1
6 集成电路运算放大器
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
6.2 差分式放大电路
6.3 集成电路运算放大器
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
*6.5 专用型集成电路运算放大器
*6.6 放大电路中的噪声与干扰
2
多级放大电路
+
–
Vo RL
Io R s I i
+
–
V s
+
–
V i
–
V i1
+
–
V o1
+
放大电路
–
V i2
+
–
V o2
+
放大电路
–
V i3
+
–
V o3
+
放大电路
R o1
–
+
R i1 A
V O 1 V i1
–
V i2
+
R o2
–
V o2
+
–
+
R i2 A
V O 2 V i2
R o3
–
+
R i3 A
V O 3 V i3
输入级 —Ri? 中间放大级 —AV? 输出级 —Ro?
共集、共射 共射、共基 共集第 4章场效应管第 6.2节差分放大电路
2个信号相减第 5章功率放大电路直接耦合零漂
Ri? RL特别小第 6.1节电流源第 6章集成运算放大器性能改善 第 7章反馈技术、方法第 8,9,10章运算放大器应用各种功能电路
3
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
镜像电流源
多路电流源
电流源用作有源负载
微电流源
概述
BJT基本电流源
比例电流源学习要求会计算电流源的输出电流（求 Q）
能辨认电路（电流源结构的变化规律）
4
1,概述
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
Q I CQ
I BQ
R c
V CC
V CC
v CE
i C
V CEQ
v CE
i C
直流电阻小交流电阻大
C
CE
CE = I
VR
C
CE
ce = i
vr
恒流源,Rs =?,iO = Is,与 RL无关三极管工作在放大区，其输出特性具有恒流特性。
易受温度影响特点：
分析任务确定电流源的输出电流，
并提高计算精度提高输出电阻 Ro
5
2,BJT基本电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
+
–
v i
i B
i 1
R b1
b
c
i C
R c
V CC
+
–
v o
R L
i E R
e
R b 2
C b 1
+
C b2
+
e
i 2
——分压式射极偏置电路
R b1
I C
R c
+ V CC
R e
R b 2
V B
I E
在满足条件 I1 >>IB ； VB >>VBE 时电流源内阻 Rs = R’o（输出电阻）
CC
b2b1
b2B V
RR
RV?
e
BEBEC
R
VVII
e
CC
b2b1
b2
e
B
R
V
RR
R
R
V?
R b 1
r be
I b
r ce
+
–
V o
I b
R b2
R b
R e
I o
R’o
)(
ebbe
e
ce
'
o RRr
R1rR
RL
与 Rc无关，且能稳定 Q（温度影响）
式 3.5.6（ 106页）
6
3,比例电流源6.1 集成电路运算放大器中的电流源
R b1
I C
R c
+ V CC
R e
R b 2
V B
I E
I 1
R b1
I C
R L
+ V CC
R e R
b 2
D
T
I 1
I O
R
I C2
R L
+ V CC
R e2 R
e1
T 2
I C1
T 1
I O
I 1
e
B
e
BEBC
R
V
R
VVI
提高计算精度满足条件,I1 >>IB
VB >>VBE
增加 1个二极管 D
并使 D与 T（ Je）具有相同的温度特性（补偿）
即,VD = VBE
所以，在 Je回路有：
VD +I1 Rb2 = VBE +IC Re
e
b2
1C R
RII? 比例电流源
b2b1
CC
b2b1
BECC
1 RR
V
RR
VVI
＝而：
集成电路中,D?T1
BJT基本电流源 特殊状态思路：
7
VCC=0
IC=0
VBB
IC?0
VBB
T
BJT电流源接法与放大电路接法比较
R
I C2
R c
+ V CC
R e2 R
e1
T 2
I C1
T 1
8
4,镜像电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源思路,比例系数＝ 1
R
I C2
R L
+ V CC
R e2 R
e1
T 2
I C1
T 1
I O
I 1
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
e1
CC
e2
e1
e2
e1
1C2 RR
V
R
R
R
RII
比例电流源去掉 2个电阻，减少占用硅片面积
2IB 求 IC2 =?
对管 T1与 T2特性相同 （温度补偿）
假设 T1处于放大区（问题？）
12VV ＝；BE1BE2 =?
C1C2B1B2 == IIII ；?
C1
R E FBR E FC1
I2II2II
R E F
R E F
C1C2 21= I
III?
对 T1的 C点列 KCL方程：
R
V
R
VV CCBE1CC镜像
ce2o rR?
9
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
4,镜像电流源
R
VIIII CC
R E F
R E F
C1C2 21=
思路：提高精度问题 1 问题 2
VCE1 = VBE1? 0.6V? VCE2
但仍造成,IC2? IC1虽有,VBE2 = VBE1 ；?2 =? 1
修正如下,考虑基区宽度调制效应（ 75页）
）电压，典型值为（ 100V
=
A
C
A
ce
E a r l yV
I
Vr
)(1e CESC
BE
A
V
v
V
vIi T
1,2 9
100
0,6
1
100
30
1
1
1
C E 1
C E 2
C1
C2?
A
A
V
V
V
V
I
I
10
带缓冲级的镜像电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
4,镜像电流源
R
VIIII CC
R E F
R E F
C1C2 21=
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
T 3 I B3
2 I B1
R e3
问题 2
思路：提高精度若?较小，则分流造成的误差不能忽略！
解决方法,增加 1个缓冲级 T3
即共集放大器，减小分流。
为了避免 T3的电流过小而使?3下降，
常常加入电阻 Re3,使 IE3增大。
B1
R E FB3R E FC1
I2IIII
同样对 T1的 C点列 KCL方程：
R E F
R E F
C1C2 21= I
III
2
R
V
R
V2VI CCBE1CC
R E F?
ce2o rR?
11
5,微电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
R
VIIII CC
R E F
R E F
C1C2 21=
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
R e2
思路：产生?A级电流例如,VCC = 10V,IC2 = 1?A，
则 R=10M?。 需 占用硅片面积大
e2
BE2BE1
R
VV
E2C2 II?
)1 0 k1 0 m V(
e2
BE
R
V
解决方法：。。。
TV
v
II BEeSE?
S
E
BE ln I
IVv
T?
E2
E1
e2e2
BE2BE1E2C2 ln
I
I
R
V
R
VVII T
( 1 ) ln
C2
R E F
e2
C2 I
I
R
VI T ( 2 ) CC
R E F R
VI?
例：已知 VCC=15V,IR =1mA，
IC2 =20?A,VBE1=0.7V,则由 (2)得
R=15k?； 由 (1)得 Re2 =5k?。
计算方法：
12
6,多路电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
e1
e
R E FC1 R
RII?
带缓冲级的 比例电流源
e2
e
R E FC2 R
RII?
e3
e
R E FC3 R
RII?
13
小结 —— 电流源结构的变化
R b1
I C
R c
+ V CC
R e
R b 2
V B
I E
I 1
R
I C2
R L
+ V CC
R e2 R e1
T 2
I C1
T 1
I O
I 1
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
T 3 I B3
2 I B1
R e3
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
R e2
14
7,电流源用作有源负载
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
(1) 用于提供静态电流并能稳定静态工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。
(2) 用作有源负载，可获得增益高的特性。
be
Lcc e 1
i
o
V
)////(=
r
RRr
V
VA
共射电路的电压增益为：
电流源的作用：
例：
共射放大电流源作有源负载后
be
Lce2ce1
i
o
V
)////(=
r
Rrr
V
VA
比用电阻 Rc作负载时提高了
15
R
1
1k
R
6
1
k
T
3
R
8
3
k
+V
C
C
V
o
3
k
C
1
1
k
C
3
1
k
T
2
T
1
R
3
2
0
k
R
L
3
k
R
7
3
k
R
4
3
k
V
i
3
k
C
2
1
k
43?
3k
R
2
3
k
3k?
R
5
3
k
1,8 k
3k
8,2 k
3k
1k?
3k
1k?
3k
10k
3k
3,3 k
3k
1,5 k
3k
3,3 k
3k
( + 1 2 V
)
3k?
放大电路如图所示。各三极管都有? = 49,VBE=0.7V。例：
(1) 试简要说明各三极管的作用；
(2) 计算电路的电压放大倍数（电容的容抗可忽略不计）。
16
6.2 差分式放大电路
直接耦合放大电路的零点漂移问题
6.2.0 概述
差分的基本概念
电路组成及工作原理?抑制零点漂移原理
6.2.1 基本差分式放大电路
6.2.2 FET差分式放大电路
6.2.3 差分式放大电路的传输特性
主要指标分析计算?几种方式指标比较
17
1,直接耦合放大电路的零点漂移问题6.2.0 概述
直接耦合放大电路
零点漂移问题可以放大直流信号
V60 oi vv
V71 m V.0 oi vv
4
i
o 10?
v
vA
V
# 集成运算放大器要采用直接耦合？
零漂,输入短路时,输出仍有缓慢变化的电压产生 。
主要原因,温度变化引起,也称 温漂 。
温漂指标,温度每升高 1度时,输出漂移电压按电压增益折算到输入端 的等效输入漂移电压值 。
电源电压波动也是原因之一没有电容、变压器
18
A1vi vo
103
A2vi vo
105
答：
两个放大电路是否都可以放大 0.1mV的信号？
增加了 Re电压增益输出漂移电压均为 200 mV
输出漂移电压输入端漂移电压为 0.2 mV
输入端漂移电压为 0.002 mV
A1不可以,A2可以
19
例如
100,=V1A
若第一级漂了 100 uV，
则输出漂移 1 V。
若第二级也漂了 100 uV，
则输出漂移 10 mV。
假设第一级是关键 ！
。 1= 1 0 0,= V3V2 AA
减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿调制解调方式 。 如,斩波稳零放大器,
采用 差分式放大电路漂了 100 uV
漂移
10 mV+100 uV
漂移
1 V+ 10 mV
漂移
1 V+ 10 mV
20
2,差分的基本概念
6.2.0 概述
–
V i
+
–
V o
+
放大电路差分放大 +
-
vi1 +
-
vi2
C3 8 50T1 0 0aT1RR /.)(= 0T
)(= i2i1Vo vvAv?
iV= vA
-
+
差分功能：实现 2个信号相减
i2Vi1V vAvA
同相输入端 反相输入端
应用背景：电桥测量
V
1 0 V
R -? R
R +? R R -? R
R +? R
例如铂电阻测温
C1 9 m V /5V222i1 RRVVVR RRv
C1 9 m V /5V222i2 RRVVVR RRv
)( i2i1Vo vvAv实际输出为
+
-
vo
21
2,差分的基本概念
6.2.0 概述
差模与共模：
差分放大 +
-
vi1 +
-
vi2
+
-
vo
+
-vid -
+
i2i1id = vvv?
差模信号
)(21= i2i1ic vvv?
共模信号
icVCidVDooo = vAvAvvv
C1 9 m V /5Vi1v
C1 9 m V /5Vi2v
总输出电压
2=
id
ici1
vvv?
2
vvv id
ici2 =?
0= icid
o
id
o
VD
vv
v
v
vA
差模电压增益
0= idic
o
ic
o
VC
vv
v
v
vA
共模电压增益共模抑制比 反映抑制零漂能力
VC
VD
C M R = A
AK
例：
分析思路：叠加定理
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
ici1 = vv
ici2 = vv
23
6.2.1 基本差分式放大电路电路组成及工作原理
组成特点
静态分析
动态分析（定性）
输入差模信号
输入共模信号抑制零点漂移原理主要指标分析计算
动态分析思路
双端输入
差模增益
共模增益
共模抑制比
输入、输出电阻
单端输入带恒流源的差分电路几种接法性能对比
24
6.2.1 基本差分式放大电路基本差分电路（长尾）
带恒流源的差分电路教材上的差分电路 T 1
+6V
v
s1
R
C1
2 0k?
+
v
s2
–
T
2
R
C2
2 0k?
R
s
50?
T
3
T
4
I
R E F
R
2
4 8 0?
R
3
2,4k?
R
s
50?
R
1
2,4 k?
+
v
o
–
R P
2 0 0?
–6V
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
25
6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c1
+V CC
v o1
T 1
R e1
- V EE
+
-
R b1
i C2
R c2
+V CC
v o2
T 2
R e2
- V EE
v i2
+
-
R b2
vo = vo1? vo2 = Av1vi1? Av2vi2
vo = Avd(vi1? vi2)
AV1 = AV2 （ 对管）
原因之二对称? VC1 = VC2?
vo = VC1 - VC2 = 0? 克服温漂
(3)公共射极电阻 Re
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
R L
R L
组成特点
(1)直接耦合的共射电路 (Rb,Rs)
(2)两边对称单端输出公共 Re对差模信号相当于 短路
1,电路组成及工作原理
26
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
6.2.1 基本差分式放大电路注意：
静态分析
1,电路组成及工作原理电路对称
T放大的条件,Je正偏,Jc反偏
vi1 = vi2 = 0（ 静态 ）
eb
EEBEB1B2
)(
)(0
R21R
VVII
B1C1C2 III
EC1C E 1C E 2 VVVV
cC1CCC1C2 = RIVVV
0,7 V-= BEB1EVVV
Je正偏
T放大
Jc反偏
vo = VC1 - VC2 = 0
实现,0输入? 0输出
27
6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
动态分析 —— 输入差模信号
1,电路组成及工作原理
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
v i1
0
v i2
0
v o2
0
V C2
v o1
0
V C1
v o
0
大小相等，方向相反
i E1
0
I E1
i E2
0
I E2
另外：
Re相当于 短路
iE = 0
28
动态分析 —— 输入共模信号
6.2.1 基本差分式放大电路
1,电路组成及工作原理
ici1 = vv
ici2 = vv大小相等，方向也相同
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
v i1
0
v i2
0
另外,R
e相当于 2Re
iE = 2?iE1 = 2?iE2
v o
0
v o1
0
V C1
v o1
0
V C1
i E1
0
I E1
i E1
0
I E1
29
2,抑制零点漂移的原理（动画）
30
3,主要指标分析计算
6.2.1 基本差分式放大电路动态分析思路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
R L
R L
2=
id
ici1
vvv?
2
vvv id
ici2 =?
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
ici1 = vv
ici2 = vv
（ 1）小信号等效电路法
（ 2）运用叠加原理
（ 3）利用 对称特点,
转化为单边电路 求解。
（ 4）四种接法
a,双端输入、双端输出
b,双端输入、单端输出
c,单端输入、双端输出
d,单端输入、单端输出电阻 Re 和 RL
31
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双端输入
—— 差模增益
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
输入纯差模信号
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
V i1
R b I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
R L
I c 1
+
–
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
+
–
R b
I b2
R c
V id
+
–
V o 1
V o 2
I Re
e2b1bbeb1b
ebeb1b1i
RII1rRI
RIrRIV
))(()(
)( Re
电路两边对称
电路变换（拆开、转换为单边电路）
2b1b II
2i1i VV
2o1o VV
Re短路
RL各分一半
画小信号等效电路
（一般不画）
V Re =0
R L /2
R L /2
32
双端输入 —— 差模增益
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
v o R L
T 1 T 2
+
-
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双入双出
V1
i1
o1
i2i1
o2o1
id
oVD = A
v2
v2
vv
vv
v
vA
be
Lc
VD
)
2
1//(
=
rR
RR
A
b?
双入双出
双入单出
V1
i1
o1
i2i1
o1
id
oV D 1
2
1= A
v2
v
vv
v
v
vA
be
Lc
V D 1
)//(
2
1=
rR
RRA
b?
be
Lc
VD2
)//(
2
1=
rR
RRA
b?
RL各分一半 RL由 T1单独负担
同相输入端与反相输入端
+-
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
v o R L
T 1 T 2
+
- 双入单出
Re短路
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
+ -
33
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双端输入
—— 共模增益
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
输入纯共模信号
e2b1bbeb1b
ebeb1b1i
RII1rRI
RIrRIV
))(()(
)( Re
电路两边对称
电路变换（拆开、转换为单边电路）
2b1b II
2i1i VV
2o1o VV
Re对单边相当于 2Re
RL开路
画小信号等效电路
（一般不画）
ici1 = vv
ici2 = vv
V
i1
R b I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
R L
I c 1
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
R b
I b2
R c
V ic
+
–
V o 1
V o 2
I Re
I b1
I b2
2R e
2R e
e1bbeb1b R2I1rRI )()(?
34
双端输入 —— 共模增益
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
v o R L
T 1 T 2
+
-
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双入双出
0=
ic
o2o1
ic
o
VC?
v
vv
v
vA
双入双出
双入单出
V1
i1
o1
ic
oV C 1 = A
v
v
v
vA
eb R21rR
RRA
)(
)//(=
be
Lc
V C 1?
RL开路 RL由 T1单独负担双入单出
ici1 = vv
ici2 = vv
Re对单边相当于 2Re
35
双端输入 —— 共模抑制比
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
v o R L
T 1 T 2
+
-
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双入双出 双入单出
be
Lc
id
o
VD
)
2
1//(
=
rR
RR
v
vA
b?
be
Lc
id
o1
VD1
)//(
2
1=
rR
RR
v
vA
b?
0=
ic
o2o1
ic
o
VC?
v
vv
v
vA
eb R21rR
RR
v
vA
)(
)//(=
be
Lc
ic
o1
V C 1?
VC
VD
C M R A
AK
beb
e
beb
ebeb
rR
R1
rR2
R21rRK
)(
)(
)(
C M R
双入双出?双入单出
公共电阻 Re KCMR抑制零漂能力增强
36
双端输入
—— 输入、输出电阻
V i1
R b I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
R L
I c 1
+
–
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
+
–
R b
I b2
R c
V id
+
–
V o 1
V o 2
I Re
V i1
R b I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
I c 1
+
–
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
+
–
R b
I b2
R c
V id
+
–
V o 1
V o 2
I Re
V Re =0
R L /2
R L /2
I i
V i1 R b
I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
R L
I c 1
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
R b
I b2
R c
V ic
+
–
V o 1
V o 2
I Re
I b1
I b2
2R e
2R e
3,主要指标分析计算
i
id
id I
VR?
单端输出时,
co RR?
co R2R?双端输出时,
)(2 berRR bid
]2)1([21 be ebic RrRR
i
ic
ic I
VR?
1
1
1
1
21 22
i
b
i
b
ii R
I
V
I
VV
1
1
1
21
1
2
1
2 ib
i
bb
i R
I
V
II
V
37
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
-
R b
v i2
+
-
R b
+ - v o
R L
T 1 T 2
+
-
+
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
- V EE
-
R b
- v id /2
+
-
R b
+ - v o
R L
T 1 T 2
+
-
+
v ic
-
+
+ v id /2
R e
2=
id
ici1
vvv?
2
vvv id
ici2 =?
i C1
R c
v o1
i C2
R c
v o2
-
R b
- v id /2 + -
R b
+ - v o
R L
T 1 T 2
+
-
+ + v id /2
v id - +
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
- V EE
R b R b
v o R L
T 1 T 2
+
-
v ic
-
+
R e 2R e
ici1 = vv
ici2 = vv
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
38
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
v i1 /2
+ - v o
R L
T 1 T 2
+
-
v i1 /2
+
-
-
+
单端输入
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
0i1?v
0=i2v
22=
i1i1i1 vvv?
22=
i1i1i2 vvv?
例如：
i1i2i1id = vvvv
22=
i1i2i1ic vvvv
idVDicVCidVDo = vAvAvAv
指标计算与双端输入相同！
39
4,具有电流源的差分放大电路
6.2.1 基本差分式放大电路
（ RL 均为 10k?）
先求 Q点,比例电流源
1,8 7 5 m A)6V(0,6 V0
21
R E F
RRI
0,3 7 5 m A
3
2
R E FE3 R
RII
0,1 8 7 5 m A21 E3C2C1 III
8,6 6 kb e 2b e 1 rr
2 1 0 0 k)//(1
213b e 3
3
ce3o3 RRRr
Rrr?
T
1
+ 6V
v
s1
R
C1
2 0k?
+
v
s2
–
T
2
R
C2
2 0k?
R
s
50?
T
3
T
4
I
R E F
R
2
480?
R
3
2,4k?
R
s
50?
R
1
2,4k?
+
v
o
–
200?
– 6V
RP
+
–
v
o2
ro3
50
– 6V
I
E 3
r
o3
例题 1
已知,?=60,VBE=0.6V,rce= 100k?。
设调零电位器 RP的动端在中间位置。
(1) 双端输出的 AVD,KCMR ；
(2) 单端 vo2输出的 AVD2,KCMR2 ；
(3) Rid,Ric ；
4,4 kb e 3r
求：
解：
40
(1) 双端输出的 AVD,KCMR ；
T 1
+ 6V
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+
v o
–
200?
– 6V
RP
+
–
v o2
I E 3
r o3
0=
ic
o2o1
ic
o
VC?
v
vv
v
vAC M RK交流通路
VS1
s1
o1
s2s1
o2o1
id
oVD = A
v2
v2
vv
vv
v
vA
解：
216
2R P /1rR
R
2
1R
s
.
)(
)//(
be
Lc1
例题 1
T 1
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+ v o –
100?
R P / 2
+
–
v o2
100?
R P / 2
差模交流通路
T 1
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+ v o –
100?
R P / 2
+
–
v o2
2r o3
100?
R P / 2
2r o3
共模交流通路
41
T 1
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+ v o –
100?
R P / 2
+
–
v o2
100?
R P / 2
差模交流通路例题 1
解：
(2) 单端 vo2输出的 AVD2,KCMR2 ；
T 1
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+ v o –
100?
R P / 2
+
–
v o2
2r o3
100?
R P / 2
2r o3
共模交流通路
VS2
s2
o2
s2s1
o2
id
oVD2
2
1= A
v2
v
vv
v
v
vA
5132RP1rR RR21
s
./)( )//(
be
Lc2?
VS2
s2
o2
ic
oVC2 = A
v
v
v
vA
)/)((
)//(
be
Lc
3os r22RP1rR
RR
3
3o
1061r2 RR,// Lc
).(
VC
VD
C M R dB6788500A
AK
2 9,5 k]/)([ be 2RP1r2R id?
)]/)(([21 o3be r22RP1rR ic
M128
47
6.3 集成电路运算放大器
6.3.1 简单的集成电路运算放大器
6.3.2 通用型集成电路运算放大器
48
6.3.1 简单的集成电路运算放大器集成电路运算放大器直接耦合多级放大电路符号,特点,?电压增益高（差模）
输入电阻大
输出电阻小
49
读图
6.3.1 简单的集成电路运算放大器例题
in
out
直接耦合多级放大电路差分输入级双入单出中间放大级复合管共射输出级
2级共集镜像电流源输入级偏置 镜像电流源
T5的偏置
+ - + + - -
-
反相端同相端
50
（ 1）放大电路的直流分析例 6.3.1
已知：当 vi1 = vi2 = 0时,vo = 0 ；?= 100； VBE = 0.7V 。
1 m A)(
8
EEBE8CCR E FC7
R
VVVII
差分输入级
5 m A.021 C7C2C1 III
4V)7V.0()( 2C2CCC E 2 RIVV
中间放大级
1 m A)2()(
4
BE2C2CCR4R3
R
VRIVII
4R43R3CC
BE2R2CC3R3CC
E4C4C E 4
)(
)2()(
3V
RIRIV
VRIVRIV
VVV
B5C3C4R3 IIII
)( B3C3C4R4 IIII
51
（ 1）放大电路的直流分析例 6.3.1
已知：当 vi1 = vi2 = 0时,vo = 0 ；?= 100； VBE = 0.7V 。
1 m A0)(
5
B E 6B E 53R3CCE5
R
VVRIVI
输出级
5 m A)(0
6
EEE6
R
VI
0,9 6 m A)(0
7
EED
R7C9?
R
VVII
直流电平移动
Vo = VB5-VBE5 -VR5 -VBE6
= VB5-2VBE – IC9R5
52
（ 2）放大电路的输入、输出电阻例 6.3.1
rbe1= rbe2=5.45k?,rbe3 =262k?,rbe4= rbe5=2.8k?,rbe6=725?
=100rce=200k?
Rid=
Ric=
Ro2=
Ri2 =19.9M?
Ro1=
= rbe3 + (1+?)[rbe4 +(1+?)R4 ]
Ri3 =10.6M?
0,4 1 ko3R
6
5
35be
596be
6
1
)
1
//(
//
Rr
Rrr
R
ce
2rbe1 =10.9k?
0.5[rbe1 +(1+?)2rce7] =20M?
R2=13.4k?
R3=5.1k?
= rbe5 + (1+?){R5 + rce9 // [rbe6 +(1+?)R6 ]}
53
（ 3）放大电路的总增益例 6.3.1
V3V2VD
c4
o
c2
c4
i2i1
c2
V AAAv
v
v
v
vv
vA
1 2 9=)//(=
be
2
be
i22?
r2
R
r2
RR
Ri2 =19.9M? >> R2
V T 2
i2
c2
i2i1
c2VD
2
1= A
v2
v
vv
vA
]})()[({
//])([
4b e 4b e 3
i33
V2 R1r1ri
RRi1iA
3b
43b33b3
2,6
i2
3
R
R43
3 3 5VA
1?3VA
Ri3 =10.6M?
54
6.3.2 通用型集成电路运算放大器读图差分放大输入级共集－共基组合双入－单出中间放大级复合管－共射互补对称功放互补对称功放前置放大共集缓冲
2个二极管甲乙类功放
+
+
+
+
-
相位
-
-
-
55
读图
6.3.2 通用型集成电路运算放大器 镜像电流源 A
静态偏置电流源 B
有源负载微电流源静态偏置镜像电流源稳定工作点？
T?
带缓冲级的比例电流源调零、有源负载？
限流保护
T15,T21
io? Iomax
vR9?
0.5V
T15导通
56
LM741集成运放的简化电路
57
LM741集成运放的简化电路
= -2?
58
小结：
vN
vP vo
－
＋
∞
＋
＋
－vN
vP
vo
V-(+VEE)
V+ (+VCC)
高增益 的 直接耦合多级 差分 放大电路符号：
集成电路运算放大器
O
P
-?
N
V -
V +
1 ~ 2 V
1 ~ 2 V
V
om
电压传输特性：
59
运算放大器外形图
SO8(Plastic Micropackage)
60
极限参数电特性参数 （ Ta=25?C）
输入失调参数
差模特性参数
共模特性参数
大信号动态参数
电源特性参数
6.4 集成电路运算放大器的主要参数以?A741C为例
61
极限参数
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
电源电压?5V ~?18V
最大允许功耗
最大差模输入电压
最大共模输入电压
工作温度范围
保存温度范围军品,-55?C ~ 125?C
-65?C ~ 150?C
通用,0?C ~ 70?C
Vidmax? 30V
Vicmax? 15V
670mW（ DIP）
高压型 （特殊）
HA2645? 80V
D41?150V
62
输入失调参数
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
1,输入失调电压 VIO
2,输入偏置电流 IIB
3,输入失调电流 IIO
4,温度漂移
（ 1） 输入失调电压温漂?VIO /?T
（ 2） 输入失调电流温漂?IIO /?T
BNBPIB II21I
BNBPIO III
＋
－ v o? 0
＋
－ v o =0
2mV
80nA
20nA
20?V/?C
高精度 (低漂移型）
CpA /1,5
d
d
CV/0,0 3
d
d
nA0,3V4
IOIO
IOIO
T
I
T
V
IV
μ
μ
OP177
0.5nA/?C
A741C
精密仪表放大器
63
差模特性参数
1,开环 差模电压增益 AVO
2,开环带宽 BW(fH)
3,单位增益带宽 BWG (fT)
－ 3dB带宽
BJT? 105～ 106?
FET? 109?以上。
6.4 集成电路运算放大器的主要参数无反馈 ―高增益型”达 140~200dB
4.差模输入电阻 rid
A741
ZMH63?B W GOP37
AD9620 ZMH8 0 0 0?B W G
ZH MH600?f
CF357
AD9618
ZMH20?B W G
高速型宽带型
13idBI 10 A0,0 4 0 p RI
12idBI 10 A3 0 p RICF155/255
AD549
M2idR
高输入阻抗型
64
共模特性参数
A741典型值为 90dB，性能好的高达 180dB。
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
1.共模抑制比 KCMR
2.共模输入电阻 ric
电源特性参数
1.电源电压抑制比 PSVR
A741典型值为 90dB
2.静态功耗 PD
3.电源电流 IOC
50mW
1.7mA
低功耗型：
空间技术和生物科学研究电源电压较低，电流微弱
OP22,静态功耗 PD = 36?W。
OP290,PD = 24?W（?0.8V）
CF7612,PD = 50?W（?5V）
65
大信号动态参数
转换速率 S R（ 压摆率 ）
A741典型值为 0.5V/?s
6.4 集成电路运算放大器的主要参数反映运放对于快速变化的输入大信号的响应能力
66
其它参数
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
ZMH63?B W GOP37
AD9620 ZMH8 0 0 0?B W G
ZH MH600?f
CF357
AD9618
ZMH20?B W G
高速型、宽带型
SR μV/17=S
SR V/ μ05=S
SR μV/0018=S
用于宽频带放大器，高速 A/D,D/A等高速数据采集测试系统。
用于小信号放大时，可注重 fH 或 fT ；
用于高速大信号放大时，同时还应注重 SR 。
SR μV/0022=S
最大输出电流 Iomax
13V ~?14V?最大输出电压 ± VOPP
25mA
功率型,LM12
A10o?I
68
6 集成电路运算放大器基本要求了解各种电流源的工作原理、特点和主要用途掌握差模信号、共模信号、差模电压增益、共模电压增益和共模抑制比等基本概念了解差分放大电路的工作原理和特点掌握差分放大电路的静态和动态指标的计算了解集成运算放大器的基本组成和主要参数了解失调电压和失调电流对实际运放的影响及零漂的消除方法
6 集成电路运算放大器
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
6.2 差分式放大电路
6.3 集成电路运算放大器
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
*6.5 专用型集成电路运算放大器
*6.6 放大电路中的噪声与干扰
2
多级放大电路
+
–
Vo RL
Io R s I i
+
–
V s
+
–
V i
–
V i1
+
–
V o1
+
放大电路
–
V i2
+
–
V o2
+
放大电路
–
V i3
+
–
V o3
+
放大电路
R o1
–
+
R i1 A
V O 1 V i1
–
V i2
+
R o2
–
V o2
+
–
+
R i2 A
V O 2 V i2
R o3
–
+
R i3 A
V O 3 V i3
输入级 —Ri? 中间放大级 —AV? 输出级 —Ro?
共集、共射 共射、共基 共集第 4章场效应管第 6.2节差分放大电路
2个信号相减第 5章功率放大电路直接耦合零漂
Ri? RL特别小第 6.1节电流源第 6章集成运算放大器性能改善 第 7章反馈技术、方法第 8,9,10章运算放大器应用各种功能电路
3
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
镜像电流源
多路电流源
电流源用作有源负载
微电流源
概述
BJT基本电流源
比例电流源学习要求会计算电流源的输出电流（求 Q）
能辨认电路（电流源结构的变化规律）
4
1,概述
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
Q I CQ
I BQ
R c
V CC
V CC
v CE
i C
V CEQ
v CE
i C
直流电阻小交流电阻大
C
CE
CE = I
VR
C
CE
ce = i
vr
恒流源,Rs =?,iO = Is,与 RL无关三极管工作在放大区，其输出特性具有恒流特性。
易受温度影响特点：
分析任务确定电流源的输出电流，
并提高计算精度提高输出电阻 Ro
5
2,BJT基本电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
+
–
v i
i B
i 1
R b1
b
c
i C
R c
V CC
+
–
v o
R L
i E R
e
R b 2
C b 1
+
C b2
+
e
i 2
——分压式射极偏置电路
R b1
I C
R c
+ V CC
R e
R b 2
V B
I E
在满足条件 I1 >>IB ； VB >>VBE 时电流源内阻 Rs = R’o（输出电阻）
CC
b2b1
b2B V
RR
RV?
e
BEBEC
R
VVII
e
CC
b2b1
b2
e
B
R
V
RR
R
R
V?
R b 1
r be
I b
r ce
+
–
V o
I b
R b2
R b
R e
I o
R’o
)(
ebbe
e
ce
'
o RRr
R1rR
RL
与 Rc无关，且能稳定 Q（温度影响）
式 3.5.6（ 106页）
6
3,比例电流源6.1 集成电路运算放大器中的电流源
R b1
I C
R c
+ V CC
R e
R b 2
V B
I E
I 1
R b1
I C
R L
+ V CC
R e R
b 2
D
T
I 1
I O
R
I C2
R L
+ V CC
R e2 R
e1
T 2
I C1
T 1
I O
I 1
e
B
e
BEBC
R
V
R
VVI
提高计算精度满足条件,I1 >>IB
VB >>VBE
增加 1个二极管 D
并使 D与 T（ Je）具有相同的温度特性（补偿）
即,VD = VBE
所以，在 Je回路有：
VD +I1 Rb2 = VBE +IC Re
e
b2
1C R
RII? 比例电流源
b2b1
CC
b2b1
BECC
1 RR
V
RR
VVI
＝而：
集成电路中,D?T1
BJT基本电流源 特殊状态思路：
7
VCC=0
IC=0
VBB
IC?0
VBB
T
BJT电流源接法与放大电路接法比较
R
I C2
R c
+ V CC
R e2 R
e1
T 2
I C1
T 1
8
4,镜像电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源思路,比例系数＝ 1
R
I C2
R L
+ V CC
R e2 R
e1
T 2
I C1
T 1
I O
I 1
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
e1
CC
e2
e1
e2
e1
1C2 RR
V
R
R
R
RII
比例电流源去掉 2个电阻，减少占用硅片面积
2IB 求 IC2 =?
对管 T1与 T2特性相同 （温度补偿）
假设 T1处于放大区（问题？）
12VV ＝；BE1BE2 =?
C1C2B1B2 == IIII ；?
C1
R E FBR E FC1
I2II2II
R E F
R E F
C1C2 21= I
III?
对 T1的 C点列 KCL方程：
R
V
R
VV CCBE1CC镜像
ce2o rR?
9
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
4,镜像电流源
R
VIIII CC
R E F
R E F
C1C2 21=
思路：提高精度问题 1 问题 2
VCE1 = VBE1? 0.6V? VCE2
但仍造成,IC2? IC1虽有,VBE2 = VBE1 ；?2 =? 1
修正如下,考虑基区宽度调制效应（ 75页）
）电压，典型值为（ 100V
=
A
C
A
ce
E a r l yV
I
Vr
)(1e CESC
BE
A
V
v
V
vIi T
1,2 9
100
0,6
1
100
30
1
1
1
C E 1
C E 2
C1
C2?
A
A
V
V
V
V
I
I
10
带缓冲级的镜像电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
4,镜像电流源
R
VIIII CC
R E F
R E F
C1C2 21=
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
T 3 I B3
2 I B1
R e3
问题 2
思路：提高精度若?较小，则分流造成的误差不能忽略！
解决方法,增加 1个缓冲级 T3
即共集放大器，减小分流。
为了避免 T3的电流过小而使?3下降，
常常加入电阻 Re3,使 IE3增大。
B1
R E FB3R E FC1
I2IIII
同样对 T1的 C点列 KCL方程：
R E F
R E F
C1C2 21= I
III
2
R
V
R
V2VI CCBE1CC
R E F?
ce2o rR?
11
5,微电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
R
VIIII CC
R E F
R E F
C1C2 21=
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
R e2
思路：产生?A级电流例如,VCC = 10V,IC2 = 1?A，
则 R=10M?。 需 占用硅片面积大
e2
BE2BE1
R
VV
E2C2 II?
)1 0 k1 0 m V(
e2
BE
R
V
解决方法：。。。
TV
v
II BEeSE?
S
E
BE ln I
IVv
T?
E2
E1
e2e2
BE2BE1E2C2 ln
I
I
R
V
R
VVII T
( 1 ) ln
C2
R E F
e2
C2 I
I
R
VI T ( 2 ) CC
R E F R
VI?
例：已知 VCC=15V,IR =1mA，
IC2 =20?A,VBE1=0.7V,则由 (2)得
R=15k?； 由 (1)得 Re2 =5k?。
计算方法：
12
6,多路电流源
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
e1
e
R E FC1 R
RII?
带缓冲级的 比例电流源
e2
e
R E FC2 R
RII?
e3
e
R E FC3 R
RII?
13
小结 —— 电流源结构的变化
R b1
I C
R c
+ V CC
R e
R b 2
V B
I E
I 1
R
I C2
R L
+ V CC
R e2 R e1
T 2
I C1
T 1
I O
I 1
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
T 3 I B3
2 I B1
R e3
R
I C2
R L
+ V CC
T 2
I C1
T 1
I REF
R e2
14
7,电流源用作有源负载
6.1 集成电路运算放大器中的电流源
(1) 用于提供静态电流并能稳定静态工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。
(2) 用作有源负载，可获得增益高的特性。
be
Lcc e 1
i
o
V
)////(=
r
RRr
V
VA
共射电路的电压增益为：
电流源的作用：
例：
共射放大电流源作有源负载后
be
Lce2ce1
i
o
V
)////(=
r
Rrr
V
VA
比用电阻 Rc作负载时提高了
15
R
1
1k
R
6
1
k
T
3
R
8
3
k
+V
C
C
V
o
3
k
C
1
1
k
C
3
1
k
T
2
T
1
R
3
2
0
k
R
L
3
k
R
7
3
k
R
4
3
k
V
i
3
k
C
2
1
k
43?
3k
R
2
3
k
3k?
R
5
3
k
1,8 k
3k
8,2 k
3k
1k?
3k
1k?
3k
10k
3k
3,3 k
3k
1,5 k
3k
3,3 k
3k
( + 1 2 V
)
3k?
放大电路如图所示。各三极管都有? = 49,VBE=0.7V。例：
(1) 试简要说明各三极管的作用；
(2) 计算电路的电压放大倍数（电容的容抗可忽略不计）。
16
6.2 差分式放大电路
直接耦合放大电路的零点漂移问题
6.2.0 概述
差分的基本概念
电路组成及工作原理?抑制零点漂移原理
6.2.1 基本差分式放大电路
6.2.2 FET差分式放大电路
6.2.3 差分式放大电路的传输特性
主要指标分析计算?几种方式指标比较
17
1,直接耦合放大电路的零点漂移问题6.2.0 概述
直接耦合放大电路
零点漂移问题可以放大直流信号
V60 oi vv
V71 m V.0 oi vv
4
i
o 10?
v
vA
V
# 集成运算放大器要采用直接耦合？
零漂,输入短路时,输出仍有缓慢变化的电压产生 。
主要原因,温度变化引起,也称 温漂 。
温漂指标,温度每升高 1度时,输出漂移电压按电压增益折算到输入端 的等效输入漂移电压值 。
电源电压波动也是原因之一没有电容、变压器
18
A1vi vo
103
A2vi vo
105
答：
两个放大电路是否都可以放大 0.1mV的信号？
增加了 Re电压增益输出漂移电压均为 200 mV
输出漂移电压输入端漂移电压为 0.2 mV
输入端漂移电压为 0.002 mV
A1不可以,A2可以
19
例如
100,=V1A
若第一级漂了 100 uV，
则输出漂移 1 V。
若第二级也漂了 100 uV，
则输出漂移 10 mV。
假设第一级是关键 ！
。 1= 1 0 0,= V3V2 AA
减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿调制解调方式 。 如,斩波稳零放大器,
采用 差分式放大电路漂了 100 uV
漂移
10 mV+100 uV
漂移
1 V+ 10 mV
漂移
1 V+ 10 mV
20
2,差分的基本概念
6.2.0 概述
–
V i
+
–
V o
+
放大电路差分放大 +
-
vi1 +
-
vi2
C3 8 50T1 0 0aT1RR /.)(= 0T
)(= i2i1Vo vvAv?
iV= vA
-
+
差分功能：实现 2个信号相减
i2Vi1V vAvA
同相输入端 反相输入端
应用背景：电桥测量
V
1 0 V
R -? R
R +? R R -? R
R +? R
例如铂电阻测温
C1 9 m V /5V222i1 RRVVVR RRv
C1 9 m V /5V222i2 RRVVVR RRv
)( i2i1Vo vvAv实际输出为
+
-
vo
21
2,差分的基本概念
6.2.0 概述
差模与共模：
差分放大 +
-
vi1 +
-
vi2
+
-
vo
+
-vid -
+
i2i1id = vvv?
差模信号
)(21= i2i1ic vvv?
共模信号
icVCidVDooo = vAvAvvv
C1 9 m V /5Vi1v
C1 9 m V /5Vi2v
总输出电压
2=
id
ici1
vvv?
2
vvv id
ici2 =?
0= icid
o
id
o
VD
vv
v
v
vA
差模电压增益
0= idic
o
ic
o
VC
vv
v
v
vA
共模电压增益共模抑制比 反映抑制零漂能力
VC
VD
C M R = A
AK
例：
分析思路：叠加定理
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
ici1 = vv
ici2 = vv
23
6.2.1 基本差分式放大电路电路组成及工作原理
组成特点
静态分析
动态分析（定性）
输入差模信号
输入共模信号抑制零点漂移原理主要指标分析计算
动态分析思路
双端输入
差模增益
共模增益
共模抑制比
输入、输出电阻
单端输入带恒流源的差分电路几种接法性能对比
24
6.2.1 基本差分式放大电路基本差分电路（长尾）
带恒流源的差分电路教材上的差分电路 T 1
+6V
v
s1
R
C1
2 0k?
+
v
s2
–
T
2
R
C2
2 0k?
R
s
50?
T
3
T
4
I
R E F
R
2
4 8 0?
R
3
2,4k?
R
s
50?
R
1
2,4 k?
+
v
o
–
R P
2 0 0?
–6V
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
25
6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c1
+V CC
v o1
T 1
R e1
- V EE
+
-
R b1
i C2
R c2
+V CC
v o2
T 2
R e2
- V EE
v i2
+
-
R b2
vo = vo1? vo2 = Av1vi1? Av2vi2
vo = Avd(vi1? vi2)
AV1 = AV2 （ 对管）
原因之二对称? VC1 = VC2?
vo = VC1 - VC2 = 0? 克服温漂
(3)公共射极电阻 Re
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
R L
R L
组成特点
(1)直接耦合的共射电路 (Rb,Rs)
(2)两边对称单端输出公共 Re对差模信号相当于 短路
1,电路组成及工作原理
26
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
6.2.1 基本差分式放大电路注意：
静态分析
1,电路组成及工作原理电路对称
T放大的条件,Je正偏,Jc反偏
vi1 = vi2 = 0（ 静态 ）
eb
EEBEB1B2
)(
)(0
R21R
VVII
B1C1C2 III
EC1C E 1C E 2 VVVV
cC1CCC1C2 = RIVVV
0,7 V-= BEB1EVVV
Je正偏
T放大
Jc反偏
vo = VC1 - VC2 = 0
实现,0输入? 0输出
27
6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
动态分析 —— 输入差模信号
1,电路组成及工作原理
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
v i1
0
v i2
0
v o2
0
V C2
v o1
0
V C1
v o
0
大小相等，方向相反
i E1
0
I E1
i E2
0
I E2
另外：
Re相当于 短路
iE = 0
28
动态分析 —— 输入共模信号
6.2.1 基本差分式放大电路
1,电路组成及工作原理
ici1 = vv
ici2 = vv大小相等，方向也相同
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
v i1
0
v i2
0
另外,R
e相当于 2Re
iE = 2?iE1 = 2?iE2
v o
0
v o1
0
V C1
v o1
0
V C1
i E1
0
I E1
i E1
0
I E1
29
2,抑制零点漂移的原理（动画）
30
3,主要指标分析计算
6.2.1 基本差分式放大电路动态分析思路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
T 1 T 2
R L
R L
2=
id
ici1
vvv?
2
vvv id
ici2 =?
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
ici1 = vv
ici2 = vv
（ 1）小信号等效电路法
（ 2）运用叠加原理
（ 3）利用 对称特点,
转化为单边电路 求解。
（ 4）四种接法
a,双端输入、双端输出
b,双端输入、单端输出
c,单端输入、双端输出
d,单端输入、单端输出电阻 Re 和 RL
31
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双端输入
—— 差模增益
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
输入纯差模信号
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
V i1
R b I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
R L
I c 1
+
–
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
+
–
R b
I b2
R c
V id
+
–
V o 1
V o 2
I Re
e2b1bbeb1b
ebeb1b1i
RII1rRI
RIrRIV
))(()(
)( Re
电路两边对称
电路变换（拆开、转换为单边电路）
2b1b II
2i1i VV
2o1o VV
Re短路
RL各分一半
画小信号等效电路
（一般不画）
V Re =0
R L /2
R L /2
32
双端输入 —— 差模增益
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
v o R L
T 1 T 2
+
-
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双入双出
V1
i1
o1
i2i1
o2o1
id
oVD = A
v2
v2
vv
vv
v
vA
be
Lc
VD
)
2
1//(
=
rR
RR
A
b?
双入双出
双入单出
V1
i1
o1
i2i1
o1
id
oV D 1
2
1= A
v2
v
vv
v
v
vA
be
Lc
V D 1
)//(
2
1=
rR
RRA
b?
be
Lc
VD2
)//(
2
1=
rR
RRA
b?
RL各分一半 RL由 T1单独负担
同相输入端与反相输入端
+-
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
v o R L
T 1 T 2
+
- 双入单出
Re短路
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
+ -
33
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双端输入
—— 共模增益
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
输入纯共模信号
e2b1bbeb1b
ebeb1b1i
RII1rRI
RIrRIV
))(()(
)( Re
电路两边对称
电路变换（拆开、转换为单边电路）
2b1b II
2i1i VV
2o1o VV
Re对单边相当于 2Re
RL开路
画小信号等效电路
（一般不画）
ici1 = vv
ici2 = vv
V
i1
R b I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
R L
I c 1
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
R b
I b2
R c
V ic
+
–
V o 1
V o 2
I Re
I b1
I b2
2R e
2R e
e1bbeb1b R2I1rRI )()(?
34
双端输入 —— 共模增益
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
v o R L
T 1 T 2
+
-
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双入双出
0=
ic
o2o1
ic
o
VC?
v
vv
v
vA
双入双出
双入单出
V1
i1
o1
ic
oV C 1 = A
v
v
v
vA
eb R21rR
RRA
)(
)//(=
be
Lc
V C 1?
RL开路 RL由 T1单独负担双入单出
ici1 = vv
ici2 = vv
Re对单边相当于 2Re
35
双端输入 —— 共模抑制比
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
v o R L
T 1 T 2
+
-
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
i E2 i E1
+ - v o
R L
T 1 T 2
双入双出 双入单出
be
Lc
id
o
VD
)
2
1//(
=
rR
RR
v
vA
b?
be
Lc
id
o1
VD1
)//(
2
1=
rR
RR
v
vA
b?
0=
ic
o2o1
ic
o
VC?
v
vv
v
vA
eb R21rR
RR
v
vA
)(
)//(=
be
Lc
ic
o1
V C 1?
VC
VD
C M R A
AK
beb
e
beb
ebeb
rR
R1
rR2
R21rRK
)(
)(
)(
C M R
双入双出?双入单出
公共电阻 Re KCMR抑制零漂能力增强
36
双端输入
—— 输入、输出电阻
V i1
R b I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
R L
I c 1
+
–
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
+
–
R b
I b2
R c
V id
+
–
V o 1
V o 2
I Re
V i1
R b I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
I c 1
+
–
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
+
–
R b
I b2
R c
V id
+
–
V o 1
V o 2
I Re
V Re =0
R L /2
R L /2
I i
V i1 R b
I b1
r be
V o
+
–
R c
I b1
R L
I c 1
R e
r be
I b2 I c 2
V i2
R b
I b2
R c
V ic
+
–
V o 1
V o 2
I Re
I b1
I b2
2R e
2R e
3,主要指标分析计算
i
id
id I
VR?
单端输出时,
co RR?
co R2R?双端输出时,
)(2 berRR bid
]2)1([21 be ebic RrRR
i
ic
ic I
VR?
1
1
1
1
21 22
i
b
i
b
ii R
I
V
I
VV
1
1
1
21
1
2
1
2 ib
i
bb
i R
I
V
II
V
37
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
-
R b
v i2
+
-
R b
+ - v o
R L
T 1 T 2
+
-
+
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
- V EE
-
R b
- v id /2
+
-
R b
+ - v o
R L
T 1 T 2
+
-
+
v ic
-
+
+ v id /2
R e
2=
id
ici1
vvv?
2
vvv id
ici2 =?
i C1
R c
v o1
i C2
R c
v o2
-
R b
- v id /2 + -
R b
+ - v o
R L
T 1 T 2
+
-
+ + v id /2
v id - +
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
- V EE
R b R b
v o R L
T 1 T 2
+
-
v ic
-
+
R e 2R e
ici1 = vv
ici2 = vv
2=
idi1 vv?
2=
idi2 vv?
38
v i1
i C1
R c
v o1
i C2
R c
+V CC
v o2
R e
- V EE
+
-
R b
v i2
+
-
R b
i E
v i1 /2
+ - v o
R L
T 1 T 2
+
-
v i1 /2
+
-
-
+
单端输入
3,主要指标分析计算 6.2.1 基本差分式放大电路
0i1?v
0=i2v
22=
i1i1i1 vvv?
22=
i1i1i2 vvv?
例如：
i1i2i1id = vvvv
22=
i1i2i1ic vvvv
idVDicVCidVDo = vAvAvAv
指标计算与双端输入相同！
39
4,具有电流源的差分放大电路
6.2.1 基本差分式放大电路
（ RL 均为 10k?）
先求 Q点,比例电流源
1,8 7 5 m A)6V(0,6 V0
21
R E F
RRI
0,3 7 5 m A
3
2
R E FE3 R
RII
0,1 8 7 5 m A21 E3C2C1 III
8,6 6 kb e 2b e 1 rr
2 1 0 0 k)//(1
213b e 3
3
ce3o3 RRRr
Rrr?
T
1
+ 6V
v
s1
R
C1
2 0k?
+
v
s2
–
T
2
R
C2
2 0k?
R
s
50?
T
3
T
4
I
R E F
R
2
480?
R
3
2,4k?
R
s
50?
R
1
2,4k?
+
v
o
–
200?
– 6V
RP
+
–
v
o2
ro3
50
– 6V
I
E 3
r
o3
例题 1
已知,?=60,VBE=0.6V,rce= 100k?。
设调零电位器 RP的动端在中间位置。
(1) 双端输出的 AVD,KCMR ；
(2) 单端 vo2输出的 AVD2,KCMR2 ；
(3) Rid,Ric ；
4,4 kb e 3r
求：
解：
40
(1) 双端输出的 AVD,KCMR ；
T 1
+ 6V
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+
v o
–
200?
– 6V
RP
+
–
v o2
I E 3
r o3
0=
ic
o2o1
ic
o
VC?
v
vv
v
vAC M RK交流通路
VS1
s1
o1
s2s1
o2o1
id
oVD = A
v2
v2
vv
vv
v
vA
解：
216
2R P /1rR
R
2
1R
s
.
)(
)//(
be
Lc1
例题 1
T 1
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+ v o –
100?
R P / 2
+
–
v o2
100?
R P / 2
差模交流通路
T 1
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+ v o –
100?
R P / 2
+
–
v o2
2r o3
100?
R P / 2
2r o3
共模交流通路
41
T 1
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+ v o –
100?
R P / 2
+
–
v o2
100?
R P / 2
差模交流通路例题 1
解：
(2) 单端 vo2输出的 AVD2,KCMR2 ；
T 1
v s1
R C1
2 0k?
+
v s2
–
T 2
R C2
2 0k?
R s
50?
R s 50?
+ v o –
100?
R P / 2
+
–
v o2
2r o3
100?
R P / 2
2r o3
共模交流通路
VS2
s2
o2
s2s1
o2
id
oVD2
2
1= A
v2
v
vv
v
v
vA
5132RP1rR RR21
s
./)( )//(
be
Lc2?
VS2
s2
o2
ic
oVC2 = A
v
v
v
vA
)/)((
)//(
be
Lc
3os r22RP1rR
RR
3
3o
1061r2 RR,// Lc
).(
VC
VD
C M R dB6788500A
AK
2 9,5 k]/)([ be 2RP1r2R id?
)]/)(([21 o3be r22RP1rR ic
M128
47
6.3 集成电路运算放大器
6.3.1 简单的集成电路运算放大器
6.3.2 通用型集成电路运算放大器
48
6.3.1 简单的集成电路运算放大器集成电路运算放大器直接耦合多级放大电路符号,特点,?电压增益高（差模）
输入电阻大
输出电阻小
49
读图
6.3.1 简单的集成电路运算放大器例题
in
out
直接耦合多级放大电路差分输入级双入单出中间放大级复合管共射输出级
2级共集镜像电流源输入级偏置 镜像电流源
T5的偏置
+ - + + - -
-
反相端同相端
50
（ 1）放大电路的直流分析例 6.3.1
已知：当 vi1 = vi2 = 0时,vo = 0 ；?= 100； VBE = 0.7V 。
1 m A)(
8
EEBE8CCR E FC7
R
VVVII
差分输入级
5 m A.021 C7C2C1 III
4V)7V.0()( 2C2CCC E 2 RIVV
中间放大级
1 m A)2()(
4
BE2C2CCR4R3
R
VRIVII
4R43R3CC
BE2R2CC3R3CC
E4C4C E 4
)(
)2()(
3V
RIRIV
VRIVRIV
VVV
B5C3C4R3 IIII
)( B3C3C4R4 IIII
51
（ 1）放大电路的直流分析例 6.3.1
已知：当 vi1 = vi2 = 0时,vo = 0 ；?= 100； VBE = 0.7V 。
1 m A0)(
5
B E 6B E 53R3CCE5
R
VVRIVI
输出级
5 m A)(0
6
EEE6
R
VI
0,9 6 m A)(0
7
EED
R7C9?
R
VVII
直流电平移动
Vo = VB5-VBE5 -VR5 -VBE6
= VB5-2VBE – IC9R5
52
（ 2）放大电路的输入、输出电阻例 6.3.1
rbe1= rbe2=5.45k?,rbe3 =262k?,rbe4= rbe5=2.8k?,rbe6=725?
=100rce=200k?
Rid=
Ric=
Ro2=
Ri2 =19.9M?
Ro1=
= rbe3 + (1+?)[rbe4 +(1+?)R4 ]
Ri3 =10.6M?
0,4 1 ko3R
6
5
35be
596be
6
1
)
1
//(
//
Rr
Rrr
R
ce
2rbe1 =10.9k?
0.5[rbe1 +(1+?)2rce7] =20M?
R2=13.4k?
R3=5.1k?
= rbe5 + (1+?){R5 + rce9 // [rbe6 +(1+?)R6 ]}
53
（ 3）放大电路的总增益例 6.3.1
V3V2VD
c4
o
c2
c4
i2i1
c2
V AAAv
v
v
v
vv
vA
1 2 9=)//(=
be
2
be
i22?
r2
R
r2
RR
Ri2 =19.9M? >> R2
V T 2
i2
c2
i2i1
c2VD
2
1= A
v2
v
vv
vA
]})()[({
//])([
4b e 4b e 3
i33
V2 R1r1ri
RRi1iA
3b
43b33b3
2,6
i2
3
R
R43
3 3 5VA
1?3VA
Ri3 =10.6M?
54
6.3.2 通用型集成电路运算放大器读图差分放大输入级共集－共基组合双入－单出中间放大级复合管－共射互补对称功放互补对称功放前置放大共集缓冲
2个二极管甲乙类功放
+
+
+
+
-
相位
-
-
-
55
读图
6.3.2 通用型集成电路运算放大器 镜像电流源 A
静态偏置电流源 B
有源负载微电流源静态偏置镜像电流源稳定工作点？
T?
带缓冲级的比例电流源调零、有源负载？
限流保护
T15,T21
io? Iomax
vR9?
0.5V
T15导通
56
LM741集成运放的简化电路
57
LM741集成运放的简化电路
= -2?
58
小结：
vN
vP vo
－
＋
∞
＋
＋
－vN
vP
vo
V-(+VEE)
V+ (+VCC)
高增益 的 直接耦合多级 差分 放大电路符号：
集成电路运算放大器
O
P
-?
N
V -
V +
1 ~ 2 V
1 ~ 2 V
V
om
电压传输特性：
59
运算放大器外形图
SO8(Plastic Micropackage)
60
极限参数电特性参数 （ Ta=25?C）
输入失调参数
差模特性参数
共模特性参数
大信号动态参数
电源特性参数
6.4 集成电路运算放大器的主要参数以?A741C为例
61
极限参数
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
电源电压?5V ~?18V
最大允许功耗
最大差模输入电压
最大共模输入电压
工作温度范围
保存温度范围军品,-55?C ~ 125?C
-65?C ~ 150?C
通用,0?C ~ 70?C
Vidmax? 30V
Vicmax? 15V
670mW（ DIP）
高压型 （特殊）
HA2645? 80V
D41?150V
62
输入失调参数
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
1,输入失调电压 VIO
2,输入偏置电流 IIB
3,输入失调电流 IIO
4,温度漂移
（ 1） 输入失调电压温漂?VIO /?T
（ 2） 输入失调电流温漂?IIO /?T
BNBPIB II21I
BNBPIO III
＋
－ v o? 0
＋
－ v o =0
2mV
80nA
20nA
20?V/?C
高精度 (低漂移型）
CpA /1,5
d
d
CV/0,0 3
d
d
nA0,3V4
IOIO
IOIO
T
I
T
V
IV
μ
μ
OP177
0.5nA/?C
A741C
精密仪表放大器
63
差模特性参数
1,开环 差模电压增益 AVO
2,开环带宽 BW(fH)
3,单位增益带宽 BWG (fT)
－ 3dB带宽
BJT? 105～ 106?
FET? 109?以上。
6.4 集成电路运算放大器的主要参数无反馈 ―高增益型”达 140~200dB
4.差模输入电阻 rid
A741
ZMH63?B W GOP37
AD9620 ZMH8 0 0 0?B W G
ZH MH600?f
CF357
AD9618
ZMH20?B W G
高速型宽带型
13idBI 10 A0,0 4 0 p RI
12idBI 10 A3 0 p RICF155/255
AD549
M2idR
高输入阻抗型
64
共模特性参数
A741典型值为 90dB，性能好的高达 180dB。
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
1.共模抑制比 KCMR
2.共模输入电阻 ric
电源特性参数
1.电源电压抑制比 PSVR
A741典型值为 90dB
2.静态功耗 PD
3.电源电流 IOC
50mW
1.7mA
低功耗型：
空间技术和生物科学研究电源电压较低，电流微弱
OP22,静态功耗 PD = 36?W。
OP290,PD = 24?W（?0.8V）
CF7612,PD = 50?W（?5V）
65
大信号动态参数
转换速率 S R（ 压摆率 ）
A741典型值为 0.5V/?s
6.4 集成电路运算放大器的主要参数反映运放对于快速变化的输入大信号的响应能力
66
其它参数
6.4 集成电路运算放大器的主要参数
ZMH63?B W GOP37
AD9620 ZMH8 0 0 0?B W G
ZH MH600?f
CF357
AD9618
ZMH20?B W G
高速型、宽带型
SR μV/17=S
SR V/ μ05=S
SR μV/0018=S
用于宽频带放大器，高速 A/D,D/A等高速数据采集测试系统。
用于小信号放大时，可注重 fH 或 fT ；
用于高速大信号放大时，同时还应注重 SR 。
SR μV/0022=S
最大输出电流 Iomax
13V ~?14V?最大输出电压 ± VOPP
25mA
功率型,LM12
A10o?I
68
6 集成电路运算放大器基本要求了解各种电流源的工作原理、特点和主要用途掌握差模信号、共模信号、差模电压增益、共模电压增益和共模抑制比等基本概念了解差分放大电路的工作原理和特点掌握差分放大电路的静态和动态指标的计算了解集成运算放大器的基本组成和主要参数了解失调电压和失调电流对实际运放的影响及零漂的消除方法
