集成电路运算放大器的定义

第四章集成运算放大电路

第一节学习要求

第二节集成运算放大器中的恒流源

第三节差分式放大电路

第四节集成电路运算放大器

第五节集成电路运算放大器的主要参数

第六节场效应管简介

第一节学习要求

1. 掌握基本镜象电流源、比例电流源、微电流源电路结构及基本特性。

2. 掌握差模信号、共模信号的定义与特点。

3. 掌握基本型和恒流源型差分放大器的电路结构、特点，会熟练计算电路的静态工作点，熟悉四种电路的连接方式及输入输出电压信号之间的相位关系。

4. 熟练分析差分放大器对差模小信号输入时的放大特性，共模抑制比。会计算A VD、R id、 R ic、 R od、 R oc、K CMR。

5．熟悉运放的主要技术指标及集成运算放大电路的一般电路结构。

学习重点：

掌握集成运放的基本电路的分析方法

学习难点：

集成运放内部电路的分析

集成电路简介

集成电路是在一小块 P型硅晶片衬底上，制成多个晶体管 ( 或FET)、电阻、电容，组合成具有特定功能的电路。

集成电路在结构上的特点：

1. 采用直接耦合方式。

2. 为克服直接耦合方式带来的温漂现象,采用了温度补偿的手段 ----输入级是差放电路。

3. 大量采用BJT或FET构成恒流源 ,代替大阻值R ,或用于设置静态电流。

4. 采用复合管接法以改进单管性能。

集成电路分为数字和模拟两大部分。

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第二节集成运算放大器中的恒流源

一、基本镜象电流源

电路如图6.1所示。T1,T2参数完全相同,即

β1=β2,I CEO1=I CEO2 ，从电路中可知V BE1=V BE2，I E1=I E2，I C1=I C2

当β>>2时,

式中I R=I REF称为基准电流，由上式可以看出，当R确定后，I R就确定，I C2也随之而定，我们把I C2看作是I R的镜像，所以称图6.1为镜像恒流源。

改进电路一：

图6.2是带有缓冲级的基本镜象电流源,它是针对基本镜象电流源缺点进行的改进，两者不同之处在于增加了三极管T3，其目的是减少三极管T1、T2的I B对I R的分流作用，提高镜象精度，减少β值不够大带来的影响。

改进电路二：

图6.3是带有发射极电阻的镜象电流源，其中R e1=R e2，两管的输入仍有对称性，所以

若此电路R e1不等于R e2，则I C2与（R e1、R e2）的比值成比例，因此，此电流源又称为比例电流源。

二、微电流源

电路如图6.4所示，当I R一定时，I C2可确定为：

可见，利用两管基-射电压差 V BE可以控制I0。由于 V BE的数值小，用阻值不大的R e2即可得微小的工作电流--微电流源。

例：电路如图6.5所示，

已知：BJT的参数相同，求各电流源与参考电流的关系。

三、电流源的主要应用-有源负载

前面曾提到，增大R c可以提高共射放大电路的电压增益。但是，R c不能很大，因为在集成工艺中制造大电阻的代价太高，而且，在电源电压不变的情况下，R c越大，导致输出幅度越小。那么，能否找到一种元件代替R C，其动态电阻大，

使得电压增益增大，但静态电阻较小。因而不致于减小输出幅度呢？自然地，我们可以考虑晶体管恒流源。由于电流源具有直流电阻小，交流电阻大的特点，在模拟集成电路中广泛地把它作负载使用--有源负载，如图6.6所示。

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第三节差分式放大电路

基本概念：

图6.7表示一个线性放大器，它有两个输入端，分别接有信号v i1和v i2；输出端的信号为v o。在电路完全对称的理想情况下，输出信号电压可表示为

式中A VD是差分放大器的差模电压增益。可见电路的两个输入端所共有的任何信号对输出电压都不会有影响。但在一般情况下，实际的输出电压不仅取决于两个输入信号的差模信号v id，而且还与两个输入信号的共模信号v ic有关，它们分

别是

当用差模信号和共模信号表示两个输入信号时，有

在差模信号和共模信号同时存在时，对于线性放大器而言，可以利用叠加原理来求出总的输出电压，即

式中为差模电压放大倍数，称为共模电压放大倍数。

一、基本差分放大电路

1. 基本电路

基本差动式放大器如图6.8所示。图中 T1,T2 是特性相同的晶体管，电路对称,参数也对称。如：V BE1=V BE2,R c1=R c2=R c, R b1=R b2= R b,β1=β2=β。电路有两个输入端和两个输出端。

2. 工作原理

（1）当v i1=v i2=0时，即静态时，由于电路完全对称：I c1 = I c2= I0/2, R c1I c1 = R c2I c2，V o = V c1-V c2 = 0 即输入为0时,输出也为0。

（2）加入差模信号时，即v s1=-v s2=v sd/2，从电路看v B1增大使得i B1增大,使i c1增大,使得v c1减小v B2减小使得i B2减小,又使得i c2减小，使得v c2增大.由此可推出：v o=v c1 -

v c2=2v c1，每个变化量v不等于0,所以有信号输出。

若在输入端加共模信号,即v s1=v s2，由于电路的对称性和恒流源偏置,理想情况下v o=0，无输出。

这就是所谓"差动"的意思；即两个输入端之间有差别，输出端才有变动。

3、抑制零点漂移的原理

在差分电路中，无论是温度的变化，还是电流源的波动都会引起两个三极管的i C及v C的变化。这个效果相当于在两个输入端加入了共模信号，在理想情况下， v o不变，从而抑制了零漂。凡是对差放两管基极作用相同的信号都是共模信号。常见的有：

（1）v i1不等于 -v i2，信号中含有共模信号；

（2）干扰信号(通常是同时作用于输入端)；

（3）零漂。

实际情况下，要做到两管完全对称和理想恒流源是比较困难的，但输出漂移电压也将大为减小。综上分析，放大差模信号，抑制共模信号是差放的基本特征。通常情况下，我们感兴趣的是差模输入信号，对于这部分有用信号，希望得