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1、6.1 模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)6.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性6.4 集成電路運算放大器集成電路運算放大器6.5 實際集成運算放大器的主要參數(shù)和對應實際集成運算放大器的主要參數(shù)和對應 用電路的影響用電路的影響6.2 差分式放大電路差分式放大電路引引 言言 把整個電路中的元器件制作在一個硅片上，構(gòu)成特定功能的電子電路，成為集成電路，分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路。1、電路在一個芯片上，元件參數(shù)偏差小，方向一致，溫度均一性好。2、電路用半導體來代替，阻值在幾十到幾十千歐姆，精度低，高阻值用電流源來代替或者外接。3、幾十皮法的電容用PN結(jié)電工

2、來代替，大電容要外接。4、二極管用三極管來代替。5、芯片面積小，集成度高，電流小，功耗小。6、一般采用直接耦合方式。6.1 模擬集成電路中的模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)直流偏置技術(shù)6.1.1 BJT電流源電路電流源電路6.1.2 FET電流源電流源1.鏡像電流源鏡像電流源2.微電流源微電流源3.高輸出阻抗電流源高輸出阻抗電流源4.組合電流源組合電流源1.MOSFET鏡像電流源鏡像電流源2.MOSFET多路電流源多路電流源3.JFET電流源電流源6.1.1 BJT電流源電路電流源電路1.鏡像電流源鏡像電流源BE1BE2=VVE1E2=IIC1C2=IIT T1 1、T T2 2的參數(shù)全同的參數(shù)全

3、同 即即12，ICEO1ICEO2 當當BJT的的較大時，基極電流較大時，基極電流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF RVVRVVVEECCEEBECC)(代表符號代表符號6.1.1 BJT電流源電路電流源電路1.鏡像電流源鏡像電流源動態(tài)電阻動態(tài)電阻 2B12CE2Co)(Ivir 一般一般ro在幾百千歐以上在幾百千歐以上ce r 6.1.1 BJT電流源電路電流源電路2.微電流源微電流源e2BE2BE1RVV E2C2OIII e2BERV 由于由于很小，很小，BEV 所以所以IC2也很小。也很小。rorce2（1 ）e2be2e2RrR （參考射極偏置共射放大電路的輸出電阻（參考射極

4、偏置共射放大電路的輸出電阻 ）oR A1和和A3分別是分別是T1和和T3的相對結(jié)面積的相對結(jié)面積 動態(tài)輸出電阻動態(tài)輸出電阻ro遠比微電流源的動態(tài)輸出電阻為高遠比微電流源的動態(tài)輸出電阻為高6.1.1 BJT電流源電路電流源電路3.高輸出阻抗電流源高輸出阻抗電流源RVVVVIEEBE23BECCREF REF13C2oIAAII 6.1.1 BJT電流源電路電流源電路4.組合電流源組合電流源T1、R1 和和T4支路產(chǎn)生基準電流支路產(chǎn)生基準電流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVI T1和和T2、T4和和T5構(gòu)成鏡像電流源構(gòu)成鏡像電流源T1和和T3，T4和和T6構(gòu)成了微電流源構(gòu)成了微電流源

5、6.1.2 FET電流源電流源1.MOSFET鏡像電流源鏡像電流源當器件具有不同的寬長比時當器件具有不同的寬長比時RVVVIIIGSSSDDREFD2O REF1122O/ILWLWI （=0=0）ro=rds2 MOSFET基本鏡像電路流基本鏡像電路流 6.1.2 FET電流源電流源1.MOSFET鏡像電流源鏡像電流源2T2GS22n2T2GS22n2D2)()()/(VVKVVKLWI 用用T3代替代替R，T1T3特性相同，特性相同，且工作在放大區(qū)，當且工作在放大區(qū)，當=0時時，輸出，輸出電流為電流為 常用的鏡像電流源常用的鏡像電流源 6.1.2 FET電流源電流源2.MOSFET多路電流

6、源多路電流源REF1122D2/ILWLWI REF1133D3/ILWLWI REF1144D4/ILWLWI 2T0GS0n0D0REF)(VVKII 6.1.2 FET電流源電流源3.JFET電流源電流源end(a)電路電路 (b)輸出特性輸出特性 6.2 差分式放大電路差分式放大電路6.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路6.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路6.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)1.用三端器件組成的差分式放大電路用三端器件組成的差分式放大電路6.2.1

7、差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)2.有關(guān)概念有關(guān)概念i2i1id=vvv 差模信號差模信號)(21=i2i1icvvv 共模信號共模信號idod=vvv A差模電壓增益差模電壓增益icoc=vvv A共模電壓增益共模電壓增益icciddooo =vvvvvvvAA 總輸出電壓總輸出電壓其中其中ov 差模信號產(chǎn)生的輸出差模信號產(chǎn)生的輸出ov 共模信號產(chǎn)生的輸出共模信號產(chǎn)生的輸出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指標反映抑制零漂能力的指標cdCMR=vvAAK6.2.1 差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)2.有關(guān)概念有關(guān)概念根據(jù)根據(jù)2=idici1vvv 2=id

8、ici2vvv i2i1id=vvv)(21=i2i1icvvv 有有 共模信號相當于兩個輸入共模信號相當于兩個輸入端信號中相同的部分端信號中相同的部分 差模信號相當于兩個輸入差模信號相當于兩個輸入端信號中不同的部分端信號中不同的部分 兩輸入端中的共模信號兩輸入端中的共模信號大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信號大小相等，相位相反。號大小相等，相位相反。6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路1.電路組成及工作原理電路組成及工作原理6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路1.電路組成及工作原理電路組成及工作原理靜態(tài)靜態(tài)OCC2C121=IIII

9、CE2CE1=VV CCV)V7.0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 動態(tài)動態(tài)僅輸入差模信號，僅輸入差模信號，i2i1vv和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。O2O1vv和和大小相等，大小相等，0O2O1o vvv信號被放大。信號被放大。相位相反。相位相反。1.電路組成及工作原理電路組成及工作原理2.抑制零點漂移原理抑制零點漂移原理 溫度變化和電源電壓波溫度變化和電源電壓波動，都將使集電極電流產(chǎn)動，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢是相生變化。且變化趨勢是相同的，同的，其效果相當于在兩個其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。輸入端加入了共模信號。iC1 iC2

10、溫度溫度 iC1 iE1 iC2 iE2 這一過程類似于分壓式射這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。所以，即使電路處于單端輸出所以，即使電路處于單端輸出方式時，仍有較強的抑制零漂方式時，仍有較強的抑制零漂能力。能力。vE （vB1、vB2不變）不變）vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB1 2.抑制零點漂移原理抑制零點漂移原理差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用3.主要指標計算主要指標計算（1）差模情況）差模情況 idod=vvvAi2i1o2o1vvvv 接入負載時接入負載時i1o122vv becrR beLc

11、d)21/(=rRRA v以雙倍的元器件換以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力取抑制零漂的能力 雙入、雙出雙入、雙出3.主要指標計算主要指標計算（1）差模情況）差模情況 雙入、單出雙入、單出 ido1d1=vvvAi1o12vvd21vA bec2rR 接入負載時接入負載時beLcd2)/(=rRRA v3.主要指標計算主要指標計算（1）差模情況）差模情況 單端輸入單端輸入eorr 等效于雙端輸入等效于雙端輸入 指標計算與雙指標計算與雙端輸入相同。端輸入相同。3.主要指標計算主要指標計算（2）共模情況）共模情況 雙端輸出雙端輸出 共模信號的輸入使兩管共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。集電

12、極電壓有相同的變化。所以所以0oc2oc1oc vvv0icocc vvvA共模增益共模增益 單端輸出單端輸出icoc1c1vvv A抑制零漂能力增強抑制零漂能力增強icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or c1vA3.主要指標計算主要指標計算（2）共模情況）共模情況（3）共模抑制比）共模抑制比cdCMRvvAAK dB lg20cdCMRvvAAK 雙端輸出，理想情況雙端輸出，理想情況 CMRK 單端輸出單端輸出 CMRKc1d1vvAAbeorr 越越大大，CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越強越強單端輸出時的總輸出電壓單端輸出時的總輸出電壓)1(idCMRicidd1o1

13、vvvvvKA （4）頻率響應）頻率響應高頻響應與共射電路相同，低頻可放大直流信號。高頻響應與共射電路相同，低頻可放大直流信號。例例(4)當輸出接一個當輸出接一個12k 負載負載時的差模電壓增益時的差模電壓增益.解：解：求求:mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3 RIVVV。時，時，當當，均為硅管，均為硅管，、V008050TTTOi321321 vv?mV5)3(;)2(;)1(Oi2d2e2CE2CE3EC23C vvvvv時，時，當當?shù)闹档闹导凹?、AAARVVIII(1)靜態(tài)靜態(tài) k3.2mV26)1(200E33be3Ir(2)電壓增益電壓增益mA37

14、.0c2BE3e3E3C2 RVRII V9V)7.0(1037.012V12E2c2C2CE2 VRIVmA74.022C2E2E III k2.5k 74.0121074.07.0)12(Ee1EEe2IRIVR k78.3mV26)1(200E22be2Ir k3.245)1(e33be3i2RrR(3)50)(2)/(b1bei2c22d2 RrRRAv9.3)1()/(e33beL3c32 RrRRAv1952d2 vvvAAAmV5.2)0mV5(21)(21i2i1ic vvv差分電路的共模增益差分電路的共模增益3.0)(2)1()/(e2e12b1bei2c22c2 RRRrR

15、RAvmV972)9.3(5.2)3.0(550)(2icc2idd22O2O vvvvvvvvAAAA共模輸入電壓共模輸入電壓不計共模輸出電壓時不計共模輸出電壓時mV975O v(4)時時 k12LR95.1)1()/(e33beL3c32 RrRRAv5.972d2 vvvAAA4.帶有源負載的射極耦合差分式放大電路帶有源負載的射極耦合差分式放大電路靜態(tài)靜態(tài) IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO IE54.帶有源負載的射極耦合差分式放大電路帶有源負載的射極耦合差分式放大電路差模電壓增益差模電壓增益（負載開路）（負載開路）0ce4o2ce2o2c2c4 rv

16、rvii0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2ido2d2)/(rrrvvAv 則則 單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益 4.帶有源負載的射極耦合差分式放大電路帶有源負載的射極耦合差分式放大電路差模輸入電阻差模輸入電阻 Rid2rbece4ce2o/rrR 輸出電阻輸出電阻4.帶有源負載的射極耦合差分式放大電路帶有源負載的射極耦合差分式放大電路共模輸入電阻共模輸入電阻 Ricrbe2(1)ro56.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路1.CMOS差分式放大電路差分式放大電路6.2.3

17、源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路1.CMOS差分式放大電路差分式放大電路雙端輸出差模電壓增益雙端輸出差模電壓增益ido1i2i1o2o1d2vvvvvvv A)/(2 )/(o1o3idmo1o3i1mo1rrgrrgvvv 而而:)/()/(ds1ds3mo1o3mdrrgrrgA v所以：所以：6.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路1.CMOS差分式放大電路差分式放大電路單端輸出差模電壓增益單端輸出差模電壓增益vo2(id4-id2)(ro2/ro4)gm vid（ro2/ro4）)2(2idmidmvvgg (ro2/ro4)ido2dvvv A gm(ro

18、2/ro4)與雙端輸出相同與雙端輸出相同end6.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性根據(jù)根據(jù)TBE/ESEeVIiv iC1=iE1，iC2=iE2vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2 又又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得傳輸特性曲線可得傳輸特性曲線 vO1，vO2f（vid）vO1，vO2f（vid）的傳輸特性曲線的傳輸特性曲線end6.4 集成電路運算放大器集成電路運算放大器6.4.1 集成電路運算放大器集成電路運算放大器CMOS MC14573 6.4.2 集成運算放大器集成運算放大器741集成電路運算放大器內(nèi)部框圖集成電路

19、運算放大器內(nèi)部框圖集成運放的特點：集成運放的特點：電壓增益高電壓增益高輸入電阻大輸入電阻大輸出電阻小輸出電阻小BJTLM741特點：特點：單片高性能內(nèi)補償，較寬的共模和差模電壓范圍，單片高性能內(nèi)補償，較寬的共模和差模電壓范圍，具有短路保護及失調(diào)電壓調(diào)到零的能力。具有短路保護及失調(diào)電壓調(diào)到零的能力。1 82 73 64 5OA1IN-1N+V-NCV+OUTOA2-233741 56.4.1 CMOS MC14573 集成電路運算放大器集成電路運算放大器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理電路結(jié)構(gòu)和工作原理2.電路技術(shù)指標的分析計算電路技術(shù)指標的分析計算(1)(1)直流分析直流分析REFGS5SSDDREFS

20、G5SSDDoREF RVVVRVVVII 2TGS5P5REF)(VVKI 已知已知VT 和和KP5，可求出，可求出IREF 根據(jù)各管子的寬長比根據(jù)各管子的寬長比，可求出其它支路電流。，可求出其它支路電流。(2)(2)小信號分析小信號分析2idgs1vv 2idgs2vv 設設 gm1=gm2=gm)/)()/(4o2o2d4d4o2oogs7o2rriirri vv則則)/()/)(2()2(ds4ds2idm4o2oid2mid1mrrgrrggvvv 2.電路技術(shù)指標的分析計算電路技術(shù)指標的分析計算)/)(4o2o2d1drrii )/(ds4ds2mido21rrgAv vv輸入級電

21、壓增益輸入級電壓增益 (2)(2)小信號分析小信號分析2.電路技術(shù)指標的分析計算電路技術(shù)指標的分析計算總電壓增益總電壓增益 Av=Av1Av2 Av2=vo/v gs7 =gm7(rds7/rds8)第二級電壓增益第二級電壓增益 將參數(shù)代入計算得將參數(shù)代入計算得 Av=40884.8（92.2 dB）6.4.2 集成運算放大器集成運算放大器741原理電路原理電路 6.4.2 集成運算放大器集成運算放大器741簡化電路簡化電路end6.5 實際集成運算放大器的主要實際集成運算放大器的主要參數(shù)和對應用電路的影響參數(shù)和對應用電路的影響6.5.1 實際集成運放的主要參數(shù)實際集成運放的主要參數(shù)6.5.2

22、 集成運放應用中的實際問題集成運放應用中的實際問題6.5.1 實際集成運放的主要參數(shù)實際集成運放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）1.輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIO 在室溫（在室溫（25）及標準電源電壓下，輸入電壓為零時，為）及標準電源電壓下，輸入電壓為零時，為了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓叫做失了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓叫做失調(diào)電壓調(diào)電壓VIO。一般約為。一般約為（110）mV。超低失調(diào)運放為（。超低失調(diào)運放為（120）V。高精度運放。高精度運放OP-117 VIO=4 V。MOSFET達達20 mV。2.輸入偏

23、置電流輸入偏置電流IIB 輸入偏置電流是指集成運放輸入偏置電流是指集成運放兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值 IIB（IBNIBP）/2 BJT為為10 nA1 A；MOSFET運放運放IIB在在pA數(shù)量級。數(shù)量級。6.5.1 實際集成運放的主要參數(shù)實際集成運放的主要參數(shù)輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）3.輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO是指當輸入電壓為零時流入放大器兩輸入是指當輸入電壓為零時流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即端的靜態(tài)基極電流之差，即IIO|IBPIBN|一般約為一般約為1 nA0.1 A。4

24、.溫度漂移溫度漂移（1）輸入失調(diào)電壓溫漂）輸入失調(diào)電壓溫漂 VIO/T（2）輸入失調(diào)電流溫漂）輸入失調(diào)電流溫漂 IIO/T6.5.1 實際集成運放的主要參數(shù)實際集成運放的主要參數(shù)差模特性差模特性1.開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬和帶寬BW 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益AvO開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW(fH)單位增益帶寬單位增益帶寬 BWG(fT)741型運放型運放AvO的頻率響應的頻率響應 6.5.1 實際集成運放的主要參數(shù)實際集成運放的主要參數(shù)差模特性差模特性2.差模輸入電阻差模輸入電阻rid和輸出電阻和輸出電阻ro BJT輸入級的運放輸入級的運放rid一般在幾百千歐到數(shù)兆歐一般

25、在幾百千歐到數(shù)兆歐MOSFET為輸入級的運放為輸入級的運放rid1012超高輸入電阻運放超高輸入電阻運放rid1013、IIB0.040pA一般運放的一般運放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3.最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Vidmax6.5.1 實際集成運放的主要參數(shù)實際集成運放的主要參數(shù)共模特性共模特性1.共模抑制比共模抑制比KCMR和共模輸入電阻和共模輸入電阻ric 一般通用型運放一般通用型運放KCMR為（為（80120）dB，高精度運放，高精度運放可達可達140dB，ric100M。2.最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Vicmax 一般指運放在作電壓跟隨

26、器時，使輸出電壓產(chǎn)生一般指運放在作電壓跟隨器時，使輸出電壓產(chǎn)生1%跟跟隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質(zhì)量的運放可達隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質(zhì)量的運放可達 13V。6.5.1 實際集成運放的主要參數(shù)實際集成運放的主要參數(shù)大信號動態(tài)特性大信號動態(tài)特性1.轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號（例如階躍信號）時，放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號（例如階躍信號）時，輸出電壓對時間的最大變化速率，即輸出電壓對時間的最大變化速率，即 maxoRd)(dttSv 若信號為若信號為viVimsin2 ft，則運放的，則運放的SR必須滿足必須滿足SR2fmaxVom6.5.1 實際集成運放的

27、主要參數(shù)實際集成運放的主要參數(shù)大信號動態(tài)特性大信號動態(tài)特性2.全功率帶寬全功率帶寬BWP 指運放輸出最大峰值電壓時允許的最高頻率，即指運放輸出最大峰值電壓時允許的最高頻率，即 SR和和BWP是大信號和高頻信號工作時的重要指標。一般通用是大信號和高頻信號工作時的重要指標。一般通用型運放型運放SR在在nV/s以下，以下，741的的SR=0.5V/s而高速運放要求而高速運放要求SR30V/s以上。目前超高速的運放如以上。目前超高速的運放如AD9610的的SR3500V/s。omRmaxP2 VSfBW 電源特性電源特性1.電源電壓抑制比電源電壓抑制比KSVR 衡量電源電壓波動對輸出電壓的影響衡量電源

28、電壓波動對輸出電壓的影響 2.靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗PV 6.5.1 實際集成運放的主要參數(shù)實際集成運放的主要參數(shù)1.1.集成運放的選用集成運放的選用 根據(jù)技術(shù)要求應首選通用型運放，當通用型運放難以滿根據(jù)技術(shù)要求應首選通用型運放，當通用型運放難以滿足要求時，才考慮專用型運放，這是因為通用型器件的各足要求時，才考慮專用型運放，這是因為通用型器件的各項參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一。至于專用項參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一。至于專用型運放，雖然某項技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼型運放，雖然某項技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼顧，例如低噪聲運放的帶寬往往設計得較窄，而高速型與顧，例如

29、低噪聲運放的帶寬往往設計得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾，如此等等。高精度常常有矛盾，如此等等。6.5.2 集成運放應用中的實際問題集成運放應用中的實際問題2.失調(diào)電壓失調(diào)電壓VIO、失調(diào)電流、失調(diào)電流IIO和偏置電流和偏置電流IIB帶來的誤差帶來的誤差 6.5.2 集成運放應用中的實際問題集成運放應用中的實際問題輸入為零時的等效電路輸入為零時的等效電路2IOIBP)2(RIIV f11ONRRRVV NPVV )/)(2(f1IOIBRRII IOV 解得誤差電壓解得誤差電壓 )/(21)/()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV)(/1(2IOIO1fORIVRR

30、V 當當 時，可以時，可以消除偏置電流消除偏置電流 引起的引起的誤差，此時誤差，此時f12/RRR IBI當電路為積分運算時，當電路為積分運算時，即即 換成電容換成電容C，則，則fR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)(1)()()(2IOIO12IOIOO時間越長，誤差越大，且易使輸出進入飽和狀態(tài)。時間越長，誤差越大，且易使輸出進入飽和狀態(tài)。IOIO IV和和引起的誤差仍存在引起的誤差仍存在end3.調(diào)零補償調(diào)零補償6.5.2 集成運放應用中的實際問題集成運放應用中的實際問題（a a）調(diào)零電路）調(diào)零電路 （b b）反相端加入補償電路）反相端加入補償電路2.1 集成電路運算放大器集成電

31、路運算放大器2.2 理想運算放大器理想運算放大器2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路2.4 同相輸入和反相輸入放大電同相輸入和反相輸入放大電 路的其他應用路的其他應用補充第六章補充第六章2.1 集成電路運算放大器集成電路運算放大器1.集成電路運算放大器的內(nèi)部組成單元集成電路運算放大器的內(nèi)部組成單元圖圖2.1.1 集成運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖集成運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2.1 集成電路運算放大器集成電路運算放大器1.集成電路運算放大器的內(nèi)部組成單元集成電路運算放大器的內(nèi)部組成單元圖圖2.1.2 運算放大器的代表符號運算放大器的代表符號（a）國家標準規(guī)定的符號）國家標準規(guī)定的符號 （b）國內(nèi)外

32、常用符號）國內(nèi)外常用符號2.運算放大器的電路模型運算放大器的電路模型圖圖2.1.3 運算放大器的電路模型運算放大器的電路模型通常：通常：開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益 Avo的的 105（很高）（很高）輸入電阻輸入電阻 ri 106（很大）（很大）輸出電阻輸出電阻 ro 100（很?。ê苄。﹙OAvo(vPvN)（V vO V）注意輸入輸出的相位關(guān)注意輸入輸出的相位關(guān)系系2.運算放大器的電路模型運算放大器的電路模型當當Avo(vPvN)V 時時 vO V 當當Avo(vPvN)V-時時 vO V-電壓傳輸特性電壓傳輸特性 vO f(vPvN)線性范圍內(nèi)線性范圍內(nèi) vOAvo(vPvN)Avo斜率斜

33、率end2.2 理想運算放大器理想運算放大器1.vo o的飽和極限值等于運放的飽和極限值等于運放的電源電壓的電源電壓V和和V 2.運放的開環(huán)電壓增益很高運放的開環(huán)電壓增益很高 若（若（vPvN）0 則則 vO=+Vom=V 若（若（vPvN）0 則則 vO=Vom=V 3.若若V vO R3時，時，（1）試證明）試證明Vs(R3R1/R2)Im 解（解（1）根據(jù)虛斷有）根據(jù)虛斷有 Ii=0所以所以 I2=Is=Vs/R1 例例2.3.3直流毫伏表電路直流毫伏表電路（2）R1R2150k，R31k，輸入信號電壓輸入信號電壓Vs100mV時，通過時，通過毫伏表的最大電流毫伏表的最大電流Im(max

34、)？又又根據(jù)虛短有根據(jù)虛短有 Vp=Vn=0R2和和R3相當于并聯(lián)，所以相當于并聯(lián)，所以 I2R2=R3(I2-Im)所以所以1s332mRVRRRI)(當當R2 R3時，時，Vs(R3R1/R2)Im（2）代入數(shù)據(jù)計算即可）代入數(shù)據(jù)計算即可end2.4 同相輸入和反相輸入同相輸入和反相輸入放大電路的其他應用放大電路的其他應用2.4.1 求差電路求差電路2.4.2 儀用放大器儀用放大器2.4.3 求和電路求和電路2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路2.4.1 求差電路求差電路 從結(jié)構(gòu)上看，它是反相從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。大電路。4

35、on1ni1RvvRvv 3p2pi20RvRvv i114i2323141ovRRvRRRRRRv )(當當,2314RRRR 則則)(i1i214ovvRRv 若繼續(xù)有若繼續(xù)有,14RR 則則i1i2ovvv 根據(jù)根據(jù)虛短虛短、虛斷虛斷和和N N、P P點的點的KCLKCL得：得：pnvv 2.4.1 求差電路求差電路從放大器角度看從放大器角度看14i1i2odRRvvvAv 時，時，2314RRRR)(i1i214ovvRRv 增益為增益為（該電路也稱為差分電路或減法電路）（該電路也稱為差分電路或減法電路）2.4.1 求差電路求差電路一種高輸入電阻的差分電路一種高輸入電阻的差分電路2.4

36、.2 儀用放大器儀用放大器)21(123421ORRRRA vvvv2.4.3 求和電路求和電路1ni1-Rvv3on-Rvv 根據(jù)根據(jù)虛短虛短、虛斷虛斷和和N N點點的的KCLKCL得：得：2i231 i13o-vRRvRRv 321RRR 若若0pn vv2ni2-Rvv 則有則有2i1 io-vvv （該電路也稱為加法電路）（該電路也稱為加法電路）2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路1.積分電路積分電路式中，負號表示式中，負號表示vO與與vI在相位上是相反的。在相位上是相反的。根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”，得得根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”，得得0PP vv0i i因此因此RiiI12v 電容

37、器被充電，其充電電流為電容器被充電，其充電電流為2i設電容器設電容器C的初始電壓為零，則的初始電壓為零，則 tRCtiCd1d1I2ONvvv tRCd1IOvv（積分運算）（積分運算）2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路當當vI I為階躍電壓時，有為階躍電壓時，有vO與與 t 成線性關(guān)系成線性關(guān)系 tRCd1IOvvtRCVi tV i 1.積分電路積分電路2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路2.微分電路微分電路tRCddIOvv end6.6 變跨導式模擬乘法器變跨導式模擬乘法器6.6.1 變跨導式模擬乘法器的工作原理變跨導式模擬乘法器的工作原理6.6.2 模擬乘法

38、器的應用模擬乘法器的應用6.6.1 變跨導式模擬乘法器的工作原理變跨導式模擬乘法器的工作原理1.變跨導二象限乘法器變跨導二象限乘法器與差分式放與差分式放大電路的差大電路的差別別（a）原理電路）原理電路 （b）同相（或反相）乘法器代表符號）同相（或反相）乘法器代表符號電流源電流源iEE受受輸入電壓輸入電壓vY的控制的控制6.6.1 變跨導式模擬乘法器的工作原理變跨導式模擬乘法器的工作原理1.變跨導二象限乘法器變跨導二象限乘法器單入雙出方式單入雙出方式becXO1drRA vvv即即XbecO1vvrR 又又EQbbebbbbe)1(IVrrrrT EQ)1(IVT E1)1(iVT 所以所以mX

39、cO1gR vv m1)1(g 6.6.1 變跨導式模擬乘法器的工作原理變跨導式模擬乘法器的工作原理1.變跨導二象限乘法器變跨導二象限乘法器 對于對于T3、T4構(gòu)成的鏡像電流構(gòu)成的鏡像電流源，當源，當vY VBE時時RiYEEv 所以所以YXcO12vvvTRVR YXvvK 其中其中TRVRK2c（乘法運算）（乘法運算）mXcO1gR vv YEEE1m212vTTTRVViVig 而而由由vY 控制跨導控制跨導gm變化變化，所以稱為變跨導乘法器，所以稱為變跨導乘法器6.6.1 變跨導式模擬乘法器的工作原理變跨導式模擬乘法器的工作原理1.變跨導二象限乘法器變跨導二象限乘法器電路的最后輸電路的

40、最后輸 O112OvvRR YX12vvRRK 缺點：缺點：精度差精度差 vY必須大于必須大于0V，只能實現(xiàn)兩個象限的乘法運算，只能實現(xiàn)兩個象限的乘法運算乘法器的符號乘法器的符號 6.6.1 變跨導式模擬乘法器的工作原理變跨導式模擬乘法器的工作原理2.2.雙平衡四象限乘法器雙平衡四象限乘法器TTVVIR22YXEEcO1vvv YXYX2EEc4vvvvKVIRT 其中其中2EEc4TVIRK （乘法運算）（乘法運算）信號大時增加非線性補償電路信號大時增加非線性補償電路1.運算電路運算電路6.6.2 運放模擬乘法器的應用運放模擬乘法器的應用（1）乘方）乘方 1.運算電路運算電路6.6.2 運放

41、模擬乘法器的應用運放模擬乘法器的應用（2）除法）除法 只有當只有當vX2為正極性時，才能保證運算放大器是處于負反為正極性時，才能保證運算放大器是處于負反饋工作狀態(tài)，而饋工作狀態(tài)，而vX1則可正可負，故屬二象限除法器。則可正可負，故屬二象限除法器。利用虛短和虛斷概念有利用虛短和虛斷概念有0221X1 RRvvX2o2vvvK X2X112ovvv KRR得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有1.運算電路運算電路6.6.2 放模擬乘法器的應用放模擬乘法器的應用（3）開平方）開平方 利用虛短和虛斷概念有利用虛短和虛斷概念有02i RRvv2o2vvK Kiovv 得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有v

42、i必須為負值時，電路才能正常工作。必須為負值時，電路才能正常工作。2.壓控放大器壓控放大器6.6.2 放模擬乘法器的應用放模擬乘法器的應用 乘法器的一個輸入端加一直流控制電壓乘法器的一個輸入端加一直流控制電壓VC，另一輸入端，另一輸入端加一信號電壓加一信號電壓vs時，乘法器就成了增益為時，乘法器就成了增益為KVc的放大器。當?shù)姆糯笃?。當Vc為可調(diào)電壓時，就得到可控增益放大器。為可調(diào)電壓時，就得到可控增益放大器。調(diào)制和解調(diào)在通信、廣播、電視和遙控等領域中得到調(diào)制和解調(diào)在通信、廣播、電視和遙控等領域中得到廣泛的應用。利用模擬乘法器的功能很容易實現(xiàn)調(diào)制和解廣泛的應用。利用模擬乘法器的功能很容易實現(xiàn)調(diào)

43、制和解調(diào)的功能。調(diào)的功能。3.調(diào)制解調(diào)（略）調(diào)制解調(diào)（略）end6.7 放大電路中的噪聲與干擾放大電路中的噪聲與干擾6.7.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲6.7.2 放大電路中的干擾放大電路中的干擾6.7.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲1.噪聲的種類及性質(zhì)噪聲的種類及性質(zhì)（1）電阻的熱噪聲電阻的熱噪聲 由電子無規(guī)則熱運動而產(chǎn)生隨時間而變化的電壓稱為由電子無規(guī)則熱運動而產(chǎn)生隨時間而變化的電壓稱為熱噪聲電壓。熱噪聲電壓。（2）三極管的噪聲三極管的噪聲 熱噪聲熱噪聲 由于載流子不規(guī)則的熱運動通過由于載流子不規(guī)則的熱運動通過BJT內(nèi)三個區(qū)的體電阻內(nèi)三個區(qū)的體電阻及相應的引線電阻時而產(chǎn)生。其

44、中及相應的引線電阻時而產(chǎn)生。其中rbb 所產(chǎn)生的噪聲是主要所產(chǎn)生的噪聲是主要的。的。FET主要是溝道電阻的熱噪聲。主要是溝道電阻的熱噪聲。散粒噪聲散粒噪聲 由于通過發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個瞬時都由于通過發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個瞬時都不相同，因而引起發(fā)射極電流或集電極電流有一個無規(guī)則的波不相同，因而引起發(fā)射極電流或集電極電流有一個無規(guī)則的波動，產(chǎn)生散粒噪聲。動，產(chǎn)生散粒噪聲。閃礫噪聲閃礫噪聲 這種噪聲與頻率成反比，故又稱為這種噪聲與頻率成反比，故又稱為1/f 噪聲或低頻噪聲。噪聲或低頻噪聲。JFET的噪聲主要來源于溝道電阻熱噪聲，的噪聲主要來源于溝道電阻熱噪聲，MOSFE

45、T的的1/f 噪聲較嚴重，因而低頻時噪聲較嚴重，因而低頻時MOSFET比比JFET的噪聲大。一般而的噪聲大。一般而言，言，F(xiàn)ET的噪聲比的噪聲比BJT小。此外。電阻元件中碳膜電阻的小。此外。電阻元件中碳膜電阻的1/f 噪聲最大，繞線電阻的噪聲最大，繞線電阻的1/f 噪聲最小。噪聲最小。集成運放的噪聲，是由組成運放內(nèi)部電路的元器件產(chǎn)生的集成運放的噪聲，是由組成運放內(nèi)部電路的元器件產(chǎn)生的噪聲源以及內(nèi)部電路連接的噪聲源累計的結(jié)果。一般是通過噪聲源以及內(nèi)部電路連接的噪聲源累計的結(jié)果。一般是通過實驗方法進行測量。實驗方法進行測量。6.7.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲2.放大電路的噪聲指標放大電路

46、的噪聲指標噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)定義定義其中其中 AP 為為功率增益功率增益ninoninosisonosonisiF1PAPPPPPPPPPNP 輸輸出出端端信信號號噪噪聲聲比比輸輸入入端端信信號號噪噪聲聲比比 放大電路不僅把輸入端的噪聲進行放大，而且放大電路放大電路不僅把輸入端的噪聲進行放大，而且放大電路本身也存在噪聲。所以，其輸出端的信噪比必然小于輸入端本身也存在噪聲。所以，其輸出端的信噪比必然小于輸入端信噪比。信噪比。)dB(lg10lg10)dB(ninonosonisiFPAPPPPPNP 當當NF用分貝（用分貝（dB）表示時）表示時6.7.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲2.放大電

47、路的噪聲指標放大電路的噪聲指標噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)因為因為當滿足當滿足 Ri=Ro 時，時，NF可表示為另一種形式：可表示為另一種形式：一個無噪聲放大電路的噪聲系數(shù)是一個無噪聲放大電路的噪聲系數(shù)是0dB，一個低噪聲放，一個低噪聲放大電路的噪聲系數(shù)應小于大電路的噪聲系數(shù)應小于3dB。i2sisiRVP i2niniRVP o2sosoRVP o2nonoRVP)dB(lg10lg10)dB(ninonosonisiFPAPPPPPNP )dB(lg20lg20lg10lg10nosonisi2nosonisinosonisiFVVVVVVVVPPPPN 6.7.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲3

48、.減小噪聲的措施減小噪聲的措施 選低噪聲集成運放，如選低噪聲集成運放，如OP-27OP-27，AD745AD745等；等；采用濾波處理或引入負反饋以抑制噪聲；采用濾波處理或引入負反饋以抑制噪聲；轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，借助軟件方法，對數(shù)據(jù)進行處理以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，借助軟件方法，對數(shù)據(jù)進行處理以減小噪聲的影響。減小噪聲的影響。6.7.2 放大電路中的干擾放大電路中的干擾1.雜散電磁場干擾和抑制措施雜散電磁場干擾和抑制措施 電路工作環(huán)境一般有許多電磁干擾源，常見的有工頻電路工作環(huán)境一般有許多電磁干擾源，常見的有工頻干擾、無線電臺及雷電現(xiàn)象等，它們所產(chǎn)生電磁波或尖峰干擾、無線電臺及雷電現(xiàn)象等，它們所產(chǎn)生

49、電磁波或尖峰脈沖，通過接線電容耦合、電感耦合或交流電源線等進入脈沖，通過接線電容耦合、電感耦合或交流電源線等進入放大電路，從而引入干擾電壓。放大電路，從而引入干擾電壓。抑制措施：抑制措施：合理布局合理布局 屏蔽屏蔽6.7.2 放大電路中的干擾放大電路中的干擾2.由直流電源電壓波動引起的干擾和抑制由直流電源電壓波動引起的干擾和抑制 直流電源輸出的直流電源輸出的50Hz或或100Hz的紋波電壓使電路的電流產(chǎn)的紋波電壓使電路的電流產(chǎn)生波動而形成干擾電壓。第一級的波動將被后續(xù)各級放大而使生波動而形成干擾電壓。第一級的波動將被后續(xù)各級放大而使輸出端產(chǎn)生較大的干擾電壓。輸出端產(chǎn)生較大的干擾電壓。抑制措施：

50、抑制措施：采用性能好的穩(wěn)壓電源供電，并在穩(wěn)壓電路的輸入端和輸采用性能好的穩(wěn)壓電源供電，并在穩(wěn)壓電路的輸入端和輸出端分別加一足夠大的電解電容或鉭電容的濾波電路。出端分別加一足夠大的電解電容或鉭電容的濾波電路。對于運算放大器，可在電源引腳和地端間加一鉭電容對于運算放大器，可在電源引腳和地端間加一鉭電容（10F10F30F30F）防止低頻干擾，加一獨石電容）防止低頻干擾，加一獨石電容（0.01F0.01F0.1F0.1F）防止高頻干擾。）防止高頻干擾。end6.7.2 放大電路中的干擾放大電路中的干擾3.由交流電源串入的干擾和抑制由交流電源串入的干擾和抑制4.由接地點安排不正確而引起的干擾和正確接地

51、由接地點安排不正確而引起的干擾和正確接地課題案例課題案例音響放大器1 1、主要指標、主要指標 額定功率額定功率 Po1WPo+20dB+20dB 2 2、器件要求、器件要求:VccVcc=9V,=9V,話筒話筒(低阻低阻2020歐歐)輸出輸出5mV,5mV,錄音機輸出信號錄音機輸出信號100mV,100mV,電子混響延時模塊電子混響延時模塊1 1個，集成功放個，集成功放LA4102LA4102一塊，集成運一塊，集成運放放LM324LM324一塊，揚聲器一塊，揚聲器8 8歐歐/4W/4W一只，一只，8 8歐歐/2W/2W電阻一只。電阻一只。其他為常用電阻、電容若干。其他為常用電阻、電容若干。話放

52、級話放級AV17。5倍倍17。5dB混合級混合級AV21倍倍0dB音調(diào)級音調(diào)級AV30。8倍倍-2dB功放級功放級AV4100倍倍40dB5mv3vAv=6003、原理框圖、原理框圖話放級話放級混合級混合級音調(diào)級音調(diào)級功放級功放級4、原理圖、原理圖本章小節(jié)1.1.電流源電流源(鏡像電流源鏡像電流源 微電流源等微電流源等)認識電路，知道恒流特性、動態(tài)電阻大的特點。認識電路，知道恒流特性、動態(tài)電阻大的特點。2.2.差分放大電路差分放大電路基本概念基本概念知道知道四種電路結(jié)構(gòu)四種電路結(jié)構(gòu)認識認識四種電路的靜態(tài)、動態(tài)指標（差模、共模類）計算四種電路的靜態(tài)、動態(tài)指標（差模、共模類）計算熟練熟練例題、作業(yè)計算例題、作業(yè)計算熟練熟練3 3 集成放大器集成放大器內(nèi)部多級放大器的組成情況（了解）內(nèi)部多級放大器的組成情況（了解）表示符號表示符號知道知道指標、噪聲、干擾等內(nèi)容指標、噪聲、干擾等內(nèi)容了解了解理想運放的虛短、虛斷理想運放的虛短、虛斷熟練熟練4 4 運算放大器（第二章）運算放大器（第二章）熟練（推倒運算式技巧）熟練（推倒運算式技巧）