第四章 集成运算放大器电路.ppt

第4章 集成运算放大器电路 4–1 集成运算放大器的特点 4–2 电流源电路 4–3 差动放大电路 4–4 集成运算放大器的输出级电路4–5 集成运放电路举例 4–6 MOS集成运算放大器4–7 集成运算放大器的主要性能指标 4–1 集成运算放大器的特点 特点： （多级放大器：电压增益高、输入电阻高、输出电阻小） (1) 级间采用直接耦合方式。 (2) 尽可能用有源器件代替无源元件。 (3) 利用对称结构改善电路性能。 4–2 电流源电路 电流源:直流偏置电流 +有源负载 二、镜像电流源 单管电流源要用三个电阻，不便集成。用一个完全相同的晶体管V1,将集电极和基极短接在一起来代替电阻R2和R3 集成电路中，多路镜像电流源是由多集电极晶体管实现的，如图利用一个三集电极横向PNP管组成双路电流源。 三、比例电流源 四、微电流电流源 五、负反馈型电流源 以上介绍的几种电流源，虽然电路简单，但有两个共同的缺点： 一是动态内阻不够大，二是受β的影响大。 可见，威尔逊电流源不仅 有较大的动态内阻，而且输 出电流受β的影响也大大减小。 集成运放要有极高的电压增益，这是通过多级放大器级联实现的。在电压增益一定时，为了减少级数，就必须提高单级放大器的电压增益。因此，在集成运放中，放大器多以电流源作有源负载。典型的有源负载共射放大电路如图4–10(a)所示。图中，V2,V3管构成镜像电流源作V1管的集电极负载。由于该电流源的动态内阻为rce3，所以此时V1管的电压增益只需将共射增益表达式中的RC用rce3取代即可。当实际负载RL通过射随器隔离后接入，则该级放大器可获得极高的电压增益。 4－3－1 零点漂移现象 由于温度变化、电源波动等因素的影响，会使工作点电压(即集电极电位)偏离设定值而缓慢地上下漂动。 一、差模放大特性 差模信号 : Ui1=Uid1 , Ui2=Uid2 , Uid1=-Uid2 二、共模抑制特性 Ui1=Ui2=Uic 此时两管的射极将产生相同的变化电流ΔiE，使得流过RE的变化电流为2ΔiE，从而引起两管射极电位有2 RE Δ iE的变化。因此，从电压等效的观点看，相当每管的射极各接有2 RE的电阻。 三、共模抑制比KCMR 定义：差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值 ； 衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共模信号的抑制能力。 4–3–3具有恒流源的差动放大电路 图4–12所示的基本差动放大器，存在两个缺点：一是共模抑制比做不高，二是不允许输入端有较大的共模电压变化。对于前者，是因为差放管V1,V2的rbe与RE相关，即RE较大而忽略rbb′时，由式(4–15)，rbe可近似为 若UEE=15V，则室温下，KCMR(单)的上限约为300，而与RE的取值无关。对于双端输出，在电路不对称时，也有类似情况。可见，不能单靠增大RE来提高共模抑制比。 对于后者，因为输入共模电压的变化将引起差放管公共射极电位的变化，进而将影响差放管的静态工作电流，使rbe改变。因此，输入共模电压变化将直接造成差模电压放大倍数的变化，这是我们不希望的。 为此，用恒流源代替图4–12电路中的RE，可以有效地克服上述缺点。一种具有恒流源的差动放大电路如图4–15(a)所示。图中，恒流源为单管电流源（分立器件电路中常用）。在集成电路中，大多采用镜像电流源、小电流电流源等。 4–3–4 差动放大器的传输特性 定义：放大器的输出电流或输出电压与差模输入电压之间的函数关系。 在图4–16电路中，设恒流源电流I小于差放管的集电极临界饱和电流，即IUCC/RC，从而使差放管的工作点偏向截止区。在此条件下，图中的两个对称差放管V1,V2的射极电流分别为 由式（4-41）和（4-43），可绘出差动放大器输出电流iC1 、 iC2和输出电压uo与差模输入电压uid之间的传输特性曲线，分别如图4-17（a)、(b)所示。分析该曲线，可以得出如下结论。 一、两管集电极电流之和恒等于I 当uid=0时，差动电路处于静态，这时iC1=iC2=ICQ=I/2。 当差模电压输