1、第三章第三章 模擬集成運算放大器模擬集成運算放大器3.1 電流源電路電流源電路 3.2 差動放大電路差動放大電路 3.3 雙極型集成運算放大器雙極型集成運算放大器 3.6 理想集成運算放大器理想集成運算放大器 集成電路集成電路IC(Integrated Circuit): 將整個電路的將整個電路的各個元件做在同一個半導體基片上。各個元件做在同一個半導體基片上。集成電路的優點：集成電路的優點：工作穩定、使用方便、體積小、重量輕、工作穩定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。功耗小。 集成運算放大器簡介集成運算放大器簡介 運放實質：直接耦合的高增益多級放大器運放實質：直接耦合的高增益多級放大器本章將

2、分析電流源與差放單元電路及運放的基本知識本章將分析電流源與差放單元電路及運放的基本知識3.1 3.1 電流源電路電流源電路 1、鏡像電流源電路、鏡像電流源電路 2、微電流源電路、微電流源電路 3、比例電流源電路比例電流源電路 4、多路電流源電路、多路電流源電路1、鏡像電流源電路、鏡像電流源電路BEBE1BE2=UUU 2R IC1C2= IIRUVBECC= RVCC IRIC1IC2IoI2BBB1B2=III RUVIBECCR 2 C2O= II C2RBRC1C222=IIIIII T2T1+VCCRRLROII 視視IO為為IR的鏡像。的鏡像。 無論無論RL的值如何，的值如何，IC2

3、的電流值將保持不變。的電流值將保持不變。結論：結論： 越大，越大，Io與與IR的匹配精度的匹配精度越高；越高； 對對VCC的穩定性要求高的穩定性要求高; 受受、UBE影響，溫度穩定影響，溫度穩定性差。性差。IRIC1IC2IoI2BT2T1+VCCRRL改進型鏡像電流源之一改進型鏡像電流源之一減小減小的影響的影響3B1CRIII 33E3B1/ II2B1B3EIII 321若若RR22o2III RUVIBECCR2 IRIoT2T1+VCCRRLT3REIE改進型鏡像電流源之二改進型鏡像電流源之二用用N N溝道結型場效應管代替電阻溝道結型場效應管代替電阻R，以產生基準電流，以產生基準電流

4、0GS U時時當當GS(off)BECCDSUUVU DSSDRIII T3工作在恒流區工作在恒流區 IRIC1T2T1+VCCRLIoT32、微電流源電路、微電流源電路IO IE2=(UBE1-UBE2)/RE= UBE/RE電路分析：電路分析： 當電源電壓波動引起當電源電壓波動引起IR變化變化時，由于對數函數的緩慢變化特時，由于對數函數的緩慢變化特性，其性，其 IO 的變化比較小。的變化比較小。結論：輸出電流小，穩定性好結論：輸出電流小，穩定性好。)ln(ORETEBEOIIRURUI IRIC1IoI2BT2T1+VCCRRLREIE2UBE1UBE23、比例電流源電路、比例電流源電路電

5、路特點電路特點：在鏡像電流源的：在鏡像電流源的基礎上增加兩個發射極電阻，基礎上增加兩個發射極電阻，就可使輸出電流與基準電流就可使輸出電流與基準電流成一定的比例關系。成一定的比例關系。IO/IR=RE1/RE2該電路中輸出電流和基準電該電路中輸出電流和基準電流的比例關系由兩射極電阻流的比例關系由兩射極電阻之比值決定，故稱其為比例之比值決定，故稱其為比例電流源電流源。E1BE1CCRRRUVI IRIC1Io(IC2)T2T1+VCCRRLRE2IE2IE1RE1輸出電阻輸出電阻Ro)/(1S2be2ES2be2E2E2cecoRrRRrRRriuR S2be2E2E2ce1RrRRr 輸出電阻輸

6、出電阻Ro大，恒流特性優于鏡像電流源。大，恒流特性優于鏡像電流源。biciNoImageNoImageNoImage1er2ber2beubi2ceridueueiNoImagev存在問題：隨著多路電流源路數增加，存在問題：隨著多路電流源路數增加，各晶體管的基極電流之和增加，因而各晶體管的基極電流之和增加，因而IC1與與IR之間差值增大。這樣各路輸出電流與基準之間差值增大。這樣各路輸出電流與基準電流間的傳輸比將出現較大誤差。電流間的傳輸比將出現較大誤差。4、多路電流源電路、多路電流源電路v用一個基準電流用一個基準電流IR獲得多個恒定電流獲得多個恒定電流IO1、IO2、IO(n-1) 。其原理同

7、比例電流源電路。其原理同比例電流源電路。RIRBI1OI2OI1O nI1T1CI2TnT3T1ER2ER3EREnRCCV多路電流源電路的改進電路多路電流源電路的改進電路增加一級射極跟隨器作為緩沖級增加一級射極跟隨器作為緩沖級 11BCRIIIRIRBI1OI2OI1O nI1T2TnT3T1ER2ER3EREnRCCV1CI)1 (BI電流源的應用電流源的應用-電流源直流電阻小，交流電電流源直流電阻小，交流電阻大，常用作有源負載阻大，常用作有源負載。T1是放大管，是放大管，T2、T3組成電流源作為組成電流源作為T1的集電極有源負載。的集電極有源負載。 R1C2C)(III LRbe1ce2

8、be1o2iourrrRuuA 較大較大CCV3T2T1TRREFIouiu電流源的應用電流源的應用提供偏置電流。提供偏置電流。5BEEECCREF2RUVVI T12、T13組成鏡像電流源；組成鏡像電流源；T10、T11組成微電流源。組成微電流源。CCVREFI13T12T11T13CI15R10T10CI4REEV問題問題 :零點漂移。零點漂移。前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得當當 ui 等于零時，等于零時， uo不等于零。不等于零。uot0有時會將有時會將信號淹沒信號淹沒3.2 3.2 差動放大電路差動放大電路直接耦合電路的特殊問題直接耦合

9、電路的特殊問題uiRC1R1T1+VCCuoRC2T2R2RE2一、基本結構一、基本結構特點：特點：結構對稱、特性相同。結構對稱、特性相同。3.2.1 差動放大電路的組成與工作原理差動放大電路的組成與工作原理ui1ui2+VCCuoRCR1T1RBRCR1T2RB零漂相抵消零漂相抵消uo= UC1 - UC2 = 0uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0當當 ui1 = ui2 =0 時：時：當溫度變化時：當溫度變化時：ui1ui2+VCCuoRCR1T1RBRCR1T2RB1、差模信號、差模信號(differential mode)差模輸入信號：差模輸入信號：

10、 ui1 =- ui2 （大小相等，極性相反）大小相等，極性相反）設設uC1 =UC1 + uC1 ， uC2 =UC2 + uC2 。因因ui1 = -ui2， uC1 =- uC2 uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2 uC1 差模電壓放大倍數：差模電壓放大倍數：u1i1c1i21 ioud22AuuuuuA(很大，很大，1)ui1ui2+VCCuoRCR1T1RBRCR1T2RB2、共模信號、共模信號( common mode) 共模輸入信號：共模輸入信號： ui1 = ui2 （大小相等，極性相同）大小相等，極性相同）理想情況：理想情況：ui1 = ui2 uC1 =

11、 uC2 uo= 0 共模電壓放大倍數：共模電壓放大倍數：（很小，（很小，u- uo=UOH u+u- uo=UOL（2）i+=i- = 0Aod越大，運放的線性范圍越小，必須越大，運放的線性范圍越小，必須在在輸出與輸入輸出與輸入之間之間加負反饋加負反饋才能擴大其輸入信號的線性范圍。才能擴大其輸入信號的線性范圍。例：若例：若UOM=12V，Aod=106， 則則|ui|12 V時，運放時，運放 處于線性區。處于線性區。UOHu+-u-uoUOL理想運放的工作區域理想運放的工作區域線性區域線性區域非線性區域非線性區域輸出端與反相輸入端有電路輸出端與反相輸入端有電路相連（有負反饋）相連（有負反饋）

12、開環或有正反饋開環或有正反饋 uou_+ u 分析含有運放的電路時，首先必須判斷出運放是工作分析含有運放的電路時，首先必須判斷出運放是工作于線性區還是非線性區于線性區還是非線性區 uou_+ u uou_+ u 負反饋的概念負反饋的概念 凡是將放大電路輸出端的信號（電壓或凡是將放大電路輸出端的信號（電壓或電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號迭加，就稱為入信號迭加，就稱為反饋反饋。若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為負反饋負反饋。若引回的信號增強了輸入信號，就稱為若引回的信號增強了輸入信號，就稱為正反饋正反饋。這里所說的信號一般是指交流信號，所以這里所說的信號一般是指交流信號，所以判斷正負反饋，就要判斷反饋信號與輸入信號判斷正負反饋，就要判斷反饋信號與輸入信號的相位關系，的相位關系，同相同相是是正反饋正反饋，反相反相是是負反饋負反饋。放大器放大器輸出輸出輸入輸入取取+ 加強輸入信號加強輸入信號 正反饋正反饋取取 - 削弱輸入信號削弱輸入信號 負反饋負反饋開環開環閉環閉環反饋網絡反饋網絡疊加疊加反饋反饋信號信號實際被放大信號實際被放大信號反饋框圖：反饋框圖：判斷