1、第 6 章,集成运算放大器原理及其应用,绪论,一.集成电路（Integrated Circuit简称IC）,采用半导体制造工艺，将大量的晶体管、电阻、电容等电路元件及其电路连线制作在一小块硅单晶上，形成具有特定电路功能的单元电路。,二.摩尔定律,未来10年中芯片上的晶体管数将每年翻一番 （1965年）芯片上的晶体管数量每两年将翻一番 （1975年）,绪论,三.集成电路的特点（同分立器件电路相比）：,1.集成电路中电阻、电容等无源器件不能象分立元件电路那样任意选用；,集成电路中电阻阻值偏大将占用硅片较大的面积，不利于集成； 集成电路中的电容是利用PN结的结电容或用二氧化硅层作为电介质做成的，不适
2、宜制造几十皮法以上的电容器，所以集成运放电路多采用直接耦合的形式。,绪论,2.两者的设计思想正好相反,3.同一集成电路中的元件参数一致性和温度均一性较好，很容易制造对称性较高的电路。,分立元件电路：尽量少用晶体管，以降低成本； 集成电路：则尽量减少电阻、电容等无源器件，用晶体管等有源器件所取代。,199,5,BJT电流源偏置电路,1、基本电流源,图中两只三极管制造工艺和结构完全相同，即任何时候均有UBE1= UBE2,所以,200,6,所以,1基本电流源,由于输出电流IC2与输入电流I相等，即构成一镜像关系，所以也称基本电流源为镜像电流源。,201,7,因此,1 基本电流源,由基本电流源特性可
3、知：当两管工作在放大区时，曲线并非水平，IC2随着UCE2的增大而稍有增大，并不是固定的，这说明镜像电流源不是恒流源。,202,8,2 威尔逊（Wilson)电流源,VT1和VT2构成了基本电流源，VT3是为了改进其性能而引入的,203,9,2 威尔逊（Wilson)电流源,204,10,2 威尔逊（Wilson)电流源,当三只晶体管都工作在放大区时，输出电流IC3与U3无关。,205,11,3 微电流电流源,要求的输出电流较小时，应采用微电流电流源。,206,12,3 微电流电流源,由图又有,则,207,13,只要给定,和,，就可求出,。,3 微电流电流源,6.1 差分放大器,6.1.1 差
4、分放大器的分析,6.1.2 差分放大器大信号输入时的传输特性,6.1.3 举例,6.1.4 差分放大器的失调和温漂,6.1 差分放大器,引子：为什么引入差分放大器？,1. 直流信号的放大,在无线电通信和其他领域中，常常需要对变化十分缓慢的信号进行放大。,例如生物电的放大，或某些自动控制中的控制信号。,把这种变化十分缓慢的信号（频率很低，几乎为零，但不能认为频率等于零）称为 直流信号。,直流放大器是放大直流信号的一种放大器（当然也可以放大交流信号）。,直流信号不同于直流电。,引子：为什么引入差分放大器？,2. 直流放大器面临的问题,电容耦合放大器无法放大直流信号，耦合电容很难传送缓变信号。,直流
5、放大器常常采用直接耦合方式。,两个问题：,1）级与级之间的直流工作状态互相影响,2）零点漂移,引子：为什么引入差分放大器？,1）级与级之间的直流工作状态互相影响,调整某一级工作状态就会导致其他各级工作状态的改变。这一点对直接耦合放大器的设计和调整带来很多不便。,引子：为什么引入差分放大器？,现象：输入电压为零，输出端电压表指针偏离零点或起始值，出现忽大忽小的不规则摆动。,2）零点漂移,定义： 输入电压为零时，输出还有缓慢变化的电压产生，输出电压偏离起始值而上下波动，使输出端产生缓慢变化的电压。零点漂移简称零漂。 引起零漂的外界因素：时间漂移：由于晶体管和其他元件的参数本身老化作用引起的，与电
6、路设计无关。温度漂移：由于晶体管的参数随着环境温度的变化而变化所造成的。电源电压变化引起的漂移：当电源电压变化时，电路的直流电平配制受到某种破坏而导致输出零点的变动。,引子：为什么引入差分放大器？,为什么是矛盾？,为了获得高的直流增益，可以增加级数，但同时输出漂移电压也加大。,为了减小零漂可以引入负反馈，但同时放大器对直流信号的放大能力也减弱了。,寻求新方法解决矛盾！,抵消,采用特殊形式的电路使漂移电压互相抵消。,引入特殊的负反馈,对零点漂移有很强的负反馈， 对有用直流信号无负反馈。,例如乙类推挽功放电路，每个管子产生大量的谐波失真，但在负载上，偶次谐波互相抵消了。,高质量的直流放大器应该具有
7、高的电压增益和小的零点漂移。,矛盾！,调制型直流放大器（框图）,6.1.1 差分放大器的分析,一、 基本型差分放大器,1、 电路工作原理 对称性结构抑制零漂,6.1.1 差分放大器的分析,一、 基本型差分放大器,对称性,当Ui1= Ui2=0, Uc1= Uc2 Uo=Ui1= Ui2=0,靠电路对称消除零漂！,当温度变化时,6.1.1 差分放大器的分析,2. 工作原理 输入信号的分析,1）差模输入信号：,即两管输入信号大小相等、相位相反，把这样一对信号称为差模输入信号，记为,2）共模输入信号：,即两管输入信号大小相等、相位相同，称为共模输入信号，记为,零漂引起的就是共模信号，为有害信号。,6
8、.1.1 差分放大器的分析,2. 工作原理 输入信号的分析,问题：,差分放大器的两个输入信号往往是一对任意数值的信 号，一般 ，即，非差模也非共模，该怎样分析 ？,解决方法：,对输入信号进行分解，把一对任意数值的输入信号分解为差模信号和共模信号的叠加，求出差模信号和共模信号分别作用于差分放大器时的输出结果，然后利用叠加原理，得出差分放大器在一对任意数值输入信号作用下的性能指标。,3）对任意数值输入信号,6.1.1 差分放大器的分析,2. 工作原理 输入信号的分析,令,具体分解方法：,6.1.1 差分放大器的分析,2. 工作原理 输入信号的分析,例子：,差模输入信号 （任一端都不接地）,共模输入信号,6.1.1 差分放大器的分析,3. 输入、输出端电路形式,信号的输入方式：若信号加到两个输入端，称为双端输入；若信号仅从一个输入端对地加入，称为单端输入。,6.1.1 差分放大器的分析,3. 输入、输出端电路形式,差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极C1,另一个是集电极C2。从C1和C2输出为双端输出；仅从集电极C1或C2对地输出称为单端输入。,6.1.1 差分放大器的分析,基于不同的应用场合，有双、单端输入和双、单端输出的情况。,双入双出,双入单出,单入双出,单入单出,3. 输入、输出端电路形式,
