模拟电子技术 第6章 集成电路运算放大器(1)

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电子技术基础 模拟电路部分

第六章

集成电路运算 放大器

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第六章 集成运算放大器§6.1 集成运算放大器中的电流源 §6.2 差分式放大电路 §6.3 集成运算放大器(operational 集成运算放大器 amplifier ) §6.4 集成运放的主要参数

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概述运算放大电路是一种将" 紧密结合的器件, 运算放大电路是一种将"管"和"路"紧密结合的器件, 是一种高电压放大倍数的多级直接 耦合放大电路 ,最初 多用于各种模拟信号运算,故称为运算放大器,简称运放 运放. 多用于各种模拟信号运算,故称为运算放大器,简称运放.

集成运算放大电路的特点: 集成运算放大电路的特点:电路结构与原件参数具有对称性; 电路结构与原件参数具有对称性; 用有源器件代替无源器件; 用有源器件代替无源器件; 采用复合结构的电路; 采用复合结构的电路; 极间采用直接耦合方式; 极间采用直接耦合方式; 首先讨论运放的基本电路: 首先讨论运放的基本电路:电流源和差分放大电路

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6.1 集成运放中的电流源为了加强电路的集成度,电路中的电阻不宜太多, 为了加强电路的集成度,电路中的电阻不宜太多,所 以在集成电路中常用以下几种恒流源电路: 以在集成电路中常用以下几种恒流源电路: 1. 镜像电流源I R = I C1 + 2 I B+ VCC

I C1 = βI B

R

I C1 =

β β +2

IRI C1T1

I R 设 β >> 2

2IBT2

IC 2

I C1 ≈ I C 2 = I RVCC VBE IR ≈ R

IB1 IB2无 论 Rc2 的 值 如 何 , IC2 的电流 值将保持不变. 值将保持不变.镜像电流源

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电路优点结构简单,并具有一定的温度补偿作用. 结构简单,并具有一定的温度补偿作用.

电路缺点1. 受VCC影响大,当VCC变化时,IC2几乎同样随之变, 影响大, 变化时, 几乎同样随之变, 不适应电源电压在大幅度变动下运行. 不适应电源电压在大幅度变动下运行. 2. 要求小电流时,如微安级,要求R大; 要求小电流时,如微安级,要求 大 3. 当β值不够大时,IC2与IR相差大. 相差大. 值不够大时,

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2. 多路电流源+ VCCIC = I R ∑ I B / β ≈I RT0

IR RICTRe

∑I

IC1B

IC 2T2

IC 3T3

T1

因为各个管子的β和 因为各个管子的 和 VBE相同,所以: 相同,所以:VE = VE 1 = VE 2 = VE 3

Re 1

Re 2

Re 3

∴ I E Re = I E 1 R = I E 2 Re 2 = I E 3 Re 3

多路电流源IC1 ≈ I E1 = I R Re Re1 IC 2 ≈ I E 2 = I R Re Re 2 IC 3 ≈ I E 3 = I R Re Re 3

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差分放大电路( §6.2 差分放大电路 defferential amplifier )所谓差分,意思就是两个输入信号之差. 所谓差分,意思就是两个输入信号之差.差分式放 大电路是集成运放的主要组成单元. 大电路是集成运放的主要组成单元.

差分式放大电路中的一般概念v id = v i 1 v i 2差模( 差模 difference-mode )信号 信号 vi1 vi2 线性放大 线路 vo

1 v ic = ( v i 1 + v i 2 ) 共模信号 2 v id v id

v i2 = v ic v i1 = v ic + 2 2AVD v od = v id差模电压增益

差分式放大电路结构示意图

AVC

差模信号输出

v oc = v ic

共模电压增益 共模信号输出

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§6.2.1 基本差分放大电路直接耦合电路的特殊问题R1 RC1 R2 T1 vi 零点漂移. 问题 :零点漂移. 前一级的温漂将作为后一级的输入信号, 前一级的温漂将作为后一级的输入信号,使得 等于零时, 不等于零. 当 vi 等于零时, vo不等于零. T2 RE2 vo 0 t RC2 +VCCvo

有时会将 信号淹没

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基本差分放大电路一,结构RB RS T1 T2 RC vo RC RB RS

+VCC

vi1

vi2

特点:结构对称. 特点:结构对称.

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二, 抑制零漂的原理+VCCRB RC RS T1 vi1 T2 vi2 vo RC RB RS

当 vi1 = vi2 =0 时: vo= VC1 - VC2 = 0 当温度变化时: 当温度变化时: vo= (VC1 + vC1 ) - (VC2 + vC2 ) = 0

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共模电压放大倍数A 三, 共模电压放大倍数 c+VCCRB RC RS vo T1 T2 RC RB RS

+vi

用对共模信号的 抑制能力来反映 共模输入信号: 大小相等,极性相同) 极性相同) 共模输入信号: vi1 = vi2 (大小相等,电路对零漂的抑 制能力. 制能力.差动电 理想情况: 理想情况:vi1 = vi2 → vC1 = vC2 → vo= 0 路对称性好时, 路对称性好时, 对共模信号的抑 温度或电源电压波动 共模电压放大倍数: 共模电压放大倍数: A = vo = 0 制能力强. 制能力强. c 所产生的干扰信号可 vi 看成共模信号

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四,差模电压放 大倍数A 大倍数 d+

RB RC Rs

vo T1 T2

RC

RB Rs vi2

+VCC

R vi1 vi + R

+

差模输入信号: 大小相等,极性相反) 差模输入信号: vi1 = – vi2 (大小相等,极性相反) 因vi1 = –vi2,→ vC1 = –vC2 → vod= vC1 – vC2 = 2vC1 此时: 此时 vi=vi1–vi2=2vi1

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差模电压放大倍数: 差模电压放大倍数:

vod 2vc 1 vc 1 β RC Ad = = = = Av 1 ≈ vi 2v i 1 v i 1 RS + rbe等于单管的Av 等于单管的 RS相当于电源内阻

说明对差模信号有放大作用, 说明对差模信号有放大作用,对共模信号无放大 的抑制作用靠电路的对称. 作用. 作用.对Vic的抑制作用靠电路的对称.

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基本差动电路存 在的问题: 在的问题:+ +

RB RC Rs T1

vo

RC T2

RB Rs vi2

+VCC

RL

R vi1 vi + R

1. 电路难以绝对对称,所以还有零漂. 电路难以绝对对称,所以还有零漂. 2. 单边没有抑制零漂的措施,所以,当温度变化范 单边没有抑制零漂的措施,所以, 围很大时,三极管可能饱和或截止, 围很大时,三极管可能饱和或截止,失去放大作 用.不适合单端输出

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双电源长尾式差放一,结构RC RS T1 vi1 RE –VEE T2 vi2 vo RC RS +VCC

特点:加入射极电阻 特点:加入射极电阻RE ;加入负电源 -VEE , 采用正负双电源供电. 采用正负双电源供电.

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+VCC RC RS T1 vi1 RE –VEE T2 vi2 vo RC RS

双电源的作用: 双电源的作用: (1)使信号变化幅度加大. )使信号变化幅度加大. 提供. (2)IB1,IB2由负电源-VEE提供. ) 由负电源

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二, 静态分析Q点的计算 点的计算 直流通路vi1 RS T1 T2 RC

+VCC

IC1 IC2vo

RC RS

IB IERE –VEE

IB

vi2

IB

V EE V BE = R S + 2 (1 + β ) R E

IC1= IC2= IC= βIB

VE1= VE2 =-IB×RS-VBE - VC1= VC2= VCC-IC×RC VCE1= VCE2 = VC1-VE1

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三, 动态分析1.对差模信号的放大作用 对差模信号的放大作用RC RS T1 vi1 RE T2 vo RC RS

流过R 流过 E的差模电流为 因此R 零,因此 E对差模信 号而言相当于短路, 号而言相当于短路, 即不起任何影响. 即不起任何影响.故 将射极视为地电位, 将射极视为地电位, vi2 此地称"虚地" . 此地称"虚地"

此时,放大电路的差模放大倍数仍为单管放大倍数, 此时,放大电路的差模放大倍数仍为单管放大倍数,即:

vo βRC Avd = = …… 此处隐藏：2173字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……