难传送缓电容耦合放大器无法放大直流信号，耦合电容很难传送缓变信号。变信号。直流放大器常常采用直流放大器常常采用直接耦合直接耦合方式。方式。两个问题：两个问题：（1）级与级之间的直流工作状态互相影响）级与级之间的直流工作状态互相影响（2）零点漂移）零点漂移退出退出6.2.1 级与级之间的直流工作状态互相影响级与级之间的直流工作状态互相影响返回返回539（1）级与级之间的直流工作状态互相影响）级与级之间的直流工作状态互相影响调整

8、某一级工作状态就会导致其他调整某一级工作状态就会导致其他各级工作状态的改变。这一点对直各级工作状态的改变。这一点对直接耦合放大器的设计和调整带来很接耦合放大器的设计和调整带来很多不便。多不便。b1RCQ1I、CEQ1UB2ICQ2I、CEQ2U退出退出6.2.1 级与级之间的直流工作状态互相影响级与级之间的直流工作状态互相影响返回返回540现象：输入电压为零，输出端电压表指现象：输入电压为零，输出端电压表指针偏离零点或起始值，出现忽大忽小的针偏离零点或起始值，出现忽大忽小的不规则摆动。不规则摆动。（2）零点漂移）零点漂移定义：定义：输入电压为零时，输出还有缓慢变化的电压产生，输出电压偏离起输入

9、电压为零时，输出还有缓慢变化的电压产生，输出电压偏离起始值而上下波动，使输出端产生缓慢变化的电压。零点漂移简称始值而上下波动，使输出端产生缓慢变化的电压。零点漂移简称零漂零漂。引起零漂的外界因素：引起零漂的外界因素：时间漂移：时间漂移：由于晶体管和其他元件的参数本身老化作用引起的，与电由于晶体管和其他元件的参数本身老化作用引起的，与电 路设计无关。路设计无关。温度漂移温度漂移：由于晶体管的参数随着环境温度的变化而变化所造成的。由于晶体管的参数随着环境温度的变化而变化所造成的。电源电压变化引起的漂移：电源电压变化引起的漂移：当电源电压变化时，电路的直流电平配制当电源电压变化时，电路的直流电平配制

10、 受到某种破坏而导致输出零点的变动。受到某种破坏而导致输出零点的变动。退出退出6.2.2 零点漂移零点漂移返回返回541为什么是矛盾？为什么是矛盾？为了获得高的直流增益，可以增加级数，但同时输出漂移电压也加大。为了获得高的直流增益，可以增加级数，但同时输出漂移电压也加大。为了减小零漂可以引入负反馈，但同时放大器对直流信号的放大能力为了减小零漂可以引入负反馈，但同时放大器对直流信号的放大能力也减弱了。也减弱了。高质量的直流放大器应该具有高的电压增益和小的零点漂移。高质量的直流放大器应该具有高的电压增益和小的零点漂移。矛盾！矛盾！退出退出6.2.3 抑制零点漂移的方法抑制零点漂移的方法返回返回54

11、2寻求新方法解决矛盾！寻求新方法解决矛盾！抵消抵消采用特殊形式的电路使漂移电压互相抵消。采用特殊形式的电路使漂移电压互相抵消。引入特殊的负反馈引入特殊的负反馈对零点漂移有很强的负反馈，对零点漂移有很强的负反馈，对有用直流信号无负反馈。对有用直流信号无负反馈。例如乙类推挽功放电路，每个管子产生大量的谐波失真，但在负例如乙类推挽功放电路，每个管子产生大量的谐波失真，但在负载上，偶次谐波互相抵消了。载上，偶次谐波互相抵消了。退出退出差分电路差分电路采用调制型直流放大器采用调制型直流放大器6.2.3 抑制零点漂移的方法抑制零点漂移的方法返回返回5436.3 差分放大器差分放大器6.3.1 基本型差分放

12、大器基本型差分放大器6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器退出退出6.3.3 减小共模输出电压提高共模抑制比的方法减小共模输出电压提高共模抑制比的方法6.3.4 有源负载差分放大器有源负载差分放大器6.3.5 差分放大器大信号输入时的传输特性差分放大器大信号输入时的传输特性6.3.6 举例举例6.3.7 差分放大器的失调和温漂差分放大器的失调和温漂返回返回5441.电路工作原理电路工作原理两个性能完全相同的共发射极电路拼接而成两个性能完全相同的共发射极电路拼接而成如何消除零漂？如何消除零漂？输入信号为零，电路对称输入信号为零，电路对称c1c2UUoc1c20U

13、UU某种因素产生零漂，如温度升高，某种因素产生零漂，如温度升高，c1c2II、c1c2UU、电路对称，晶体管参数相同，电路对称，晶体管参数相同，c1c2uuoc1c20uuu靠电路对称消除零漂！靠电路对称消除零漂！退出退出6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回545I1I2uu 当当 时，差模输入信号电流不经过地线，因此时，差模输入信号电流不经过地线，因此也把也把 称为一对差模输入信号称为一对差模输入信号。IdI1I2uuu I1I2uu 2.输入信号的分类输入信号的分类（1）差模输入信号）差模输入信号(Differential Mode)输入信号输入信号：两输入信：两输入信号电

14、压之差值，即号电压之差值，即：退出退出6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回546（2）共模）共模(Common Mode)输入信号输入信号：两输入信号电压的：两输入信号电压的算术平均值，即算术平均值，即I1I2uu 所以把两管输入信号大小相等、相位相同，称为所以把两管输入信号大小相等、相位相同，称为共模输入共模输入信号信号。IcI1I 2uuu 零漂引起的就是共模信号，为有害信号。零漂引起的就是共模信号，为有害信号。I1I2Ic2uuu 当当 时，则时，则退出退出2.输入信号的分类输入信号的分类6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回547问题：问题：差分放大器的两

15、个输入信号往往是一对任意数值的信差分放大器的两个输入信号往往是一对任意数值的信号，一般号，一般 ，即，非差模也非共模，该怎样，即，非差模也非共模，该怎样分析分析？I1I2uu 解决方法：解决方法：对输入信号进行分解，把一对任意数值的输入信对输入信号进行分解，把一对任意数值的输入信号分解为差模信号和共模信号的叠加，求出差模信号号分解为差模信号和共模信号的叠加，求出差模信号和共模信号分别作用于差分放大器时的输出结果，然和共模信号分别作用于差分放大器时的输出结果，然后利用叠加原理，得出差分放大器在一对任意数值输后利用叠加原理，得出差分放大器在一对任意数值输入信号作用下的性能指标。入信号作用下的性能指

16、标。退出退出输输入入电压电压=差模分量差模分量+共模分量共模分量2.输入信号的分类输入信号的分类6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回548I1I2I1I2I122uuuuu I1I2I1I2I222uuuuu I1I2Ic2uuu 令令IdI1I2uuu 具体分解方法：具体分解方法：IdI1Ic2uuu IdI2Ic2uuu 退出退出2.输入信号的分类输入信号的分类6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回549例例6-1I110sin(mV)ut I24sin(mV)ut Id6sin(mV)ut Id/23sin(mV)ut 7Icsin(mV)ut 差模输入信号

17、差模输入信号（任一端都不（任一端都不接地）接地）共模输入信号共模输入信号1Iu 2Iu 退出退出2.输入信号的分类输入信号的分类已知已知和和,求求Idu 和和Icu。解：解：电路如图所示，电路如图所示，6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回5503.输入、输出端电路形式输入、输出端电路形式差分式放大电路的组态差分式放大电路的组态基于不同的应用场合，有基于不同的应用场合，有双、双、单端输入和单端输入和双、双、单端输出的情况。单端输出的情况。单端输入时，另一端接地。单端输入时，另一端接地。双入双出双入双出双入单出双入单出单入双出单入双出单入单出单入单出退出退出6.3.1 基本型差分放

18、大器基本型差分放大器返回返回551（1）差模电压放大倍数）差模电压放大倍数d1d2d()uuuAAA、O1O1fecd1IdI1bie22()uuuh RAuuRh O 2O 2fe cd2d1IdI2bie22()uuuuhRAAuuR h 单端输出差模电压放大倍数单端输出差模电压放大倍数退出退出4.基本差分放大器性能指标分析基本差分放大器性能指标分析6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回552OO1O2uuu OO1O2fecdd1d2IdIdbieuuuuuuh RAAAuuRh OdIddI1I2()uuuAuAuu 双端输出差模电压放大倍数双端输出差模电压放大倍数双端输

19、出双端输出只要输入电压有差别，输出就变动！只要输入电压有差别，输出就变动！退出退出6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回553（2）差模输入电阻）差模输入电阻2idbie()RRhidR退出退出4.基本差分放大器性能指标分析基本差分放大器性能指标分析6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回554（3）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数Oc1Oc1c1IcI1fecbieuuuAuuh RRh 单端输出共模电压放大倍数单端输出共模电压放大倍数c1c2c()uuuAAA、退出退出4.基本差分放大器性能指标分析基本差分放大器性能指标分析6.3.1 基本型差分放大器基本型差分

20、放大器返回返回555Oc2Oc2c2c1I2IcuuuuAAuu OcOc1Oc2cIcIc0uuuuAuu 单端输出共模电压放大倍数单端输出共模电压放大倍数双端输出共模电压放大倍数双端输出共模电压放大倍数双端输出、电路对称时，则共模输出电压为零，即共模输入双端输出、电路对称时，则共模输出电压为零，即共模输入电压完全被抑制。电压完全被抑制。退出退出6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回556（4）共模输入电阻）共模输入电阻12icbie()RRhicR退出退出4.基本差分放大器性能指标分析基本差分放大器性能指标分析6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回557oR2o

21、cRR退出退出（5）输出电阻）输出电阻4.基本差分放大器性能指标分析基本差分放大器性能指标分析 无论是差模输入还是共模输入，输出端是一样的，无论是差模输入还是共模输入，输出端是一样的，输出电阻统一用输出电阻统一用 表示表示。6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回558O1Od1Oc1uuu O2Od2Oc2uuuOOdOcuuuO1ud1Iduc1IcuAuAuOO1O2uuu udIducIcAuAuo1u、o2u ou 退出退出（6）输出电压的输出电压的 和和 计算计算O2ud2Iduc2IcuAuAu6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回559（7 7）共模抑

22、制比）共模抑制比定义：定义：差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值。差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值。dCMRcuuAKACommon Mode Rejection Ratio20CMRCMR(dB)lgKK越大越大 ，表示差分放大器对共模信号的抑制能力越强。，表示差分放大器对共模信号的抑制能力越强。衡量差分放大器放大差模信号和抑制共模信号的能力。衡量差分放大器放大差模信号和抑制共模信号的能力。退出退出d2CMR2c2uuAKAd1CMR1c1uuAKA6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回560双端输出时，使电路尽可能对称；双端输出时，使电路尽可能对称；减

23、小共模输出电压，提高共模抑制比的方法：减小共模输出电压，提高共模抑制比的方法：单端输出时，单端输出时，退出退出CMRKfecd1bie2()uh RARh fecc1bieuh RARh 05CMR1.K单端输出时，性能一点也没有改善。单端输出时，性能一点也没有改善。必须在电路形式上加以改进！必须在电路形式上加以改进！6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回5611.电路结构电路结构（长尾电路）（长尾电路）退出退出两管发射极下面拖了一两管发射极下面拖了一“尾巴尾巴”。eR6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回562退出退出B1B2II、EE

24、U b1Rb2R双电源的作用：双电源的作用：使信号动态运用范围加大；使信号动态运用范围加大；由负电源由负电源提供，可以取消图中的提供，可以取消图中的和和4个电阻，个电阻，且使基极的直流静态电位为零且使基极的直流静态电位为零 6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回563退出退出6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回564（2）电阻）电阻 的分析的分析eR 差模信号作用下：差模信号作用下：B1C1E1iii、B2C2E2iii、相同相同VT1：VT2：流过流过 的信号电流彼此抵消，在的信号电流彼此抵消，在 上无信号

25、电压上无信号电压eReR两管均为共射放大器，完两管均为共射放大器，完成放大差模信号的作用。成放大差模信号的作用。反之亦然。反之亦然。两管各极电流的变化正好相反，当两管各极电流的变化正好相反，当I10u 退出退出6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回565 共模信号作用下：共模信号作用下：两管相应电流始终相等，两管相应电流始终相等，流过流过 的信号电流的信号电流eRE2iEe2i REe(2)iR引入了引入了电流串联负反馈电流串联负反馈，使得从每个管子，使得从每个管子集电极输出时的共模电压大大减小了。集电极输出时的共模电压大大减小了。为为 ，产生的电压为

26、，产生的电压为退出退出（2）电阻）电阻 的分析的分析eR6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回566共模等效共模等效 差分放大器对差模信号具有放大作用，而对共模信号具有抑制作用。差分放大器对差模信号具有放大作用，而对共模信号具有抑制作用。差模输入信号正是要放大的有用输入信号，而共模输入信号则是有害的差模输入信号正是要放大的有用输入信号，而共模输入信号则是有害的输入信号（零点漂移）。输入信号（零点漂移）。结论结论差模等效差模等效（3）结论）结论I1I22uu I1I22uu I1I22uu I1I22uu 退出退出6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式

27、差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回5672.性能分析性能分析（1）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数Oc1Oc1c1I1Icfeccbiefeee(1)22uuuAuuh RRRhhRR 单端输出共模电压放大倍数单端输出共模电压放大倍数和和 成反比，成反比，越大，越大，越小。越小。c1uAeRc1c2c()uuuAAA、eR退出退出6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回568Oc2Oc2c2c1I2IcuuuuAAuu OcOc1Oc2cIcIc0uuuuAuu 单端输出共模电压放大倍数单端输出共模电压放大倍数双端输出共模电压放大倍数双端输出共模

28、电压放大倍数单端输出时，射极电阻单端输出时，射极电阻 引入了电流串联负反馈，使得引入了电流串联负反馈，使得共模共模输出电压大大减小输出电压大大减小；双端输出、电路对称时，则共模输出电；双端输出、电路对称时，则共模输出电压为零，压为零，即共模输入电压完全被抑制。即共模输入电压完全被抑制。eR退出退出6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回569（2）共模输入电阻）共模输入电阻1122icbiefee()()RRhhRicR退出退出2.性能分析性能分析6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回570 双端输出时，电路对称

29、；双端输出时，电路对称；单端输出时，单端输出时，退出退出（3）共模抑制比）共模抑制比2.性能分析性能分析OcOc1Oc2ucIcIc0uuuAuu CMRK ud1biefeefeeCMR1uc1biebie(1)(2)(1)(2)12()22()ARhhRhRKARhRhfeebie(1)(2)hRRhCMR11K增大增大Re,可以提高可以提高KCMR1,当当6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回571例例6-2例题分析例题分析解解：（：（1）退出退出CCEE12VUUb2kR ce10kRRie2.5kh fe100h 3EEBEB1be120.7

30、5.6 10 mA(1)(2)2101 20UUIRR 3B1B1b5.6 10211.2mV0UIR 3C1B1100 5.6 100.56mAII C1CCC1c120.56 106.4VUUIRE1E1eEE22 0.56 10120.8VUI RU CE1C1E16.4(0.8)7.2VUUU 6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回572例例6-2解解：（：（2）退出退出fecudbie100 10222.222.5h RARh uc0A CMRK （3）fecud1bie100 10111.122(22.5)h RARh fecuc1bief

31、ee100 100.49(1)(2)22.5101 20h RARhhR ud1CMR1uc1111.1226.70.49AKA 6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回573例例6-3 某差分放大器已知某差分放大器已知 ，已知，已知 为负值，求输出电压为负值，求输出电压 。I110sinmVut 例题分析例题分析I26sinmVut d100dBuA cuAOu解：解：OdIdcIcuuuA uA uIdI1I24sinmVuuut 82I1I2IcsinmVuuut dcCMR1000.11000uuAAK O(100 4sin0.1 8sin)mV

32、(400.8sin)mVuttt CMR60K 退出退出6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回574例题分析例题分析例例6-46-4 某差分放大器两个输入端的信号分别为某差分放大器两个输入端的信号分别为 和和 ，输出电压，输出电压 ，三者的关系是三者的关系是 。试求该差分放大器的差模电压放大倍数。试求该差分放大器的差模电压放大倍数 和共模电压放大倍数及共模抑制比。和共模电压放大倍数及共模抑制比。I1uI2uOI1I210099uuu 解解：ccI1I2OdIdcIcdI1I2cdI1dI2()()()()222uuuuuuuuAAuuuA uA uAu

33、uAAuAu cdcd1002992uuuuAAAA dc99.51uuAA CMR99.5KCMR20lg40dBK Ou退出退出6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回575几种放大器方式性能参数比较几种放大器方式性能参数比较单入单出单入单出单入双出单入双出双入单出双入单出双入双出双入双出duAcuACMRKfecLie1(/)2h RRhfecLie(/)2h RRh0cLo/2RRr feoiehr hfecLie1(/)2h RRhfecLie(/)2h RRh0cLo/2RRr feoiehr hidRicRoRie2hieo1(1)2 2h

34、r c2RcRie2hieo1(1)2 2hr c2RcR射极电阻或射极电流源内阻射极电阻或射极电流源内阻以上对应电路均未接基极电阻或信号源内阻忽略不计。以上对应电路均未接基极电阻或信号源内阻忽略不计。退出退出6.3.2 改进电路改进电路双电源长尾式差分放大器双电源长尾式差分放大器返回返回576双端输出时，使电路尽可能对称；双端输出时，使电路尽可能对称；增大发射极电阻，受到发射极电源电压的限制。寻找一增大发射极电阻，受到发射极电源电压的限制。寻找一 种电阻：它对直流呈现很小的阻值，而对交流呈现非常种电阻：它对直流呈现很小的阻值，而对交流呈现非常 大的阻值；大的阻值；cc1c2e2uuRAAR

35、减小共模输出电压，提高共模抑制比的方法：减小共模输出电压，提高共模抑制比的方法：单端输出时，单端输出时，恒流源电路恒流源电路引入共模负反馈。引入共模负反馈。退出退出6.3.3 减小共模输出电压提高共模抑制比的方法减小共模输出电压提高共模抑制比的方法返回返回577（1）恒流源电路）恒流源电路fe3eooe312ie3e11h Rr()hR/RhR 提高方法，电路举例提高方法，电路举例or退出退出6.3.3 减小共模输出电压提高共模抑制比的方法减小共模输出电压提高共模抑制比的方法返回返回578（1）恒流源电路）恒流源电路（2）引入级间共模负反馈）引入级间共模负反馈提高方法，电路举例提高方法，电路举

36、例退出退出6.3.3 减小共模输出电压提高共模抑制比的方法减小共模输出电压提高共模抑制比的方法返回返回579退出退出12VTVT、共射放大器共射放大器 34VTVT、恒流源电路恒流源电路 双端输入，单端输出双端输入，单端输出 ofeudiieoe2oe4()UhAUhhh 6.3.4 有源负载差分放大器有源负载差分放大器返回返回580分析：做出交流等效电路，整理得分析：做出交流等效电路，整理得到下图。到下图。退出退出6.3.4 有源负载差分放大器有源负载差分放大器返回返回581解：解：ib1ie2UIh ib2ie2UIh 管子参数均相同管子参数均相同ie3ie3iec1fe1b1ie4feb

37、1fe3oe1fe3fe1/111hhhUhIhh Ihhhh ic12UU 退出退出6.3.4 有源负载差分放大器有源负载差分放大器返回返回582解：解：feb2b4ofeb2b4oe2oe4oe2oe4()11()(/)h IIUh IIhhhh c1ib4ieie2UUIhh feioieoe2oe4()h UUh hh ofediieoe2oe4()uUhAUh hh 两点结论：两点结论：同相；电压增益增同相；电压增益增大（公式中分母没有大（公式中分母没有2）。）。退出退出6.3.4 有源负载差分放大器有源负载差分放大器返回返回583（1）共集）共集-共基差分放大器共基差分放大器分析：

38、分析：双端输入、单端输出；双端输入、单端输出；VT5、VT6构成基本电流源，作为构成基本电流源，作为VT4的有源负载；的有源负载；OO 1OIIO1uuuuuu O1feL1IiefeL1(1)(1)uhRuhhR ieL1i2fe1hRRh O1I12uu CC组态组态CB组态组态退出退出6.3.4 有源负载差分放大器有源负载差分放大器返回返回584（1）共集）共集-共基差分放大器共基差分放大器OfeL2O1ieuh Ruh OfeO1ieoe6uhuh h L2oe61Rh OO1OfeIIO1ieoe62uuuhuuuh h 退出退出6.3.4 有源负载差分放大器有源负载差分放大器返回返

39、回585（2）共集）共集-共射差分放大器共射差分放大器分析：分析：双端输入、单端输出；双端输入、单端输出；VT5、VT6构成基本电流源，作为构成基本电流源，作为VT4的有源负载；的有源负载；OO 1OIIO 1uuuuuu L1i2ieRRh O 1I1uu CE组态组态O1feL1IiefeL1(1)(1)uhRuhhR CC组态组态退出退出6.3.4 有源负载差分放大器有源负载差分放大器返回返回586（2）共集）共集-共射差分放大器共射差分放大器OfeL2O1ieuh Ruh OfeO1ieoe6uhuh h L2oe61Rh OO1OfeIIO1ieoe6uuuhuuuh h 退出退出6

40、.3.4 有源负载差分放大器有源负载差分放大器返回返回5871.双极型晶体管差分放大器的传输特性双极型晶体管差分放大器的传输特性考虑大信号的输入特性，晶体管的小信号电路已不适用，考虑大信号的输入特性，晶体管的小信号电路已不适用，要从要从晶体管特性基本关系式晶体管特性基本关系式出发，结合电路进行研究。出发，结合电路进行研究。BET/ES(1)uUiI e T/UkT q 1BET/uUe BET/ESuUiI e E1E2iiI 1E2E1E1E1E1()iIiiii退出退出6.3.5 差分放大器大信号输入时的传输特性差分放大器大信号输入时的传输特性返回返回5881.双极型晶体管差分放大器的传输

41、特性双极型晶体管差分放大器的传输特性1E2E1E2E1E1()iIiiii1BE2BE1TE1(e)uuUi 1E1E2E2()iii1BE1BE2TE2(e)uuUiBE1BE2IduuuIdTIdC1E1/T(1th)221euUuIIiiU 双曲正切函数双曲正切函数eetheexxxxx 1221IdTIdC2E2/T(th)euUuIIiiU 退出退出6.3.5 差分放大器大信号输入时的传输特性差分放大器大信号输入时的传输特性返回返回5891.双极型晶体管差分放大器的传输特性双极型晶体管差分放大器的传输特性IdC1C2Tth2uiiIU 2IdOC1C2ccT()thuuiiRRIU

42、差分放大器传输特性差分放大器传输特性退出退出6.3.5 差分放大器大信号输入时的传输特性差分放大器大信号输入时的传输特性返回返回590从传输特性得到的结论：从传输特性得到的结论：2IdOC1C2ccT()thuuiiRRIU （1 1）当差模输入电压）当差模输入电压 时，差动放时，差动放大器处于平衡状态，大器处于平衡状态，即，即 Id0u C1C20ii CQ1CQ222IIII （2 2）在平衡状态的工作点附近）在平衡状态的工作点附近 范围内，范围内，与与 呈线性关系呈线性关系 IduT25mVU IdT(/2)1uU 2IdOC1C2ccT()thuuiiRRIU 2cIdOTRI uuU

43、 2OdcIdTuuIARuU Outhxx1x 退出退出6.3.5 差分放大器大信号输入时的传输特性差分放大器大信号输入时的传输特性返回返回591怎样扩大差分放大器的线性范围？怎样扩大差分放大器的线性范围？引入负反馈引入负反馈 射极电阻射极电阻射极电阻增大，线性工作范围改射极电阻增大，线性工作范围改善程度越好。善程度越好。退出退出6.3.5 差分放大器大信号输入时的传输特性差分放大器大信号输入时的传输特性返回返回592从传输特性得到的结论：从传输特性得到的结论：（3 3）当差模输入电压超过）当差模输入电压超过 时，输时，输出电压基本不变，这表明差动放大器在大信号输入出电压基本不变，这表明差动

44、放大器在大信号输入时，具有良好的限幅特性。时，具有良好的限幅特性。T4100mVU 差分型限幅器差分型限幅器（4 4）定义：差分放大器跨导为）定义：差分放大器跨导为IdC1C2Tth2uiiIU IdC1C2m0Idd()duiigu mTT22IIgUU m20gI 20OdmccIduuAg RIRu T25mVU 改变恒流源电流就可以改变跨改变恒流源电流就可以改变跨导，从而改变差模电压增益，导，从而改变差模电压增益，所以带有恒流源的差分放大器所以带有恒流源的差分放大器可以用来实现可以用来实现自动增益控制自动增益控制。退出退出6.3.5 差分放大器大信号输入时的传输特性差分放大器大信号输入

45、时的传输特性返回返回593例例6-6 电路如图所示，已知电路如图所示，已知 ，VT1、VT2参数相同，求差模电压放大倍数参数相同，求差模电压放大倍数 。c3kR mA5.0 IduA解：解：20OdmccIduuAg RIRu 直接利用直接利用dc2020 0.5 330uAIR 退出退出6.3.5 差分放大器大信号输入时的传输特性差分放大器大信号输入时的传输特性返回返回594例例6-8 差动放大器如图所示，假设电路完全对称，电路参数差动放大器如图所示，假设电路完全对称，电路参数为：为：，管子参数，管子参数为为：。求：求：C CE EbcLe12 V20 k10 kUURRRR 、100100

46、0 6B E Qbb.VrU、（1 1）电路静态时的）电路静态时的 ；B1C1CE1IIU、（2 2）双端输出差模电压放大倍数）双端输出差模电压放大倍数 ；duA（3 3）双端输出共模电压放大倍数）双端输出共模电压放大倍数 及及 共模抑制比共模抑制比 ；cuACMRK（4 4）差模输入电阻）差模输入电阻 和共模输入电阻和共模输入电阻 ；idRicR（5 5）输出电阻）输出电阻 。oR退出退出6.3.6 举例举例返回返回59512 060005621202 101 10EEBEQB1B2Bbe.mA.mA()UUIIIRR C1C2CB100 0.0056mA0.56mAIIII 解：解：分析：

47、分析：双端输入、双端输出；负载上无直流电流流过，显然对直流双端输入、双端输出；负载上无直流电流流过，显然对直流状态无影响；负载的中间点电位始终不变，相当于差模信号的零状态无影响；负载的中间点电位始终不变，相当于差模信号的零电位；电位；差模信号输入时的等效负载为差模信号输入时的等效负载为 。cL/(2)RR（1）退出退出6.3.6 举例举例BBb0.0056 200.11VUI R EBBE0.11 0.60.71VUUU CCCCc120.56 106.40VUUI RCECE6.40(0.71)7.11VUUU 返回返回596 由于电路对称，有由于电路对称，有CMRK 0cuA idbie2

48、()2(204.74)k49.48kRRh icbiefee()().()()k.M1112204 741 101 2 101 0222RRhhR oc220kRR （3）（4）（5）退出退出6.3.6 举例举例ie1ie2iebbB26261004.74k0.0056hhhrI 5020cLcLdbie(2)(2)(105(105)13.474.74uRRRRARh （2）返回返回597例例6-9 差动放大器如图所示，差动放大器如图所示，VT1、VT2特性、参数相同，特性、参数相同，对交流呈现的内阻为，对交流呈现的内阻为 。C3bb1001001mArI 、k200（1 1）差模输入电阻）差

49、模输入电阻 ；idR（2 2）；OI/uu（3）若电阻精度为）若电阻精度为1%，求最坏情况下，求最坏情况下 的共模抑制比；的共模抑制比；（4 4）共模输入电阻）共模输入电阻 ；IcR求：求：退出退出6.3.6 举例举例返回返回598iebbE26mV(1)26(100101)53525.35k0.5hrI idiee2(1)2(5.351010.15)k41kRhR 解：解：（1）退出退出6.3.6 举例举例返回返回599（2）OcdIie100 1048.8(1)5.35101 0.15ueuRAuhR 注意输出电压极性的规定注意输出电压极性的规定（3）Oc1c1c1Ic100.02522

50、200uuRAur Oc2c2c2Ic100.02522 200uuRAur 退出退出6.3.6 举例举例返回返回600Oc2Oc1c2c1cc2c1Ic4cc()220.025 1022 200uuuuuRRAAAurrRRr 4dCMR4c48.89.76 105 10uuAKA 4CMR20lg(9.76 10)99.8dBK Iciee11(1)(2)5.35 101(0.152 200)k2220210.25k20MRhRr （4）退出退出6.3.6 举例举例返回返回601例例6-10 差动放大器如图所示，差动放大器如图所示，VT1、VT2特性、参数相同，特性、参数相同，要求，要求

51、，求：，求：bb100100r 、EEOI1mA250uIAuu 、（1 1）和和 ；eRcR（2 2）和和 ；d1c1uuAA、CMR1K退出退出6.3.6 举例举例返回返回602解：解：（1）e150.7k14.3k1R EQ1EQ2EE20.5mAIII bebbEQ26mV26mV(1)(100 101)5.35k0.5rrI Od1Idc1IcuuuAuA u 退出退出6.3.6 举例举例返回返回603ccd1cbe1009.35225.35uRRARr ccc1cbee1000.035(1)25.35101214.3uRRARrR IdIuu IcI2uu OcIcIcI9.350

52、.03529.37uR uR uR u OIc9.37250uAuuR c250k26.7k9.37R 退出退出6.3.6 举例举例返回返回604（2）d1c9.359.3526.7249.6uAR c1c0.0350.035 26.70.935uAR d1CMR1c1266.95(48.5dB)uuAKA 退出退出6.3.6 举例举例返回返回6056.3.7 差分放大器的失调和温漂差分放大器的失调和温漂现象和定义现象和定义失调：失调：差分放大器在理想状态下，当输入信号为零时，其双差分放大器在理想状态下，当输入信号为零时，其双端输出电压也为零。但对实际差分放大器而言，由于电路不端输出电压也为零

53、。但对实际差分放大器而言，由于电路不完全对称，因而零输入时，对应的输出电压并不为零。完全对称，因而零输入时，对应的输出电压并不为零。分为电压失调和电流失调分为电压失调和电流失调失调漂移：失调漂移：差分放大器的失调往往是随着时间、温度、电源差分放大器的失调往往是随着时间、温度、电源电压等外界因素的变化而变化。电压等外界因素的变化而变化。降低了放大器的灵敏度降低了放大器的灵敏度退出退出返回返回6066.3.7 差分放大器的失调和温漂差分放大器的失调和温漂1.输入失调电压输入失调电压 及其温度漂移及其温度漂移 IOddUTIOU输出失调电压折算到输入端的电压输出失调电压折算到输入端的电压显然要使输出

54、电压为零，就必须在输入端显然要使输出电压为零，就必须在输入端加入一能抵消输入失调电压的补偿电压。加入一能抵消输入失调电压的补偿电压。引起输入失调电压的原因：引起输入失调电压的原因：（1 1）晶体管的）晶体管的 不对称性；不对称性；（2 2）集电极电阻的相对误差。）集电极电阻的相对误差。输入失调电压漂移是由不对称性和集电极电阻的漂移引起的。输入失调电压漂移是由不对称性和集电极电阻的漂移引起的。BEU退出退出返回返回6072.输入失调电流输入失调电流 及其温度漂移及其温度漂移 假如差分放大器两管的基极偏置电流不相等，两信号源假如差分放大器两管的基极偏置电流不相等，两信号源的内阻相等，则会在输入端产

55、生一个输入误差电压，的内阻相等，则会在输入端产生一个输入误差电压，输入失调电流：输入失调电流：静态输出电压为零时，两管基极偏置电流之差。静态输出电压为零时，两管基极偏置电流之差。IOIIOddITBB1B2sB2B1()UUURII IOB2B1III 由管子的由管子的 和集电极电阻和集电极电阻 的相对误差引起。的相对误差引起。cR6.3.7 差分放大器的失调和温漂差分放大器的失调和温漂退出退出返回返回608结论：结论：差分放大器的失调是由于电路中管子参数和电差分放大器的失调是由于电路中管子参数和电阻等的不对称而引起的。失调电压和失调电流都随着温阻等的不对称而引起的。失调电压和失调电流都随着温

56、度的变化而变化。为了尽可能地减小失调和漂移，要求度的变化而变化。为了尽可能地减小失调和漂移，要求电路尽可能地对称。电路尽可能地对称。方法：方法：常用常用差分对差分对管管(它是在一个基片上制作两个相它是在一个基片上制作两个相同的管子，这样容易使参数一致同的管子，这样容易使参数一致)来构成差分放大器。来构成差分放大器。6.3.7 差分放大器的失调和温漂差分放大器的失调和温漂退出退出返回返回6096.4 集成运算放大器典型电路介绍集成运算放大器典型电路介绍6.4.1 双极型集成运算放大器双极型集成运算放大器F7416.4.2 MOS集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成退出退出返回返回6106.4

57、 集成运算放大器典型电路介绍集成运算放大器典型电路介绍退出退出集成运算放大器通常由以下四部分组成，集成运算放大器通常由以下四部分组成，(1)(1)输入级输入级由差动放大器组成，由差动放大器组成，以获得尽可能低的零点漂移和尽可能高的共模抑制比。以获得尽可能低的零点漂移和尽可能高的共模抑制比。(2)(2)中间级中间级通常担负从双端输出转换为单端输出以及电平位移等职能，通常担负从双端输出转换为单端输出以及电平位移等职能，是主要的电压增益级。是主要的电压增益级。(3)(3)输出级输出级通常为互补推挽电路，通常为互补推挽电路，以提高放大器输出端的负载能力，常加有保护电路。以提高放大器输出端的负载能力，常

58、加有保护电路。(4)(4)偏置电路偏置电路为多级放大电路设置合适的静态工作点，为多级放大电路设置合适的静态工作点，有源负载有源负载,长尾式差分放大器的长尾式差分放大器的eR 返回返回6116.4.1 双极型集成运放双极型集成运放F741高增益，高输入阻抗的第二代集成运放高增益，高输入阻抗的第二代集成运放F741由由输入级输入级、中间级和中间级和输出级输出级三级组成。三级组成。退出退出返回返回612输入级：输入级：VT1VT9，采用有源负载，采用有源负载的共集的共集-共基（共基（VT1VT4）电路）电路提高放大器的差模输入电阻和差模输入电压范围。提高放大器的差模输入电阻和差模输入电压范围。VT5

59、、VT6和和VT7组成小电流源改进电路，组成小电流源改进电路，作为差分放大器集电极的有源负载，并将作为差分放大器集电极的有源负载，并将双端输入信号转变成单端输出信号。双端输入信号转变成单端输出信号。这一级可以获得较高的电压增益。这一级可以获得较高的电压增益。6.4.1 双极型集成运放双极型集成运放F741退出退出返回返回613中间级：中间级：有有VT16、VT17组成复合管的单级共组成复合管的单级共射放大器，并由射放大器，并由VT13作为它的有源负载。作为它的有源负载。高的输入电阻保证输入级有较高的电压增益。高的输入电阻保证输入级有较高的电压增益。提高中间级的电压增益。提高中间级的电压增益。3

60、0pF补偿电容，可以保证闭环稳定工作。补偿电容，可以保证闭环稳定工作。6.4.1 双极型集成运放双极型集成运放F741退出退出返回返回614输出级：输出级：VT14和互补复合管和互补复合管VT18、VT19组成准互补输出级。组成准互补输出级。消除交越失真消除交越失真输出级二极管保护电路输出级二极管保护电路6.4.1 双极型集成运放双极型集成运放F741退出退出返回返回6156.5 集成运算放大器的性能参数和模型集成运算放大器的性能参数和模型6.5.1 性能参数性能参数6.5.2 模型模型退出退出返回返回6166.5.1 性能参数性能参数（4 4）差模开环电压增益）差模开环电压增益 即线性区域的

61、斜率。即线性区域的斜率。A(dB)lg20(dB)AA 退出退出返回返回6176.5.1 性能参数性能参数（1212）额定输出电压）额定输出电压 ：指在特定的负载条件下，运放能：指在特定的负载条件下，运放能输出的最大不失真电压幅度。通常与电源电压相差输出的最大不失真电压幅度。通常与电源电压相差1 12V2V。omU（1313）-3dB-3dB带宽带宽 和单位增益带宽和单位增益带宽 ：HfcfoH(j)1 jAA fff 直流电压增益直流电压增益 o2cH|(j)|11()AA fff =2coHoH1fAfA f 退出退出返回返回6186.5.1 性能参数性能参数(14(14）转换速率）转换速

62、率 ：在额定负载条件下，当输入阶跃大信号：在额定负载条件下，当输入阶跃大信号时，运放在线性区输出电压的最大变化速率称为转换速时，运放在线性区输出电压的最大变化速率称为转换速率，即率，即 RSoRmaxdduSt 图中输出电压上升部分的斜图中输出电压上升部分的斜率最大值就是转换速率率最大值就是转换速率。OomsinuUt OomdcosduUtt OOR0omommaxdd2ddtuuSUfUtt 退出退出返回返回6196.5.1 性能参数性能参数（1414）转换速率）转换速率 ：RS转换速率也可以用频率范围来表示，定义全功率带宽转换速率也可以用频率范围来表示，定义全功率带宽 为在正弦输入电为在

63、正弦输入电压作用下，把运放接成单位增益情况下，不失真输出电压振幅达到额定压作用下，把运放接成单位增益情况下，不失真输出电压振幅达到额定值值 的最高频率。的最高频率。pfRpom2Sf U omU上图上图画出了由于转换速率太小，而造成输出波形产生非线性失真的情况。画出了由于转换速率太小，而造成输出波形产生非线性失真的情况。图图(a)是输入信号电压的频率稍大于全功率带宽，输出电压已经来不及跟随是输入信号电压的频率稍大于全功率带宽，输出电压已经来不及跟随激励电压而变化，使正弦波产生明显失真；激励电压而变化，使正弦波产生明显失真；图图(b)是当是当 时，使得输出电压根本来不及达到额定输出电压值，致时，

64、使得输出电压根本来不及达到额定输出电压值，致使正弦波变成了三角波。使正弦波变成了三角波。pff 退出退出返回返回6206.5 集成运放的性能参数和模型集成运放的性能参数和模型6.5.2 模型模型退出退出返回返回6216.6 理想运放及其基本组态理想运放及其基本组态6.6.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器6.6.2 集成运放的基本组态集成运放的基本组态退出退出返回返回6226.6.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器特点：特点：输入失调电压输入失调电压 AidR o0R IO0U IO0I CMRK 开环电压放大倍数开环电压放大倍数差模输入电阻差模输入电阻输出电阻输出电阻频带无限宽频

65、带无限宽输入失调电流输入失调电流共模抑制比共模抑制比干扰和噪声都不存在干扰和噪声都不存在0 i0 iIdOsatIduuUu Id0u satOsatUuU Id0u 退出退出返回返回6236.6.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器0 i0 iIdOsatIduuUu Id0u satOsatUuU Id0u 理想运放模型理想运放模型比电源电压小比电源电压小12V符号符号传输特性传输特性线性放大区等效电路线性放大区等效电路正向饱和区等效电路正向饱和区等效电路负向饱和区等效电路负向饱和区等效电路退出退出返回返回6246.6.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器分析方法：分析方法：（1

66、1）线性放大区）线性放大区两个输入端无电流，两个输入端之间开路；两个输入端无电流，两个输入端之间开路；两个输入端两个输入端“虚短路虚短路”。I0i Id0uuu uu退出退出理想运放特性（线性区，必须闭环工作）理想运放特性（线性区，必须闭环工作）返回返回6256.6.1 理想集成运算放大器理想集成运算放大器分析方法：分析方法：（2 2）饱和区）饱和区两个输入端无电流，两个输入端之间开路；两个输入端无电流，两个输入端之间开路；比较两个输入端电压大小。比较两个输入端电压大小。I0i uuuu OOmaxuU OOminuU 高电平输出高电平输出低电平输出低电平输出理想运放特性（饱和区）理想运放特性（饱和区）退出退出返回返回6266.6.2 集成运放的基本组态集成运放的基本组态1.反相放大组态反相放大组态I0i F1ii uu 1I1/iuR FOfiuR 存在负反馈，运放工作在线性区存在负反馈，运放工作在线性区 0OfufI1uRAuR 11satIsatffRRUuURR 输入电压在一定范围内时，输出输入电压在一定范围内时，输出电压和输入电压相位相反，大小电压和输入电压相位相反，大小仅取