第六章 集成电路运算放大器.ppt

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6.2 差分式放大电路
6.2.0 概述
• 直接耦合放大电路 • 零点漂移 • 差分式放大电路中的一般概念
6.2.1 基本差分式放大电路
• 电路组成及工作原理 • 主要指标计算 • 抑制零点漂移原理 • 几种方式指标比较
6.2.2 FET差分式放大电路 差分式放大电路 6.2.3 差分式放大电路的传输特性
大小相等，相位相反。 动态： 输入差模信号， 动态：）输入差模信号，vi1 和 vi2 大小相等，相位相反。 1） 大小相等， 相位相反。 vc1 和 vc2 大小相等， 相位相反。 vo = vc1 − vc2 ≠ 0 ， 信号被放大。 信号被放大。 2）输入共模信号， 输入共模信号， 大小相等，相位相同。 vi1 和 vi2 大小相等，相位相同。
第六章
集成电路运算放大器
基本要求
熟练掌握差放电路的工作原理、 熟练掌握差放电路的工作原理、 输入和输出方式、静态分析与计算、 输入和输出方式、静态分析与计算、 差模增益和差模输入和输出电阻， 差模增益和差模输入和输出电阻，正 确理解共模抑制。 确理解共模抑制。
6.1 集成电路运算放大器中的电流源 6.2 差分式放大电路 6.3 集成电路运算放大器 6.4 集成电路运算放大器的主要参数 *6.5 专用型集成电路运算放大器 *6.6 放大电路中的噪声与干扰
6.3 集成电路运算放大器
6.3.1 简单的集成电路运算放大器 6.3.2 通用型集成电路运算放大器
6.3.1 概述简单的集成电路运算放大器
定义： 定义： 集成电路运算放大器——是一种高电压增益、高 是一种高电压增益、 集成电路运算放大器 是一种高电压增益 输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。简 输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。 运放” 称“运放”。
实质： 实质：直流工作点的波动
•
动 ， 都将使集电极电流产生 变化。 且变化趋势是相同的， 变化 。 且变化趋势是相同的 ， •其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。 其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。 其效果相当于在两个输入端加入了共模信号 •差分式放大电路对共模信号有很强的抑制作用。 差分式放大电路对共模信号有很强的抑制作用。 差分式放大电路对共模信号有很强
接入负载时
vid vi1 = −vi 2 = v 2v −
AVD = −
β (Rc // RL )
2rbe
3. 主要指标计算 （1）差模电压增益 ）
•<C> 单端输入 <C>
ro >> re
等效于双端输入
指标计算 与双端输入相 同
（2）共模电压增益 ）
•<A> 双端输出 <A> 共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。 共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。
集成运放的特点： 集成运放的特点： •电压增益高 电压增益高 •输入电阻大 输入电阻大 •输出电阻小 输出电阻小
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
1. 输入失调电压 IO 输入失调电压V 2. 输入偏置电流 IB 输入偏置电流I 3. 输入失调电流 IO 输入失调电流I 4. 温度漂移 （1）输入失调电压温漂∆VIO / ∆T ）输入失调电压温漂∆ （2）输入失调电流温漂∆IIO / ∆T ）输入失调电流温漂∆ 5. 最大差模输入电压 idmax 最大差模输入电压V 6. 最大共模输入电压 icmax 最大共模输入电压V 7. 最大输出电流 omax 最大输出电流I
6.2.0 概述
1. 直接耦合放大电路
•可以放大直流信号 可以放大直流信号
2.直接耦合放大电路 直接耦合放大电路 的零点漂移 电源电压波动 也是原因之一
•零漂： •输入短路时 ， 输 零漂： 输入短路时 零漂 输入短路时， 出仍有缓慢变化 的电压产生。 的电压产生。 •主要原因： •温度变化引起，也称温漂。 主要原因： 温度变化引起 主要原因 温度变化引起，也称温漂。 •温漂指标： •温度每升高 度时， 输出漂移电压按电压增 温漂指标： 温度每升高1度时 ， 温漂指标 温度每升高 度时 益折算到输入端的等效输入漂移电压值。 益折算到输入端的等效输入漂移电压值。
（2）共模电压增益 ）
•<A> 双端输出 <A> 交流通路说明： 交流通路说明： a.两个输入端接入共模输入电压， a.两个输入端接入共模输入电压，即 两个输入端接入共模输入电压 vi1=vi2=vic b.两管电流或同时↑ 或同时↓ b.两管电流或同时↑，或同时↓，因此 两管电流或同时 有ve=iero=2ie1ro，即对每管相当于射极 接了2r 的电阻。 接了2ro的电阻。 c. c1、c2极等电位，RL上无支路电流， 极等电位， 上无支路电流， 不画R ∴不画 L，由于电路的对称性
3. 主要指标计算 （1）差模电压增益 ）
•（双入、双出交流通路） （双入、
3. 主要指标计算 （1）差模电压增益 ）
•<A> 双入、双出 <A> 双入、
•（双入、双出交流通路） （双入、
vo o1 o2 AVD = = vi1 − vi2 vid 2v 2vo1 βRc = A 1=− = VD 2vi1 rbe 1 接入负载时 •以双倍的元器件换 RL ) 以双倍的元器件换 β (Rc // AVD = − 取抑制零漂的能力 2 rbe vo1 1 βRc vo1 = = AVD = − •<B> 双入、单出 AVD1 = <B> 双入、 2rbe vid 2vi1 2
3. 减小零漂的措施
F 用非线性元件进行温度补偿 F 调制解调方式。如“斩波稳零放大器” 调制解调方式。 斩波稳零放大器” F 采用差分式放大电路
4 . 差分式放大电路中的一般概念
vo = A (vi1 − vi2 ) VD
A —差模电压增益 差模电压增益 VD
差模输入：两管输入信号大小相等，相位相反。 差模输入：两管输入信号大小相等，相位相反。 共模输入：两管输入信号大小相等，相位相同。 共模输入：两管输入信号大小相等，相位相同。 差模信号： 差模信号： 共模信号： 共模信号：
∆T = T的变化而变。 1）三极管参数ICBO、VBE、β随温度的变化而变。 三极管参数I 可采用高稳定度电源。 2）电源波动引起静态工作点变化——可采用高稳定度电源。 电源波动引起静态工作点变化 可采用高稳定度电源 3）电路元件变化引起，可采取老化措施，如果后两条克服， ）电路元件变化引起，可采取老化措施，如果后两条克服， 那么零漂即为温漂。 那么零漂即为温漂。
ro ↑ → AVC1 ↓
抑制零漂能力增强
（3）共模抑制比 ）
AVD KCMR = AVC
•双端输出，理想情况 双端输出， 双端输出
KCMR =
∞
β ⋅ ro AVD1 •单端输出 KCMR = 单端输出 ≈ rbe AVC1
K CMR 越大， 抑制零漂能力 越强 越大，
结论： 结论：
a. 双端输出时 双端输出时→KCMR很大 b. ro↑→ KCMR很大
2. 抑制零点漂移
（2）衡量零漂的大小：输出的零漂折合到输入端。 ）衡量零漂的大小：输出的零漂折合到输入端。 =10V（输出漂移电压）， =1000， ），A 如：T=35℃，△Vo=10V（输出漂移电压），AV=1000， T=35℃， 折合到输入端
∆vo 10 ∆vi = = =1mV / C A ∆T( C) 1000×10 C V
voc = voc1 − voc2 ≈ 0 voc 共模增益 AVC = ≈0 vic
所以
（2）共模电压增益 ）
•<B> 单端输出 <B>
voc1 voc2 AVC1 = = vic vic Rc − βRc ≈− = rbe + (1 + β )2ro 2ro
,β>>1） （一般情况下，（1+β）2ro>>rbe,β>>1） 一般情况下，（1+β ，（
3
反相输入端， 号表示， 端1——反相输入端，“-”号表示，由此端输入信号， 反相输入端 号表示 由此端输入信号， 则输出信号与输入信号反相。 则输出信号与输入信号反相。 同相输入端， 号表示， 端2——同相输入端，“+”号表示，由此端输入信号， 同相输入端 号表示 由此端输入信号， 则输出信号与输入信号同相。 则输出信号与输入信号同相。 输出端。 端3——输出端。 输出端
vi1 = vi2
vc1 = vc2
vo = vc1 − vc2 = 0
2. 抑制零点漂移
（1）零点漂移（简称零漂）：输入 零点漂移（简称零漂）：输入 ）： 信号为0 信号为0时，输出电压偏离其初始值 的现象叫零点漂移。 的现象叫零点漂移。 即： vi ∆
= 0时，∆vo ≠ 0
温度变化和电源电压波
6.2.1 基本差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理 静态
1 IC1 = IC2 = IC = I0 2 VCE1 =VCE2
= VCC − IC RC − VE = VCC − IC RC − (−0.7) IC IB1 = IB1 =
vo = vc1 − vc2 = 0
β
1. 电路组成及工作原理
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
8. 开环差模电压增益 VO 开环差模电压增益A 9. 开环带宽 开环带宽BW (fH) 10. 单位增益带宽 BWG (fT) 11. 转换速率 R 转换速率S
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6.1 集成电路运算放大 器中的恒流源
• 镜像电流源 • 微电流源 • 多路电流源 • 电流源作有源负载
4. 电流源作有源负载
有源负载：由于电流源具有直流电阻小而 有源负载： 交流电阻很大的特点，在模拟集成电路中， 交流电阻很大的特点，在模拟集成电路中，广 泛地把它作为负载使用，称为有源负载。 泛地把它作为负载使用，称为有源负载。