模电课件第4章

Roc Rc
为了衡量差分放大电路放大差模信号、抑制共模信号的能 力 ， 引 入 了 一 个 指 标 参 数 —— 共 模 抑 制 比 （ Common-Mode
Rejection Ratio），用KCMR表示。
K CMR
Aud Auc
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 共模抑制比越大，表明差分放大电路对共模信号的抑制能 力越强。这在直接耦合的放大电路中是很有意义的。因为温度、 电源电压等所引起的零漂，以及外界干扰信号等对两管的影响 是相同的，所以可等效地看成是作用在差放输入端上的共模信 号，从而在输出端被抑制掉，使差模输入的有用信号得到放大。
压放大倍数为
uoc uoc1 uoc 2 Auc 0 uic uic
单端输出时的共模电压放大倍数为
Auc1
uoc1 Rc Rc uic Rb rbe (1 ) 2 Re 2 Re Auc 2 Auc1
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 共模输入电阻是将两输入端并联后，由输入端到地之间的 等效输入电阻， 即 1 Ric [ Rb rbe (1 ) 2 Re ] (1 ) Re 2 单端输出的共模输出电阻为
1℃所产生的折合到输入端的等效零漂电压，即
uo Au T
V / C
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路
4.2 差分放大电路
4.2.1 差分放大电路的电路组成 图3-7是一个基本的差分放大电路，它由两个理想对称的共 射放大电路，通过公共的射极电阻Re耦合而成，因此称为射极耦 合差分放大电路。由于射极电阻接负电源-UEE，就好像拖着一个
UEE=IBQRb+UBEQ+2IEQRe
(4-4)
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 通常情况下，Rb 阻值很小（很多情况下Rb 为信号源内阻）， IBQ 也很小，故Rb 上的压降可忽略不计，发射极电位UEQ≈-UBEQ ，
则发射极的静态电流为
I EQ
U EE U BEQ 2 Re
(4-5)
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路
第4章 集成运算放大电路
4.1 集成运放的组成
4.2 差分放大电路 4.3 电流源电路 4.4 功率放大电路 4.5 集成运算放大电路
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路
4.1 典型模拟集成电路
1）集成运算放大器组成
图 4-1 运放组成方框图
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 2） 零点漂移问题 人们在实验中发现，在直接耦合放大电路中，若将输入端短 路，用灵敏的直流表测量输出端，有一个相当可观的、随时间缓
为输出端的漂电压折合到输入端后来衡量。 对于电源电压的波动、元件的老化所引起的零漂可采用高 质量的稳压电源或经过老化实验的元件来减小，因此温度变化 所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移的主要原因，
故也将零点漂移称为温度漂移，简称温漂，定义为温度每变化
耦合放大电路中，这种缓慢变化的漂移电压会被毫无阻隔地传
输到下一级， 并且被逐级放大，以致于有时在输出端很难分辨 出哪个是有用信号，哪个是漂移电压。换句话说，有用信号被 漂移电压“淹没”了，放大电路不能正常工作。
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路
uo
O
t
图 4-4 零点漂移现象
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 一般来说，直接耦合放大电路的零点漂移主要取决于第一 级，而且级数越多，放大倍数越大，零点漂移越严重。通常， 零点漂移的大小不能以输出端漂移电压的绝对大小来衡量。因
＋UCC
Rb IBQ2
图 4-8 图4-7的直流通路 (a) 直流通路； (b) Re等效变换后的直流通路
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 由2.3节静态工作点稳定电路的分析可知， 发射极电阻越大， 每管工作点的稳定性越好，所以差分放大电路每边的静态工作 点比单管放大电路稳定，抑制温漂性能也好。 由IEQ可求得IBQ、ICQ和UCEQ, 即
管的集电极电位将同时上升或下降相同的数值。若采用双端输
出，输出电压将保持为零。也就是说，差分放大电路是利用电
路的对称性来将两管的温漂相互抵消的。
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 若采用单端输出，由于射极电阻Re 的作用，将大大抑制每 只三极管的温漂。例如，温度升高使三极管集电极电流增加， 将引起如下过程：
输入共模信号的差分放大电路如图4-10（a）所示。在共模
信 号 作 用 下 ， ΔiE1=ΔiE2 ， 流 过 射 极 耦 合 电 阻 Re 的 电 流 总 量
ΔiRe=ΔiE1+ΔiE2=2ΔiE1 ，Re上的共模信号电压为uRe=2ΔiE1·Re， 即
对共模信号而言，每管发射极等效接入一个2Re的电阻。由此可 得交流等效电路如图4-10（b）所示。
由式（4-5）可知，就静态而言，对于每只三极管，发射极 相当于接入一个2Re的电阻，射极耦合电阻折算到每管发射极后 的静态等效电路如图4-8（b）所示。
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路
＋UCC Rc Rb IBQ1 IEQ1 Re －UEE (a) (b) IEQ2 ICQ1 V1 ICQ2 V2 Rc Rb IBQ2 Rb IBQ1 2R e IEQ1 IEQ2 －UEE 2R e Rc ICQ1 V1 ICQ2 V2 Rc
i E1
Re
i E2
图 4-9 输入差模信号的差分放大电路 (a) 电路图； (b) 交流通路
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 在差模输入信号作用下，差模输出电压的变化量Δuod与输入 电压的变化量Δuid之比定义为差模电压放大倍数Aud，即
uod Aud uid
(4-9)
压放大倍数与单管共射放大电路相同，也就是说它是以牺牲一 只管子的电压放大倍数为代价来换取抑制温漂的。若从单端输 出， 则差模电压放大倍数为
Aud 1
uod 1 uid uod 2 uid
RL Rc // 1 1 2 Aud 2 2 Rb rbe RL Rc // 1 1 2 Aud 2 2 Rb rbe
尾巴，故也称为长尾式差分放大电路。电路中通常采用正、负两
个极性的电源供电，且UCC=|UEE|，V1 管和V2 管的特性、参数完 全相同。两个输入端，分别用作输入电压信号ui1和ui2，若两端都
有信号输入，称为双端输入；若一端有信号输入，另一端接地，
则称为单端输入。两个输出端，若输出信号从V1管和V2管集电极 之间取出，则称为双端输出；若输出信号从V1管或V2管的一个集 电极取出，则称为单端输出。
极电流iＣ１增加，V2管的集电极电流iC2就减小。若两边电路完全
对称，则ΔiC1=-ΔiＣ２，ΔiE1=-ΔiE2，流过发射极电阻Re上的电流总
量ΔiRe=ΔiE1-ΔiE2=0， Re上的差模信号电压降为零。因而对差模信
号而言，Re可视为短路。考虑到两管集电极输出电压也是大小相 等，极性相反，故负载RL的中点，RL/2处可看成是零电位，即虚 地。这样，在差模输入信号作用下，差分放大电路的交流通路如 图4 - 9（b）所示，图中uod表示差模输出电压。
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 2） 对共模信号的抑制作用 在差分放大电路的两个输入端分别加入一对大小相等、极性
相同的信号， 即ui1=ui2，这种输入方式称为共模输入。两输入端
分别对地的信号称为共模信号（Common-Mode Signal），用uic 表示，ui1=ui2=uic。
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路
＋UCC Rc ＋ i C1 V1 u oc － i C2 V2 Rc Rc u oc 1 Rb u i2 ＋ u ic i E1 Re i E2 －UEE (a) (b) － 2R e Rb V1 i E1 i E2 ＋ u od Rc － V2 2R e u oc 2 Rb
由图4-9（b）可知, 双端输入、双端输出的差模电压放大倍数为
uod uod 1 uod 2 Aud uid ui 1 ui 2
RL Rc // 2 Rb rbe
(4-10)
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路
可见，差分放大电路虽然采用了两只三极管，但是差模电
慢变化的不规则信号输出， 即输出电压在静态值上下随机偏离， 如图3-4所示。这种输入电压为零，输出电压不为零且缓慢变化
的现象称为零点漂移，简称零漂。
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路 在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元 件的老化、器件参数随温度的变化等，都会产生零点漂移。在 阻容耦合的放大电路中，这种缓慢变化的漂移电压被耦合电容 阻隔， 不会传送到下一级放大电路进一步放大。但是，在直接
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路
＋UCC Rc ＋ u od － Rc Rc u od1 Rb u i2 ＋ u id －UCC (a) － ＋ u i1 － － u i2 ＋ (b) Rb V1 ＋ u od － RL V2 Rc u od2 Rb
Rb u i1
i C1 R L i C2 V1 V2
Rb u i1
图 4-10 输入共模信号的差分放大电路 (a) 电路图； (b) 交流通路
第4章 多级放大电路和集成运算放大电路
在共模信号作用下，共模输出电压的变化量Δuoc与输入电压
的变化量Δuic之比定义为共模电压放大倍数Auc， 即
uoc Auc uic 由图4-10（b）可见，只要电路对称，双端输出时的共模电
I BQ
I EQ 1
(4-6) (4-7) (4-8)
I CQ I EQ U CEQ U CQ U EQ U CC I CQ Rc U BEQ