1、531退出退出5326.1 概述概述 533目目 錄錄6.4 集成運算放大器典型電路介紹集成運算放大器典型電路介紹 6146.5 集成運算放大器的性能參數和模型集成運算放大器的性能參數和模型 6226.7 集成運算放大器的應用集成運算放大器的應用 6466.8 實際集成運放電路的誤差分析實際集成運放電路的誤差分析 7076.6 理想運放及其基本組態理想運放及其基本組態 6316.9 在系統可編程模擬器件在系統可編程模擬器件ispPAC 7166.10 單電源供電運放電路單電源供電運放電路 7316.11 電流模式運算放大器電流模式運算放大器 7356.12 集成跨導放大器集成跨導放大器 753

2、退出退出6.2 直流信號的放大直流信號的放大 5376.3 差分放大器差分放大器 5446.13 模擬乘法器模擬乘法器 759533一、集成電路（一、集成電路（Integrated Circuit簡稱簡稱IC）采用半導體制造工藝，將大量的晶體管、電阻、電容采用半導體制造工藝，將大量的晶體管、電阻、電容等電路元件及其電路連線制作在一小塊硅單晶片上，等電路元件及其電路連線制作在一小塊硅單晶片上，形成具有特定電路功能的單元電路。形成具有特定電路功能的單元電路。二、摩爾定律二、摩爾定律 未來未來10年中芯片上的晶體管數將每年中芯片上的晶體管數將每18個月翻一番。個月翻一番。 （1965年）年） 芯片上

3、的晶體管數量每兩年將翻一番芯片上的晶體管數量每兩年將翻一番 （1975年）。年）。退出退出6.1 概述概述返回返回534退出退出6.1 概述概述集成運算放大器是一種高增益的直流放大器。集成運算放大器是一種高增益的直流放大器。l 其最初功能是用于模擬量運算其最初功能是用于模擬量運算l 通用型集成運算放大器和專用型集成運算放大器通用型集成運算放大器和專用型集成運算放大器 l 電壓模電路和電流模電路電壓模電路和電流模電路 返回返回535 三、集成電路的特點三、集成電路的特點（同分立器件電路相比）（同分立器件電路相比） 1. 1.集成電路中電阻、電容等無源器件不能像分立集成電路中電阻、電容等無源器件不

4、能像分立元件電路那樣任意選用元件電路那樣任意選用集成電路中電阻阻值偏大將占用硅片較大的面積，不利于集成；集成電路中電阻阻值偏大將占用硅片較大的面積，不利于集成；集成電路中的電容是利用集成電路中的電容是利用PN結的結電容或用二氧化硅層作為電介結的結電容或用二氧化硅層作為電介質做成的，不適宜制造幾十皮法以上的電容器，所以集成運放電質做成的，不適宜制造幾十皮法以上的電容器，所以集成運放電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5362.2.兩者的設計思想正好相反兩者的設計思想正好相反 3. 3.同一集成電路中的元件參數一致性和溫度均一同一集成電路中的元件參數一

5、致性和溫度均一性較好，很容易制造對稱性較高的電路性較好，很容易制造對稱性較高的電路分立元件電路：盡量少用晶體管，以降低成本；分立元件電路：盡量少用晶體管，以降低成本；集成電路：則盡量減少電阻、電容等無源器件，用晶體管等集成電路：則盡量減少電阻、電容等無源器件，用晶體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5376.2 直流信號的放大直流信號的放大6.2.1 級與級之間的直流工作狀態互相影響級與級之間的直流工作狀態互相影響6.2.2 零點漂移零點漂移返回返回退出退出6.2.3 抑制零點漂移的方法抑制零點漂移的方法5386.2 直流信號的放大直流信號的放大 引子：引子：

6、為什么引入差分放大器？為什么引入差分放大器？ 1. 直流信號的放大直流信號的放大在無線電通信和其他領域中，常常需要對在無線電通信和其他領域中，常常需要對變化十分緩慢的變化十分緩慢的信號信號進行放大。進行放大。例如生物電的放大，或某些自動控例如生物電的放大，或某些自動控制中的控制信號。制中的控制信號。把這種變化十分緩慢的信號（頻率很低，幾乎為零，但不能把這種變化十分緩慢的信號（頻率很低，幾乎為零，但不能認為頻率等于零）稱為認為頻率等于零）稱為直流信號直流信號。直流放大器直流放大器是放大直流信號的一種放大器（當然也可以放大是放大直流信號的一種放大器（當然也可以放大交流信號）。交流信號）。直流信號不

7、同于直流電。直流信號不同于直流電。退出退出返回返回5392. 直流放大器面臨的問題直流放大器面臨的問題電容耦合放大器無法放大直流信號，耦合電容很難傳送緩電容耦合放大器無法放大直流信號，耦合電容很難傳送緩變信號。變信號。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。兩個問題：兩個問題：（1）級與級之間的直流工作狀態互相影響）級與級之間的直流工作狀態互相影響（2）零點漂移）零點漂移退出退出6.2.1 級與級之間的直流工作狀態互相影響級與級之間的直流工作狀態互相影響返回返回540（1）級與級之間的直流工作狀態互相影響）級與級之間的直流工作狀態互相影響調整某一級工作狀態就會導致其他調

8、整某一級工作狀態就會導致其他各級工作狀態的改變。這一點對直各級工作狀態的改變。這一點對直接耦合放大器的設計和調整帶來很接耦合放大器的設計和調整帶來很多不便。多不便。b1RCQ1I、CEQ1UB2ICQ2I、CEQ2U退出退出6.2.1 級與級之間的直流工作狀態互相影響級與級之間的直流工作狀態互相影響返回返回541現象：輸入電壓為零，輸出端電壓表指現象：輸入電壓為零，輸出端電壓表指針偏離零點或起始值，出現忽大忽小的針偏離零點或起始值，出現忽大忽小的不規則擺動。不規則擺動。（2）零點漂移）零點漂移定義：定義： 輸入電壓為零時，輸出還有緩慢變化的電壓產生，輸出電壓偏離起輸入電壓為零時，輸出還有緩慢變

9、化的電壓產生，輸出電壓偏離起始值而上下波動，使輸出端產生緩慢變化的電壓。零點漂移簡稱始值而上下波動，使輸出端產生緩慢變化的電壓。零點漂移簡稱零漂零漂。引起零漂的外界因素：引起零漂的外界因素：時間漂移：時間漂移：由于晶體管和其他元件的參數本身老化作用引起的，與電由于晶體管和其他元件的參數本身老化作用引起的，與電 路設計無關。路設計無關。溫度漂移溫度漂移：由于晶體管的參數隨著環境溫度的變化而變化所造成的。由于晶體管的參數隨著環境溫度的變化而變化所造成的。電源電壓變化引起的漂移：電源電壓變化引起的漂移：當電源電壓變化時，電路的直流電平配制當電源電壓變化時，電路的直流電平配制 受到某種破壞而導致輸出零

10、點的變動。受到某種破壞而導致輸出零點的變動。退出退出6.2.2 零點漂移零點漂移返回返回542為什么是矛盾？為什么是矛盾？為了獲得高的直流增益，可以增加級數，但同時輸出漂移電壓也加大。為了獲得高的直流增益，可以增加級數，但同時輸出漂移電壓也加大。為了減小零漂可以引入負反饋，但同時放大器對直流信號的放大能力為了減小零漂可以引入負反饋，但同時放大器對直流信號的放大能力也減弱了。也減弱了。高質量的直流放大器應該具有高的電壓增益和小的零點漂移。高質量的直流放大器應該具有高的電壓增益和小的零點漂移。矛盾！矛盾！退出退出6.2.3 抑制零點漂移的方法抑制零點漂移的方法返回返回543尋求新方法解決矛盾！尋求

11、新方法解決矛盾！ 抵消抵消采用特殊形式的電路使漂移電壓互相抵消。采用特殊形式的電路使漂移電壓互相抵消。引入特殊的負反饋引入特殊的負反饋對零點漂移有很強的負反饋，對零點漂移有很強的負反饋，對有用直流信號無負反饋。對有用直流信號無負反饋。例如乙類推挽功放電路，每個管子產生大量的諧波失真，但在負例如乙類推挽功放電路，每個管子產生大量的諧波失真，但在負載上，偶次諧波互相抵消了。載上，偶次諧波互相抵消了?；拘突拘筒罘蛛娐凡罘蛛娐吠顺鐾顺鲩L尾型差分電路長尾型差分電路采用調制型直流放大器采用調制型直流放大器6.2.3 抑制零點漂移的方法抑制零點漂移的方法返回返回5446.3 差分放大器差分放大器6.3.

12、1 基本型差分放大器基本型差分放大器6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器退出退出6.3.3 減小共模輸出電壓提高共模抑制比的方法減小共模輸出電壓提高共模抑制比的方法6.3.4 有源負載差分放大器有源負載差分放大器6.3.5 差分放大器大信號輸入時的傳輸特性差分放大器大信號輸入時的傳輸特性6.3.6 舉例舉例6.3.7 差分放大器的失調和溫漂差分放大器的失調和溫漂返回返回5451. 電路工作原理電路工作原理兩個性能完全相同的共發射極電路拼接而成兩個性能完全相同的共發射極電路拼接而成如何消除零漂？如何消除零漂？輸入信號為零，電路對稱輸入信號為零，電路對稱c1c2

13、UUoc1c20UUU某種因素產生零漂，如溫度升高，某種因素產生零漂，如溫度升高，c1c2II、c1c2UU、電路對稱，晶體管參數相同，電路對稱，晶體管參數相同，c1c2uuoc1c20uuu靠電路對稱消除零漂！靠電路對稱消除零漂！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546I1I2uu 當當 時，差模輸入信號電流不經過地線，因此時，差模輸入信號電流不經過地線，因此也把也把 稱為一對差模輸入信號稱為一對差模輸入信號。IdI1I2uuu I1I2uu 2. 輸入信號的分類輸入信號的分類（1）差模輸入信號）差模輸入信號(Differential Mode)輸入信號輸入信號：兩

14、輸入信：兩輸入信號電壓之差值，即號電壓之差值，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547（2）共模）共模(Common Mode)輸入信號輸入信號：兩輸入信號電壓的：兩輸入信號電壓的算術平均值，即算術平均值，即I1I2uu 所以把兩管輸入信號大小相等、相位相同，稱為所以把兩管輸入信號大小相等、相位相同，稱為共模輸入共模輸入信號信號。IcI1I 2uuu 零漂引起的就是共模信號，為有害信號。零漂引起的就是共模信號，為有害信號。I1I2Ic2uuu 當當 時，則時，則 。退出退出2. 輸入信號的分類輸入信號的分類6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回5

15、48問題：問題： 差分放大器的兩個輸入信號往往是一對任意數值的信差分放大器的兩個輸入信號往往是一對任意數值的信號，一般號，一般 ，即，非差模也非共模，該怎樣，即，非差模也非共模，該怎樣分析分析 ？I1I2uu 解決方法：解決方法： 對輸入信號進行分解，把一對任意數值的輸入信對輸入信號進行分解，把一對任意數值的輸入信號分解為差模信號和共模信號的疊加，求出差模信號號分解為差模信號和共模信號的疊加，求出差模信號和共模信號分別作用于差分放大器時的輸出結果，然和共模信號分別作用于差分放大器時的輸出結果，然后利用疊加原理，得出差分放大器在一對任意數值輸后利用疊加原理，得出差分放大器在一對任意數值輸入信號作

16、用下的性能指標。入信號作用下的性能指標。 退出退出輸輸入入電壓電壓= =差模分量差模分量+ +共模分量共模分量2. 輸入信號的分類輸入信號的分類6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回549I1I2I1I2I122uuuuu I1I2I1I2I222uuuuu I1I2Ic2uuu 令令IdI1I2uuu 具體分解方法：具體分解方法：IdI1Ic2uuu IdI2Ic2uuu 退出退出2. 輸入信號的分類輸入信號的分類6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回550例例6-1Id6sinmVut Id/2 3sinmVut 7IcsinmVut 差模輸入信號差模輸入信號（

17、任一端都不（任一端都不接地）接地）共模輸入信號共模輸入信號I1u I2u 退出退出2. 輸入信號的分類輸入信號的分類, ,。解：解：I110sinmVut I24sinmVut 已知已知和和求求Idu 和和Icu 電路如圖所示，電路如圖所示，6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回5513. 輸入、輸出端電路形式輸入、輸出端電路形式差分式放大電路的組態差分式放大電路的組態基于不同的應用場合，有基于不同的應用場合，有雙、雙、單端輸入和單端輸入和雙、雙、單端輸出的情況。單端輸出的情況。單端輸入時，另一端接地。單端輸入時，另一端接地。雙入雙出雙入雙出雙入單出雙入單出單入雙出單入雙出單入單

18、出單入單出退出退出6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回552（1）差模電壓放大倍數）差模電壓放大倍數d1d2d()uuuAAA、O1O1fecd1IdI1bie22()uuuh RAuuRh O 2O 2fe cd2d1IdI2bie22()uuuuhRAAuuR h 單端輸出差模電壓放大倍數單端輸出差模電壓放大倍數退出退出4. 基本差分放大器性能指標分析基本差分放大器性能指標分析6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回553OO1O2uuu OO1O2fecdd1d2IdIdbieuuuuuuh RAAAuuRh OdIddI1I2()uuuAuAuu 雙端輸出差

19、模電壓放大倍數雙端輸出差模電壓放大倍數雙端輸出雙端輸出只要輸入電壓有差別，輸出就變動！只要輸入電壓有差別，輸出就變動！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554（2）差模輸入電阻）差模輸入電阻2idbie()RRhidR退出退出4. 基本差分放大器性能指標分析基本差分放大器性能指標分析6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回555（3）共模電壓放大倍數）共模電壓放大倍數Oc1Oc1c1IcI1fecbieuuuAuuh RRh 單端輸出共模電壓放大倍數單端輸出共模電壓放大倍數c1c2c()uuuAAA、退出退出4. 基本差分放大器性能指標分析基本差分放大器性

20、能指標分析6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回556Oc2Oc2c2c1I2IcuuuuAAuu OcOc1Oc2cIcIc0uuuuAuu 單端輸出共模電壓放大倍數單端輸出共模電壓放大倍數雙端輸出共模電壓放大倍數雙端輸出共模電壓放大倍數雙端輸出、電路對稱時，則共模輸出電壓為零，即共模輸入雙端輸出、電路對稱時，則共模輸出電壓為零，即共模輸入電壓完全被抑制。電壓完全被抑制。 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557（4）共模輸入電阻）共模輸入電阻12icbie()RRhicR退出退出4. 基本差分放大器性能指標分析基本差分放大器性能指標分析6.3.1 基

21、本型差分放大器基本型差分放大器返回返回558oR2ocRR退出退出（5）輸出電阻）輸出電阻4. 基本差分放大器性能指標分析基本差分放大器性能指標分析 無論是差模輸入還是共模輸入，輸出端是一樣的，無論是差模輸入還是共模輸入，輸出端是一樣的，輸出電阻統一用輸出電阻統一用 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559O1Od1Oc1uuu O2Od2Oc2uuuOOdOcuuuO1d1Idc1IcuuuAuAuOO1O2uuu udIducIcAuAuO1u 、O2u Ou 退出退出O2d2Idc2IcuuuAuAu6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回（6）

22、輸出電壓的輸出電壓的 和和 計算計算d1d2Idc1c2IcuuuuAAuAAu560（7 7）共模抑制比）共模抑制比定義：定義：差模電壓放大倍數與共模電壓放大倍數之比的絕對值。差模電壓放大倍數與共模電壓放大倍數之比的絕對值。 dCMRcuuAKACommon Mode Rejection Ratio20CMRCMR(dB)lgKK越大越大 ，表示差分放大器對共模信號的抑制能力越強。，表示差分放大器對共模信號的抑制能力越強。衡量差分放大器放大差模信號和抑制共模信號的能力。衡量差分放大器放大差模信號和抑制共模信號的能力。退出退出d2CMR2c2uuAKAd1CMR1c1uuAKA6.3.1 基本

23、型差分放大器基本型差分放大器返回返回561雙端輸出時，使電路盡可能對稱；雙端輸出時，使電路盡可能對稱； 減小共模輸出電壓，提高共模抑制比的方法：減小共模輸出電壓，提高共模抑制比的方法：單端輸出時，單端輸出時，退出退出CMRKfecd1bie2()uh RARh fecc1bieuh RARh 0 5CMR1.K單端輸出時，性能一點也沒有改善。單端輸出時，性能一點也沒有改善。必須在電路形式上加以改進！必須在電路形式上加以改進！ 6.3.1 基本型差分放大器基本型差分放大器返回返回5621. 電路結構電路結構 （長尾電路）（長尾電路）退出退出兩管發射極下面拖了一兩管發射極下面拖了一“尾巴尾巴” ”

24、 。eR6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回563退出退出B1B2II、EEU b1Rb2R雙電源的作用：雙電源的作用：使信號動態運用范圍加大；使信號動態運用范圍加大；由負電源由負電源提供，可以取消圖中的提供，可以取消圖中的和和4個電阻，個電阻，且使基極的直流靜態電位為零且使基極的直流靜態電位為零 。6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回564退出退出6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回565（2）電阻）電阻 的分析的分析eR 差模信號作用下：差模信號作用下：B1C

25、1E1iii 、 、B2C2E2iii 、 、相同相同VT1：VT2：流過流過 的信號電流彼此抵消，在的信號電流彼此抵消，在 上無信號電壓上無信號電壓eReR兩管均為共射放大器，完兩管均為共射放大器，完成放大差模信號的作用。成放大差模信號的作用。反之亦然。反之亦然。兩管各極電流的變化正好相反，當兩管各極電流的變化正好相反，當I10u 退出退出6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回566 共模信號作用下：共模信號作用下：兩管相應電流始終相等，兩管相應電流始終相等，流過流過 的信號電流的信號電流eRE2iEe2i REe(2)iR引入了引入了電流串聯負反饋

26、電流串聯負反饋，使得從每個管子，使得從每個管子集電極輸出時的共模電壓大大減小了。集電極輸出時的共模電壓大大減小了。為為 ，產生的電壓為，產生的電壓為退出退出（2）電阻）電阻 的分析的分析eR6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回567共模等效共模等效 差分放大器對差模信號具有放大作用，而對共模信號具有抑制作用。差分放大器對差模信號具有放大作用，而對共模信號具有抑制作用。 差模輸入信號正是要放大的有用輸入信號，而共模輸入信號則是有害的差模輸入信號正是要放大的有用輸入信號，而共模輸入信號則是有害的輸入信號（零點漂移）。輸入信號（零點漂移）。結論結論差模等效

27、差模等效（3）結論）結論I1I22uu I1I22uu I1I22uu I1I22uu 退出退出6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回5682. 性能分析性能分析（1）共模電壓放大倍數）共模電壓放大倍數Oc1Oc1c1I1Icfeccbiefeee(1)22uuuAuuh RRRhhRR 單端輸出共模電壓放大倍數單端輸出共模電壓放大倍數和和 成反比，成反比， 越大，越大， 越小。越小。 c1uAeRc1c2c()uuuAAA、eR退出退出6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回569Oc2Oc2c2c1I2Icu

28、uuuAAuu OcOc1Oc2cIcIc0uuuuAuu 單端輸出共模電壓放大倍數單端輸出共模電壓放大倍數雙端輸出共模電壓放大倍數雙端輸出共模電壓放大倍數單端輸出時，射極電阻單端輸出時，射極電阻 引入了電流串聯負反饋，使得引入了電流串聯負反饋，使得共模共模輸出電壓大大減小輸出電壓大大減??；雙端輸出、電路對稱時，則共模輸出電；雙端輸出、電路對稱時，則共模輸出電壓為零，壓為零，即共模輸入電壓完全被抑制。即共模輸入電壓完全被抑制。 eR退出退出6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回570（2）共模輸入電阻）共模輸入電阻1122icbiefee()()RRh

29、hRicR退出退出2. 性能分析性能分析6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回571 雙端輸出時，電路對稱；雙端輸出時，電路對稱； 單端輸出時，單端輸出時，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,當當6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回57

30、2例例6-2例題分析例題分析解解：（：（1）退出退出CCEE12VUUb2kR ce10kRRie2.5kh fe100h 3EEBEB1be120.7mA5.6 10 mA(1)(2)2101 20UUIRR 3B1B1b5.6 102V11.2mV0UIR 3C1B1100 5.6 10 mA0.56mAII C1CCC1c120.56 10 V6.4VUUIR E1E1eEE22 0.56 1012 V0.8VUI RU CE1C1E16.4( 0.8) V7.2VUUU 6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回573解解：（：（2）退出退出fec

31、udbie100 10222.222.5h RARh uc0A CMRK （3） fecud1bie100 10111.122 (22.5)h RARh fecuc1biefee100 100.49(1)(2)22.5101 20h RARhhR ud1CMR1uc1111.1226.70.49AKA 6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回574例例6-3 某差分放大器已知某差分放大器已知 ， ， ， ，已知，已知 為負值，求輸出電壓為負值，求輸出電壓 。 I110sinmVut 例題分析例題分析I26sinmVut d100dBuA cuAOu解：解

32、：OdIdcIcuuuA uA uIdI1I24sinmVuuut 82I1I2IcsinmVuuut dcCMR1000.11000uuAAK O( 100 4sin0.1 8sin)mV ( 400.8sin)mVuttt CMR60K 退出退出6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回575例題分析例題分析例例6-46-4 某差分放大器兩個輸入端的信號分別為某差分放大器兩個輸入端的信號分別為 和和 ，輸出電壓，輸出電壓 ，三者的關系是三者的關系是 。試求該差分放大器的差模電壓放大倍數。試求該差分放大器的差模電壓放大倍數 和共模電壓放大倍數及共模抑制比

33、。和共模電壓放大倍數及共模抑制比。I1uI2uOI1I210099uuu 解解：ccI1I2OdIdcIcdI1I2cdI1dI2()()()()222uuuuuuuuAAuuuA uA uAuuAAuAu cdcd1002992uuuuAAAA dc99.51uuAA CMR99.5KCMR20lg40dBK Ou退出退出6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回576幾種放大器方式性能參數比較幾種放大器方式性能參數比較單入單出單入單出單入雙出單入雙出雙入單出雙入單出雙入雙出雙入雙出duAcuACMRKfecLie1(/)2h RRhfecLie(/)

34、2h RRh0cLo/2RRr feoiehr hfecLie1(/)2h RRhfecLie(/) 2h RRh0cLo/2RRr feoiehr hidRicRoRie2hieo1(1)2 2hr c2RcRie2hieo1(1)2 2hr c2RcR射極電阻或射極電流源內阻射極電阻或射極電流源內阻以上對應電路均未接基極電阻或信號源內阻忽略不計。以上對應電路均未接基極電阻或信號源內阻忽略不計。退出退出6.3.2 改進電路改進電路雙電源長尾式差分放大器雙電源長尾式差分放大器返回返回577雙端輸出時，使電路盡可能對稱；雙端輸出時，使電路盡可能對稱； 增大發射極電阻，受到發射極電源電壓的限制。尋

35、找一增大發射極電阻，受到發射極電源電壓的限制。尋找一 種電阻：它對直流呈現很小的阻值，而對交流呈現非常種電阻：它對直流呈現很小的阻值，而對交流呈現非常 大的阻值大的阻值. .cc1c2e2uuRAAR 減小共模輸出電壓，提高共模抑制比的方法：減小共模輸出電壓，提高共模抑制比的方法：單端輸出時，單端輸出時，恒流源電路恒流源電路引入共模負反饋。引入共模負反饋。 退出退出6.3.3 減小共模輸出電壓提高共模抑制比的方法減小共模輸出電壓提高共模抑制比的方法返回返回578（1）恒流源電路）恒流源電路fe3eooe312ie3e11h Rr()hR / RhR 提高方法，電路舉例提高方法，電路舉例or退出

36、退出6.3.3 減小共模輸出電壓提高共模抑制比的方法減小共模輸出電壓提高共模抑制比的方法返回返回579（1）恒流源電路）恒流源電路（2）引入級間共模負反饋）引入級間共模負反饋提高方法，電路舉例提高方法，電路舉例退出退出6.3.3 減小共模輸出電壓提高共模抑制比的方法減小共模輸出電壓提高共模抑制比的方法返回返回580退出退出12VTVT、共射放大器共射放大器 34VTVT、恒流源電路恒流源電路 雙端輸入，單端輸出雙端輸入，單端輸出 ofeudiieoe2oe4()UhAUhhh 6.3.4 有源負載差分放大器有源負載差分放大器返回返回581分析：作出交流等效電路，整理得分析：作出交流等效電路，整

37、理得到下圖。到下圖。退出退出6.3.4 有源負載差分放大器有源負載差分放大器返回返回582解：解：ib1ie2UIh ib2ie2UIh 管子參數均相同管子參數均相同ie3ie3iec1fe1b1ie4feb1fe3oe1fe3fe1/111hhhUhIhh Ihhhh ic12UU 退出退出6.3.4 有源負載差分放大器有源負載差分放大器返回返回583解：解：feb2b4ofeb2b4oe2oe4oe2oe4()11() (/)h IIUh IIhhhh c1ib4ieie2UUIhh feioieoe2oe4()h UUh hh ofediieoe2oe4()uUhAUh hh 兩點結論：

38、兩點結論：同相；電壓增益增同相；電壓增益增大（公式中分母沒有大（公式中分母沒有2）。）。退出退出6.3.4 有源負載差分放大器有源負載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分析：分析：雙端輸入、單端輸出；雙端輸入、單端輸出；VT5、VT6構成基本電流源，作為構成基本電流源，作為VT4的有源負載；的有源負載； OO 1OIIO1uuuuuu O1feL1IiefeL1(1)(1)uhRuhhR ieL1i2fe1hRRh O1I12uu CC組態組態CB組態組態退出退出6.3.4 有源負載差分放大器有源負載差分放大器返回返回585（1）共集）共集-共基差分放大器共

39、基差分放大器OfeL2O1ieuh Ruh OfeO1ieoe6uhuh h L2oe61Rh OO1OfeIIO1ieoe62uuuhuuuh h 退出退出6.3.4 有源負載差分放大器有源負載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分析：分析：雙端輸入、單端輸出；雙端輸入、單端輸出；VT5、VT6構成基本電流源，作為構成基本電流源，作為VT4的有源負載；的有源負載； OO 1OIIO 1uuuuuu L1i2ieRRh O 1I1uu CE組態組態O1feL1IiefeL1(1)(1)uhRuhhR CC組態組態退出退出6.3.4 有源負載差分放大器有源負載差

40、分放大器返回返回587（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6.3.4 有源負載差分放大器有源負載差分放大器返回返回5881. 雙極型晶體管差分放大器的傳輸特性雙極型晶體管差分放大器的傳輸特性考慮大信號的輸入特性，晶體管的小信號電路已不適用，考慮大信號的輸入特性，晶體管的小信號電路已不適用，要從要從晶體管特性基本關系式晶體管特性基本關系式出發，結合電路進行研究。出發，結合電路進行研究。BET/ES(1)uUiI e T/UkT q 1BET/u

41、Ue BET/ESeuUiI E1E2iiI 1E2E1E1E1E1()iIiiii退出退出6.3.5 差分放大器大信號輸入時的傳輸特性差分放大器大信號輸入時的傳輸特性返回返回5891. 雙極型晶體管差分放大器的傳輸特性雙極型晶體管差分放大器的傳輸特性1E2E1E2E1E1()iIiiii1BE2BE1TE1(e)uuUi 1E1E2E2()iii1BE1BE2TE2(e)uuUiBE1BE2IduuuIdTIdC1E1/T1th221euUuIIiiU 雙曲正切函數雙曲正切函數eetheexxxxx 1221IdTIdC2E2/TtheuUuIIiiU 退出退出6.3.5 差分放大器大信號輸

42、入時的傳輸特性差分放大器大信號輸入時的傳輸特性返回返回5901. 雙極型晶體管差分放大器的傳輸特性雙極型晶體管差分放大器的傳輸特性IdC1C2Tth2uiiIU 2IdOC1C2ccT()thuuiiRRIU 差分放大器傳輸特性差分放大器傳輸特性退出退出6.3.5 差分放大器大信號輸入時的傳輸特性差分放大器大信號輸入時的傳輸特性返回返回591從傳輸特性得到的結論：從傳輸特性得到的結論：2IdOC1C2ccT()thuuiiRRIU （1 1）當差模輸入電壓）當差模輸入電壓 時，差分放時，差分放大器處于平衡狀態，大器處于平衡狀態， ，即，即 Id0u C1C20ii CQ1CQ222IIII （

43、2 2）在平衡狀態的工作點附近）在平衡狀態的工作點附近 范圍內，范圍內， 與與 呈線性關系呈線性關系 IduT25mVU IdT(/2)1uU 2IdOC1C2ccT()thuuiiRRIU 2cIdOTRI uuU 2OdcIdTuuIARuU Outhxx1x 退出退出6.3.5 差分放大器大信號輸入時的傳輸特性差分放大器大信號輸入時的傳輸特性返回返回592怎樣擴大差分放大器的線性范圍？怎樣擴大差分放大器的線性范圍？引入負反饋引入負反饋 射極電阻射極電阻射極電阻增大，線性工作范圍改射極電阻增大，線性工作范圍改善程度越好。善程度越好。退出退出6.3.5 差分放大器大信號輸入時的傳輸特性差分放

44、大器大信號輸入時的傳輸特性返回返回593從傳輸特性得到的結論：從傳輸特性得到的結論：（3 3）當差模輸入電壓超過）當差模輸入電壓超過 時，輸時，輸出電壓基本不變，這表明差分放大器在大信號輸入出電壓基本不變，這表明差分放大器在大信號輸入時，具有良好的限幅特性。時，具有良好的限幅特性。T4100mVU 差分型限幅器差分型限幅器（4 4）定義：差分放大器跨導為）定義：差分放大器跨導為IdC1C2Tth2uiiIU IdC1C2m0Idd()duiigu mTT22IIgUU m20gI 20OdmccIduuAg RIRu T25mVU 改變恒流源電流就可以改變跨改變恒流源電流就可以改變跨導，從而改

45、變差模電壓增益，導，從而改變差模電壓增益，所以帶有恒流源的差分放大器所以帶有恒流源的差分放大器可以用來實現可以用來實現自動增益控制自動增益控制。退出退出6.3.5 差分放大器大信號輸入時的傳輸特性差分放大器大信號輸入時的傳輸特性返回返回594例例6-6 電路如圖所示，已知電路如圖所示，已知 ， ，VT1、VT2參數相同，求差模電壓放大倍數參數相同，求差模電壓放大倍數 。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 差分放大器大信號輸入時的傳輸特性差分放大器大信號輸入時的傳輸特性返回返回5

46、952. 場效應晶體管差分放大器的傳輸特性場效應晶體管差分放大器的傳輸特性目的：提高差分放大器的輸入電阻目的：提高差分放大器的輸入電阻電路對稱，雙端輸出電路對稱，雙端輸出m dsddddsug r RARr IdGS1GS2uuu 1DGSGS(off)DSS()iuUI 22IdDSSIdDSSD1GS(off)GS(off)12() ()2uIuIIiUIUI 22IdDSSIdDSSD2GS(off)GS(off)12() ()2uIuIIiUIUI 0cuA 退出退出6.3.5 差分放大器大信號輸入時的傳輸特性差分放大器大信號輸入時的傳輸特性返回返回5962. 場效應晶體管差分放大器的

47、傳輸特性場效應晶體管差分放大器的傳輸特性22dDSSIdDSSOIDGS(off)GS(off)2()() ()IRIuIuuUIUI IdDSSuGS(off)uIKUI1uK22OduuuIR KK1uK 22OdDSSdIdGS(off)/uuIR KIIR uU傳輸特性傳輸特性退出退出6.3.5 差分放大器大信號輸入時的傳輸特性差分放大器大信號輸入時的傳輸特性返回返回5976.3.6 舉例舉例例例6-7 電路如圖所示，已知電路如圖所示，已知 ， ，VT1、VT2參數相同參數相同 ，且設，且設 ，毫安表內阻，毫安表內阻 ，求：（求：（1 1）靜態時的）靜態時的 和和 ； （2 2）當）當

48、 時，流過毫安表的電流。時，流過毫安表的電流。bc3kRR 2 7e. kR 100 0 6BEQ. VUk2 rCQICEQU2IVu 分析：分析：靜態時，即輸入為零，放大靜態時，即輸入為零，放大器處于平衡狀態，毫安表無電流流器處于平衡狀態，毫安表無電流流過；輸入為過；輸入為2V2V時，時，VTVT1 1工作在限幅區，工作在限幅區，VTVT2 2工作在截止狀態。工作在截止狀態。退出退出返回返回598 解解：（1 1）靜態）靜態0Iu E1E2e60.61mA2IIR CQ1CQ2E11mAIII CcC63VUR I E0.5VU CEQ3.5VU （2 2）I2Vu C20I E1e260

49、.6mA2.74mAIR 32.74mA1.03mA332I 流過毫安表的電流流過毫安表的電流BEb0.1VUIR 退出退出6.3.6 舉例舉例返回返回599例例6-8 差分放大器如圖所示，假設電路完全對稱，電路參數差分放大器如圖所示，假設電路完全對稱，電路參數為：為： ，管子參數，管子參數為為： 。求：求：C CE EbcLe12 V20 k10 kUURRRR 、1001000 6B E Qbb.VrU 、（1 1）電路靜態時的）電路靜態時的 ；B1C1CE1IIU、（2 2）雙端輸出差模電壓放大倍數）雙端輸出差模電壓放大倍數 ；duA（3 3）雙端輸出共模電壓放大倍數）雙端輸出共模電壓放

50、大倍數 及及 共模抑制比共模抑制比 ； cuACMRK（4 4）差模輸入電阻）差模輸入電阻 和共模輸入電阻和共模輸入電阻 ； idRicR（5 5）輸出電阻）輸出電阻 。oR退出退出6.3.6 舉例舉例返回返回60012 060005621202 101 10EEBEQB1B2Bbe.mA.mA()UUIIIRR C1C2CB100 0.0056mA0.56mAIIII 解：解：分析：分析：雙端輸入、雙端輸出；負載上無直流電流流過，顯然對直流雙端輸入、雙端輸出；負載上無直流電流流過，顯然對直流狀態無影響；負載的中間點電位始終不變，相當于差模信號的零狀態無影響；負載的中間點電位始終不變，相當于差

51、模信號的零電位；電位；差模信號輸入時的等效負載為差模信號輸入時的等效負載為 。cL/(2)RR（1）退出退出6.3.6 舉例舉例BBb0.0056 20V0.11VUI R EBBE0.11 0.6 V0.71VUUU CCCCc120.56 10 V6.40VUUI RCECE6.40( 0.71) V7.11VUUU 返回返回601 由于電路對稱，有由于電路對稱，有CMRK 0cuA idbie2()2(204.74)k49.48kRRh icbiefee()().()()k.M1112204 741 101 2 101 0222RRhhR oc220kRR （3）（4）（5）退出退出6.

52、3.6 舉例舉例ie1ie2iebbB26261004.74k0.0056hhhrI 5020cLcLdbie(2) (2)(105 (105)13.474.74uRRRRARh （2）返回返回602例例6-9 差分放大器如圖所示，差分放大器如圖所示，VT1、VT2特性、參數相同，特性、參數相同， ，對交流呈現的內阻為，對交流呈現的內阻為 。C3bb1001001mArI 、k200（1 1）差模輸入電阻）差模輸入電阻 ； IdR（2 2） ；OI/uu（3）若電阻精度為）若電阻精度為1%，求最壞情況下，求最壞情況下 的共模抑制比；的共模抑制比；（4 4）共模輸入電阻）共模輸入電阻 。IcR求

53、：求：退出退出6.3.6 舉例舉例返回返回603iebbE26mV(1)26(100101)53525.35k0.5hrI idiee2(1)2(5.351010.15)k41kRhR 解：解：（1）退出退出6.3.6 舉例舉例返回返回604（2）OcdIie100 1048.8(1)5.35101 0.15ueuRAuhR 注意輸出電壓極性的規定注意輸出電壓極性的規定（3）Oc1c1c1Ic100.02522 200uuRAur Oc2c2c2Ic100.02522 200uuRAur 退出退出6.3.6 舉例舉例返回返回605Oc2Oc1c2c1cc2c1Ic4cc()220.025 10

54、22 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 舉例舉例返回返回606例例6-10 差分放大器如圖所示，差分放大器如圖所示，VT1、VT2特性、參數相同，特性、參數相同， ，要求，要求 ，求：，求：bb100100r 、EEOI1mA250uIAuu 、（1 1） 和和 ； eRcR（2 2） 和和 。 d1c1uuAA、CMR1K退出退出6.3.6 舉例舉

55、例返回返回607解：解：（1）e15 0.7k 14.3k1R EQ1EQ2EE2 0.5mAIII bebbEQ26mV26mV(1)(100 101)5.35k0.5rrI Od1 Idc1 IcuuuA uA u 退出退出6.3.6 舉例舉例返回返回608ccd1cbe1009.35225.35uRRARr ccc1cbee1000.035(1)25.35101214.3uRRARrR IdIuu IcI2uu OcIcIcI9.350.03529.37uR uR uR u OIc9.37250uAuuR c250k26.7k9.37R 退出退出6.3.6 舉例舉例返回返回609（2）d

56、1c9.359.3526.7249.6uAR c1c0.0350.035 26.70.935uAR d1CMR1c1266.95(48.5dB)uuAKA 退出退出6.3.6 舉例舉例返回返回6106.3.7 差分放大器的失調和溫漂差分放大器的失調和溫漂現象和定義現象和定義失調：失調：差分放大器在理想狀態下，當輸入信號為零時，其雙差分放大器在理想狀態下，當輸入信號為零時，其雙端輸出電壓也為零。但對實際差分放大器而言，由于電路不端輸出電壓也為零。但對實際差分放大器而言，由于電路不完全對稱，因而零輸入時，對應的輸出電壓并不為零。完全對稱，因而零輸入時，對應的輸出電壓并不為零。分為電壓失調和電流失調

57、分為電壓失調和電流失調失調漂移：失調漂移：差分放大器的失調往往是隨著時間、溫度、電源差分放大器的失調往往是隨著時間、溫度、電源電壓等外界因素的變化而變化。電壓等外界因素的變化而變化。 降低了放大器的靈敏度降低了放大器的靈敏度退出退出返回返回6116.3.7 差分放大器的失調和溫漂差分放大器的失調和溫漂1. 輸入失調電壓輸入失調電壓 及其溫度漂移及其溫度漂移 IOddUTIOU輸出失調電壓折算到輸入端的電壓輸出失調電壓折算到輸入端的電壓顯然要使輸出電壓為零，就必須在輸入端顯然要使輸出電壓為零，就必須在輸入端加入一能抵消輸入失調電壓的補償電壓。加入一能抵消輸入失調電壓的補償電壓。引起輸入失調電壓的

58、原因：引起輸入失調電壓的原因：（1 1）晶體管的）晶體管的 不對稱性；不對稱性；（2 2）集電極電阻的相對誤差。）集電極電阻的相對誤差。輸入失調電壓漂移是由不對稱性和集電極電阻的漂移引起的。輸入失調電壓漂移是由不對稱性和集電極電阻的漂移引起的。 BEU退出退出返回返回6122. 輸入失調電流輸入失調電流 及其溫度漂移及其溫度漂移 假如差分放大器兩管的基極偏置電流不相等，兩信號源假如差分放大器兩管的基極偏置電流不相等，兩信號源的內阻相等，則會在輸入端產生一個輸入誤差電壓的內阻相等，則會在輸入端產生一個輸入誤差電壓輸入失調電流：輸入失調電流：靜態輸出電壓為零時，兩管基極偏置電流之差。靜態輸出電壓為

59、零時，兩管基極偏置電流之差。IOIIOddITBB1B2sB2B1()UUURII IOB2B1III 由管子的由管子的 和集電極電阻和集電極電阻 的相對誤差引起。的相對誤差引起。 cR6.3.7 差分放大器的失調和溫漂差分放大器的失調和溫漂退出退出返回返回613結論：結論：差分放大器的失調是由于電路中管子參數和電差分放大器的失調是由于電路中管子參數和電阻等的不對稱而引起的。失調電壓和失調電流都隨著溫阻等的不對稱而引起的。失調電壓和失調電流都隨著溫度的變化而變化。為了盡可能減小失調和漂移，要求度的變化而變化。為了盡可能減小失調和漂移，要求電電路盡可能對稱。路盡可能對稱。方法：方法：常用常用差分

60、對差分對管管( (它是在一個基片上制作兩個相它是在一個基片上制作兩個相同的管子，這樣容易使參數一致同的管子，這樣容易使參數一致) )來構成差分放大器。來構成差分放大器。6.3.7 差分放大器的失調和溫漂差分放大器的失調和溫漂退出退出返回返回6146.4 集成運算放大器典型電路介紹集成運算放大器典型電路介紹6.4.1 雙極型集成運算放大器雙極型集成運算放大器F7416.4.2 MOS集成運算放大器的組成集成運算放大器的組成退出退出返回返回6156.4 集成運算放大器典型電路介紹集成運算放大器典型電路介紹退出退出集成運算放大器通常由以下四部分組成：集成運算放大器通常由以下四部分組成：(1) (1)