6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术
6.3 差分式放大电路的传输特性
6.4 集成电路运算放大器
6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响
6.2 差分式放大电路
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术
6.1.1 BJT电流源电路
6.1.2 FET电流源
1,镜像电流源
2,微电流源
3,高输出阻抗电流源
4,组合电流源
1,MOSFET镜像电流源
2,MOSFET多路电流源
3,JFET电流源
6.1.1 BJT电流源电路
1,镜像电流源
BE1BE2 = VV E1E2 = II
C1C2 = II
T1,T2的参数全同即 β1＝ β2,ICEO1＝ ICEO2
当 BJT的 β较大时，基极电流 IB可以忽略
Io＝ IC2≈ IREF＝
R
VV
R
VVV EECCEEBECC )(
代表符号
6.1.1 BJT电流源电路
1,镜像电流源动态电阻
2B
1
2CE
2C
o )( Iv
ir?
一般 ro在几百千欧以上
ce r?
6.1.1 BJT电流源电路
2,微电流源
e2
BE2BE1
R
VVE2C2O III
e2
BE
R
V
由于 很小,
BEV?
所以 IC2也很小 。 ro≈rce2（ 1＋ ）
e2be 2
e2
Rr
R
（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ）
oR?
A1和 A3分别是 T1和 T3的相对结面积动态输出电阻 ro远比微电流源的动态输出电阻为高
6.1.1 BJT电流源电路
3,高输出阻抗电流源
R
VVVVI EEB E 23BECC
R E F
R E F
1
3
C2o IA
AII
6.1.1 BJT电流源电路
4,组合电流源
T1,R1 和 T4支路产生基准电流
IREF
1
E B 4B E 1EECC
R E F R
VVVVI
T1和 T2,T4和 T5构成镜像电流源
T1和 T3,T4和 T6构成了微电流源
6.1.2 FET电流源
1,MOSFET镜像电流源当器件具有不同的宽长比时
R
VVVIII GSSSDD
R E FD2O
R E F
11
22
O /
/ I
LW
LWI （?=0）
ro= rds2
MOSFET基本镜像电路流
6.1.2 FET电流源
1,MOSFET镜像电流源
2
T2G S 22n
2
T2G S 22n2D2
)(
)()/(
VVK
VVKLWI
用 T3代替 R,T1~T3特性相同，
且工作在放大区，当?=0时,输出电流为常用的镜像电流源
6.1.2 FET电流源
2,MOSFET多路电流源
R E F
11
22
D2 /
/ I
LW
LWI?
R E F
11
33
D3 /
/ I
LW
LWI?
R E F
11
44
D4 /
/ I
LW
LWI?
2
T0G S 0n0
D0R E F
)( VVK
II
6.1.2 FET电流源
3,JFET电流源
end
(a) 电路 (b) 输出特性
6.2 差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
1,用三端器件组成的差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2,有关概念
i2i1id = vvv?
差模信号
)(21= i2i1ic vvv?
共模信号
id
o
d = v
v
v
A 差模电压增益
ic
o
c = v
v
v
A 共模电压增益
iccidd
ooo
=
vv
vvv
vv AA
总输出电压其中
ov?
—— 差模信号产生的输出
ov?
—— 共模信号产生的输出 共模抑制比反映抑制零漂能力的指标
c
d
C M R =
v
v
A
AK
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2,有关概念根据
2=
id
ici1
vvv?
2=
id
ici2
vvv?
i2i1id = vvv?
)(21= i2i1ic vvv?
有共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1,电路组成及工作原理
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1,电路组成及工作原理静态
OCC2C1 2
1= IIII
C E 2C E 1 = VV
CCV
)V7.0(c2CCC RIV
c2C RI EV
β
III C
B2B1
动态 仅输入差模信号，
i2i1 vv 和大小相等，相位相反。
O2O1 vv 和大小相等，,0
O2O1o vvv
信号被放大。
相位相反。
1,电路组成及工作原理
2,抑制零点漂移原理温度变化和电源电压波动,都将使集电极电流产生变化 。 且变化趋势是相同的,
其效果相当于在两个输入端加入了共模信号 。
这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程 。
所以,即使电路处于单端输出方式时,仍有较强的抑制零漂能力 。
2,抑制零点漂移原理差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用
3,主要指标计算
（ 1）差模情况
id
o
d = v
v
vA
i2i1
o2o1
vv
vv
接入负载时
i1
o1
2
2
v
v?
be
c
r
R
be
Lc
d
)21//(
=
r
RRβ
A?v
以双倍的元器件换取抑制零漂的能力
<A> 双入,双出
3,主要指标计算
（ 1）差模情况
<B> 双入,单出
id
o1
d1 = v
v
vA
i1
o1
2v
v
d2
1
vA?
be
c
2r
R
接入负载时
be
Lc
d 2
)//(=
r
RRβA?
v
3,主要指标计算
（ 1）差模情况
<C> 单端输入
eo rr
等效于双端输入指标计算与双端输入相同。
3,主要指标计算
（ 2）共模情况
<A> 双端输出共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。
所以 0
o c 2o c 1oc vvv
0
ic
oc
c v
v
vA
共模增益
<B> 单端输出
ic
o c 1
c1 v
v
v?A
抑制零漂能力增强
ic
oc2
v
v?
obe
c
2)1( rr
R
o
c
2r
R
or?c1vA
3,主要指标计算
（ 2）共模情况
（ 3）共模抑制比
c
d
C M R
v
v
A
AK? dB lg20
c
d
C M R
v
v
A
AK?
双端输出,理想情况
C M RK?
单端输出
C M RK
c1
d1
v
v
A
A
be
o
r
r
越大,C M RK
抑制零漂能力 越强单端输出时的总输出电压 )1(
idC M R
ic
idd1o1 v
vvv
v KA
（ 4）频率响应高频响应与共射电路相同,低频可放大直流信号 。
例
(4)当输出接一个 12k?负载时的差模电压增益,
解：
求,
mA1)V12(0
c3
C3?
RI
V9)V12(0 e3E3E3C3C E 3 RIVVV
。时，当
，，
均为硅管，、、
V00
8050
TTT
Oi
321
321
vv
βββ
mV5)3(;)2(;
)1(
Oi
2d2
e2
C E 2C E 3EC23C
vv
vvv
时，当的值及
、、、、
AAA
R
VVIII
(1)静态
k3.2mV26)1(200
E3
3b e 3 Ir?
(2)电压增益
mA37.0
c2
B E 3e3E3
C2?
R
VRII
V9
V )7.0(1037.012
V12 E2c2C2C E 2
VRIV
mA74.022 C2E2E III
k2.5k
74.0
121074.07.0
)12(
E
e1EE
e2
I
RIV
R
k78.3mV26)1(200
E2
2b e 2 Ir?
k3.2 4 5
)1( e33b e 3i2 RrR?
(3)
50)(2 )//(
b1be
i2c22
d2 Rr
RRβA
v
9.3)1( )//(
e33be
L3c3
2 Rr
RRβA
v
1 9 52d2 vvv AAA
mV5.2)0mV5(21)(21 i2i1ic vvv
差分电路的共模增益
3.0)(2)1( )//(
e2e12b1be
i2c22
c2 RRβRr
RRβA
v
mV972)9.3(]5.2)3.0(550[)( 2icc2idd22O2O vvvv vvvv AAAA
共模输入电压不计共模输出电压时 mV9 75Ov
(4) 时 k12
LR
95.1)1( )//(
e33be
L3c3
2 Rβr
RRβA
v
5.972d2 vvv AAA
4,带有源负载的射极耦合差分式放大电路静态
IE6?IREF
e6
BE6EECC
RR
VVV
E6
E5
E6 I
R
RIO ＝ IE5
4,带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模电压增益
（负载开路） 0c e 4o2c e 2o2c2c4 rvrvii 0)2(2 ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv
be
c e 4c e 2
id
o2
d2
)//(
r
rr
v
vA
v
则单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益
4,带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模输入电阻 Rid＝ 2rbe
c e 4c e 2o // rrR?
输出电阻
4,带有源负载的射极耦合差分式放大电路共模输入电阻
Ric＝ rbe＋ 2(1＋ β)ro5
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1,CMOS差分式放大电路
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1,CMOS差分式放大电路双端输出差模电压增益
id
o1
i2i1
o2o1
d
2
v
v
vv
vv
v
A
) //(
2
)//(
o1o3
id
m
o1o3i1mo1
rrg
rrg
v
vv
而,
)//(
)//(
d s 1d s 3m
o1o3md
rrg
rrgA
v
所以：
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1,CMOS差分式放大电路单端输出差模电压增益
vo2＝ (id4-id2)(ro2// ro4)
＝ gm vid（ ro2 // ro4）
)]2(2[ idmidm vv gg
(ro2// ro4)
id
o2
d v
v
v?A
＝ gm(ro2 // ro4 )
与双端输出相同
end
6.3 差分式放大电路的传输特性根据
TBE /ESE e VIi v?
iC1= iE1,iC2= iE2
vBE1= vi1= vid/2
vBE2= vi2 = -vid/2
又 vO1＝ VCC－ iC1Rc1
vO2＝ VCC－ iC2Rc2
可得传输特性曲线
vO1,vO2＝ f（ vid）
vO1,vO2＝ f（ vid） 的传输特性曲线
end
6.4 集成电路运算放大器
6.4.1 集成电路运算放大器 CMOS MC14573
6.4.2 集成运算放大器 741
6.4.1 CMOS MC14573 集成电路运算放大器
1,电路结构和工作原理
2,电路技术指标的分析计算
(1)直流分析
R E F
G S 5SSDD
R E F
S G 5SSDD
oR E F
R
VVV
R
VVV
II
2TG S 5P5R E F )( VVKI
已知 VT 和 KP5,可求出 IREF
根据各管子的宽长比,可求出其它支路电流。
(2)小信号分析
2
idg s1 vv
2
idg s2 vv
设 gm1 = gm2 = gm
)//)((
)//(
4o2o2d4d
4o2oog s 7o2
rrii
rri
vv
则
)//(
)//) ] (
2
()
2
([
d s 4d s 2idm
4o2o
id
2m
id
1m
rrg
rrgg
v
vv
2,电路技术指标的分析计算
)//)(( 4o2o2d1d rrii
)//( d s 4d s 2m
id
o2
1 rrgA v v
v
输入级电压增益
(2)小信号分析
2,电路技术指标的分析计算总电压增益
Av = Av1· Av2
Av2= vo/ v gs7
=－ gm7(rds7//rds8)
第二级电压增益将参数代入计算得
Av = 40884.8（ 92.2 dB ）
6.4.2 集成运算放大器 741 原理电路
6.4.2 集成运算放大器 741 简化电路
end
6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响
6.5.1 实际集成运放的主要参数
6.5.2 集成运放应用中的实际问题
6.5.1 实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）
1,输入失调电压 VIO
在室温（ 25℃ ）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压 VIO。一般约为 ± （ 1～ 10） mV。超低失调运放为（ 1～
20）?V。高精度运放 OP-117 VIO=4?V。 MOSFET达 20 mV。
2,输入偏置电流 IIB
输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值
IIB＝（ IBN＋ IBP） /2
BJT为 10 nA～ 1?A； MOSFET运放 IIB在 pA数量级。
6.5.1 实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）
3,输入失调电流 IIO
输入失调电流 IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差,即 IIO＝ |IBP－ IBN|
一般约为 1 nA～ 0.1?A。
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
6.5.1 实际集成运放的主要参数差模特性
1,开环差模电压增益 Avo和带宽 BW
开环差模电压增益 AvO
开环带宽 BW(fH)
单位增益带宽 BWG (fT)
741型运放 AvO的频率响应
6.5.1 实际集成运放的主要参数差模特性
2,差模输入电阻 rid和输出电阻 ro
BJT输入级的运放 rid一般在几百千欧到数兆欧
MOSFET为输入级的运放 rid＞ 1012Ω
超高输入电阻运放 rid＞ 1013Ω,IIB≤0.040pA
一般运放的 ro＜ 200Ω，而超高速 AD9610的 ro＝ 0.05Ω。
3,最大差模输入电压 Vidmax
6.5.1 实际集成运放的主要参数共模特性
1,共模抑制比 KCMR和共模输入电阻 ric
一般通用型运放 KCMR为（ 80～ 120） dB，高精度运放可达 140dB,ric≥100MΩ。
2,最大共模输入电压 Vicmax
一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生 1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 ± 13V。
6.5.1 实际集成运放的主要参数大信号动态特性
1,转换速率 SR
放大电路在闭环状态下,输入为大信号 （ 例如阶跃信号 ） 时,
输出电压对时间的最大变化速率,即
m a x
o
R d
)(d
t
tS v?
若信号为 vi＝ Vimsin2?ft,则运放的 SR必须满足 SR≥2πfmaxVom
6.5.1 实际集成运放的主要参数大信号动态特性
2,全功率带宽 BWP
指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率,即
SR和 BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标 。 一般通用型运放 SR在 nV/?s以下,741的 SR=0.5V/?s而高速运放要求 SR＞
30V/?s以上 。 目前超高速的运放如 AD9610的 SR＞ 3500V/?s。
om
Rm a xP
π2 V
SfBW
电源特性
1,电源电压抑制比 KSVR
衡量电源电压波动对输出电压的影响
2,静态功耗 PV
6.5.1 实际集成运放的主要参数
1,集成运放的选用根据技术要求应首选通用型运放,当通用型运放难以满足要求时,才考虑专用型运放,这是因为通用型器件的各项参数比较均衡,做到技术性与经济性的统一 。 至于专用型运放,虽然某项技术参数很突出,但其他参数则难以兼顾,例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄,而高速型与高精度常常有矛盾,如此等等 。
6.5.2 集成运放应用中的实际问题
2,失调电压 VIO、失调电流 IIO和偏置电流 IIB带来的误差
6.5.2 集成运放应用中的实际问题输入为零时的等效电路
2
IO
IBP )2( R
IIV
f1
1
ON RR
RVV
NP VV?
)//)(2( f1IOIB RRII
IOV?
解得误差电压
)//(21)//()/1( 2f1IO2f1IBIO1fO RRRIRRRIVRRV
))(/1( 2IOIO1fO RIVRRV
当 时,可以消除偏置电流 引起的误差,此时
f12 // RRR?
IBI
当电路为积分运算时,
即 换成电容 C,则
fR
tRtIttVCRRtItVtv d)(d)( 1)()()( 2IOIO
1
2IOIOO
时间越长,误差越大,且易使输出进入饱和状态 。
IOIO IV 和引起的误差仍存在
end
3,调零补偿
6.5.2 集成运放应用中的实际问题
（ a）调零电路 （ b）反相端加入补偿电路
6.3 差分式放大电路的传输特性
6.4 集成电路运算放大器
6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响
6.2 差分式放大电路
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术
6.1.1 BJT电流源电路
6.1.2 FET电流源
1,镜像电流源
2,微电流源
3,高输出阻抗电流源
4,组合电流源
1,MOSFET镜像电流源
2,MOSFET多路电流源
3,JFET电流源
6.1.1 BJT电流源电路
1,镜像电流源
BE1BE2 = VV E1E2 = II
C1C2 = II
T1,T2的参数全同即 β1＝ β2,ICEO1＝ ICEO2
当 BJT的 β较大时，基极电流 IB可以忽略
Io＝ IC2≈ IREF＝
R
VV
R
VVV EECCEEBECC )(
代表符号
6.1.1 BJT电流源电路
1,镜像电流源动态电阻
2B
1
2CE
2C
o )( Iv
ir?
一般 ro在几百千欧以上
ce r?
6.1.1 BJT电流源电路
2,微电流源
e2
BE2BE1
R
VVE2C2O III
e2
BE
R
V
由于 很小,
BEV?
所以 IC2也很小 。 ro≈rce2（ 1＋ ）
e2be 2
e2
Rr
R
（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ）
oR?
A1和 A3分别是 T1和 T3的相对结面积动态输出电阻 ro远比微电流源的动态输出电阻为高
6.1.1 BJT电流源电路
3,高输出阻抗电流源
R
VVVVI EEB E 23BECC
R E F
R E F
1
3
C2o IA
AII
6.1.1 BJT电流源电路
4,组合电流源
T1,R1 和 T4支路产生基准电流
IREF
1
E B 4B E 1EECC
R E F R
VVVVI
T1和 T2,T4和 T5构成镜像电流源
T1和 T3,T4和 T6构成了微电流源
6.1.2 FET电流源
1,MOSFET镜像电流源当器件具有不同的宽长比时
R
VVVIII GSSSDD
R E FD2O
R E F
11
22
O /
/ I
LW
LWI （?=0）
ro= rds2
MOSFET基本镜像电路流
6.1.2 FET电流源
1,MOSFET镜像电流源
2
T2G S 22n
2
T2G S 22n2D2
)(
)()/(
VVK
VVKLWI
用 T3代替 R,T1~T3特性相同，
且工作在放大区，当?=0时,输出电流为常用的镜像电流源
6.1.2 FET电流源
2,MOSFET多路电流源
R E F
11
22
D2 /
/ I
LW
LWI?
R E F
11
33
D3 /
/ I
LW
LWI?
R E F
11
44
D4 /
/ I
LW
LWI?
2
T0G S 0n0
D0R E F
)( VVK
II
6.1.2 FET电流源
3,JFET电流源
end
(a) 电路 (b) 输出特性
6.2 差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
1,用三端器件组成的差分式放大电路
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2,有关概念
i2i1id = vvv?
差模信号
)(21= i2i1ic vvv?
共模信号
id
o
d = v
v
v
A 差模电压增益
ic
o
c = v
v
v
A 共模电压增益
iccidd
ooo
=
vv
vvv
vv AA
总输出电压其中
ov?
—— 差模信号产生的输出
ov?
—— 共模信号产生的输出 共模抑制比反映抑制零漂能力的指标
c
d
C M R =
v
v
A
AK
6.2.1 差分式放大电路的一般结构
2,有关概念根据
2=
id
ici1
vvv?
2=
id
ici2
vvv?
i2i1id = vvv?
)(21= i2i1ic vvv?
有共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1,电路组成及工作原理
6.2.2 射极耦合差分式放大电路
1,电路组成及工作原理静态
OCC2C1 2
1= IIII
C E 2C E 1 = VV
CCV
)V7.0(c2CCC RIV
c2C RI EV
β
III C
B2B1
动态 仅输入差模信号，
i2i1 vv 和大小相等，相位相反。
O2O1 vv 和大小相等，,0
O2O1o vvv
信号被放大。
相位相反。
1,电路组成及工作原理
2,抑制零点漂移原理温度变化和电源电压波动,都将使集电极电流产生变化 。 且变化趋势是相同的,
其效果相当于在两个输入端加入了共模信号 。
这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程 。
所以,即使电路处于单端输出方式时,仍有较强的抑制零漂能力 。
2,抑制零点漂移原理差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用
3,主要指标计算
（ 1）差模情况
id
o
d = v
v
vA
i2i1
o2o1
vv
vv
接入负载时
i1
o1
2
2
v
v?
be
c
r
R
be
Lc
d
)21//(
=
r
RRβ
A?v
以双倍的元器件换取抑制零漂的能力
<A> 双入,双出
3,主要指标计算
（ 1）差模情况
<B> 双入,单出
id
o1
d1 = v
v
vA
i1
o1
2v
v
d2
1
vA?
be
c
2r
R
接入负载时
be
Lc
d 2
)//(=
r
RRβA?
v
3,主要指标计算
（ 1）差模情况
<C> 单端输入
eo rr
等效于双端输入指标计算与双端输入相同。
3,主要指标计算
（ 2）共模情况
<A> 双端输出共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。
所以 0
o c 2o c 1oc vvv
0
ic
oc
c v
v
vA
共模增益
<B> 单端输出
ic
o c 1
c1 v
v
v?A
抑制零漂能力增强
ic
oc2
v
v?
obe
c
2)1( rr
R
o
c
2r
R
or?c1vA
3,主要指标计算
（ 2）共模情况
（ 3）共模抑制比
c
d
C M R
v
v
A
AK? dB lg20
c
d
C M R
v
v
A
AK?
双端输出,理想情况
C M RK?
单端输出
C M RK
c1
d1
v
v
A
A
be
o
r
r
越大,C M RK
抑制零漂能力 越强单端输出时的总输出电压 )1(
idC M R
ic
idd1o1 v
vvv
v KA
（ 4）频率响应高频响应与共射电路相同,低频可放大直流信号 。
例
(4)当输出接一个 12k?负载时的差模电压增益,
解：
求,
mA1)V12(0
c3
C3?
RI
V9)V12(0 e3E3E3C3C E 3 RIVVV
。时，当
，，
均为硅管，、、
V00
8050
TTT
Oi
321
321
vv
βββ
mV5)3(;)2(;
)1(
Oi
2d2
e2
C E 2C E 3EC23C
vv
vvv
时，当的值及
、、、、
AAA
R
VVIII
(1)静态
k3.2mV26)1(200
E3
3b e 3 Ir?
(2)电压增益
mA37.0
c2
B E 3e3E3
C2?
R
VRII
V9
V )7.0(1037.012
V12 E2c2C2C E 2
VRIV
mA74.022 C2E2E III
k2.5k
74.0
121074.07.0
)12(
E
e1EE
e2
I
RIV
R
k78.3mV26)1(200
E2
2b e 2 Ir?
k3.2 4 5
)1( e33b e 3i2 RrR?
(3)
50)(2 )//(
b1be
i2c22
d2 Rr
RRβA
v
9.3)1( )//(
e33be
L3c3
2 Rr
RRβA
v
1 9 52d2 vvv AAA
mV5.2)0mV5(21)(21 i2i1ic vvv
差分电路的共模增益
3.0)(2)1( )//(
e2e12b1be
i2c22
c2 RRβRr
RRβA
v
mV972)9.3(]5.2)3.0(550[)( 2icc2idd22O2O vvvv vvvv AAAA
共模输入电压不计共模输出电压时 mV9 75Ov
(4) 时 k12
LR
95.1)1( )//(
e33be
L3c3
2 Rβr
RRβA
v
5.972d2 vvv AAA
4,带有源负载的射极耦合差分式放大电路静态
IE6?IREF
e6
BE6EECC
RR
VVV
E6
E5
E6 I
R
RIO ＝ IE5
4,带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模电压增益
（负载开路） 0c e 4o2c e 2o2c2c4 rvrvii 0)2(2 ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv
be
c e 4c e 2
id
o2
d2
)//(
r
rr
v
vA
v
则单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益
4,带有源负载的射极耦合差分式放大电路差模输入电阻 Rid＝ 2rbe
c e 4c e 2o // rrR?
输出电阻
4,带有源负载的射极耦合差分式放大电路共模输入电阻
Ric＝ rbe＋ 2(1＋ β)ro5
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1,CMOS差分式放大电路
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1,CMOS差分式放大电路双端输出差模电压增益
id
o1
i2i1
o2o1
d
2
v
v
vv
vv
v
A
) //(
2
)//(
o1o3
id
m
o1o3i1mo1
rrg
rrg
v
vv
而,
)//(
)//(
d s 1d s 3m
o1o3md
rrg
rrgA
v
所以：
6.2.3 源极耦合差分式放大电路
1,CMOS差分式放大电路单端输出差模电压增益
vo2＝ (id4-id2)(ro2// ro4)
＝ gm vid（ ro2 // ro4）
)]2(2[ idmidm vv gg
(ro2// ro4)
id
o2
d v
v
v?A
＝ gm(ro2 // ro4 )
与双端输出相同
end
6.3 差分式放大电路的传输特性根据
TBE /ESE e VIi v?
iC1= iE1,iC2= iE2
vBE1= vi1= vid/2
vBE2= vi2 = -vid/2
又 vO1＝ VCC－ iC1Rc1
vO2＝ VCC－ iC2Rc2
可得传输特性曲线
vO1,vO2＝ f（ vid）
vO1,vO2＝ f（ vid） 的传输特性曲线
end
6.4 集成电路运算放大器
6.4.1 集成电路运算放大器 CMOS MC14573
6.4.2 集成运算放大器 741
6.4.1 CMOS MC14573 集成电路运算放大器
1,电路结构和工作原理
2,电路技术指标的分析计算
(1)直流分析
R E F
G S 5SSDD
R E F
S G 5SSDD
oR E F
R
VVV
R
VVV
II
2TG S 5P5R E F )( VVKI
已知 VT 和 KP5,可求出 IREF
根据各管子的宽长比,可求出其它支路电流。
(2)小信号分析
2
idg s1 vv
2
idg s2 vv
设 gm1 = gm2 = gm
)//)((
)//(
4o2o2d4d
4o2oog s 7o2
rrii
rri
vv
则
)//(
)//) ] (
2
()
2
([
d s 4d s 2idm
4o2o
id
2m
id
1m
rrg
rrgg
v
vv
2,电路技术指标的分析计算
)//)(( 4o2o2d1d rrii
)//( d s 4d s 2m
id
o2
1 rrgA v v
v
输入级电压增益
(2)小信号分析
2,电路技术指标的分析计算总电压增益
Av = Av1· Av2
Av2= vo/ v gs7
=－ gm7(rds7//rds8)
第二级电压增益将参数代入计算得
Av = 40884.8（ 92.2 dB ）
6.4.2 集成运算放大器 741 原理电路
6.4.2 集成运算放大器 741 简化电路
end
6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响
6.5.1 实际集成运放的主要参数
6.5.2 集成运放应用中的实际问题
6.5.1 实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）
1,输入失调电压 VIO
在室温（ 25℃ ）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压 VIO。一般约为 ± （ 1～ 10） mV。超低失调运放为（ 1～
20）?V。高精度运放 OP-117 VIO=4?V。 MOSFET达 20 mV。
2,输入偏置电流 IIB
输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值
IIB＝（ IBN＋ IBP） /2
BJT为 10 nA～ 1?A； MOSFET运放 IIB在 pA数量级。
6.5.1 实际集成运放的主要参数输入直流误差特性（输入失调特性）
3,输入失调电流 IIO
输入失调电流 IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差,即 IIO＝ |IBP－ IBN|
一般约为 1 nA～ 0.1?A。
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
6.5.1 实际集成运放的主要参数差模特性
1,开环差模电压增益 Avo和带宽 BW
开环差模电压增益 AvO
开环带宽 BW(fH)
单位增益带宽 BWG (fT)
741型运放 AvO的频率响应
6.5.1 实际集成运放的主要参数差模特性
2,差模输入电阻 rid和输出电阻 ro
BJT输入级的运放 rid一般在几百千欧到数兆欧
MOSFET为输入级的运放 rid＞ 1012Ω
超高输入电阻运放 rid＞ 1013Ω,IIB≤0.040pA
一般运放的 ro＜ 200Ω，而超高速 AD9610的 ro＝ 0.05Ω。
3,最大差模输入电压 Vidmax
6.5.1 实际集成运放的主要参数共模特性
1,共模抑制比 KCMR和共模输入电阻 ric
一般通用型运放 KCMR为（ 80～ 120） dB，高精度运放可达 140dB,ric≥100MΩ。
2,最大共模输入电压 Vicmax
一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生 1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 ± 13V。
6.5.1 实际集成运放的主要参数大信号动态特性
1,转换速率 SR
放大电路在闭环状态下,输入为大信号 （ 例如阶跃信号 ） 时,
输出电压对时间的最大变化速率,即
m a x
o
R d
)(d
t
tS v?
若信号为 vi＝ Vimsin2?ft,则运放的 SR必须满足 SR≥2πfmaxVom
6.5.1 实际集成运放的主要参数大信号动态特性
2,全功率带宽 BWP
指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率,即
SR和 BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标 。 一般通用型运放 SR在 nV/?s以下,741的 SR=0.5V/?s而高速运放要求 SR＞
30V/?s以上 。 目前超高速的运放如 AD9610的 SR＞ 3500V/?s。
om
Rm a xP
π2 V
SfBW
电源特性
1,电源电压抑制比 KSVR
衡量电源电压波动对输出电压的影响
2,静态功耗 PV
6.5.1 实际集成运放的主要参数
1,集成运放的选用根据技术要求应首选通用型运放,当通用型运放难以满足要求时,才考虑专用型运放,这是因为通用型器件的各项参数比较均衡,做到技术性与经济性的统一 。 至于专用型运放,虽然某项技术参数很突出,但其他参数则难以兼顾,例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄,而高速型与高精度常常有矛盾,如此等等 。
6.5.2 集成运放应用中的实际问题
2,失调电压 VIO、失调电流 IIO和偏置电流 IIB带来的误差
6.5.2 集成运放应用中的实际问题输入为零时的等效电路
2
IO
IBP )2( R
IIV
f1
1
ON RR
RVV
NP VV?
)//)(2( f1IOIB RRII
IOV?
解得误差电压
)//(21)//()/1( 2f1IO2f1IBIO1fO RRRIRRRIVRRV
))(/1( 2IOIO1fO RIVRRV
当 时,可以消除偏置电流 引起的误差,此时
f12 // RRR?
IBI
当电路为积分运算时,
即 换成电容 C,则
fR
tRtIttVCRRtItVtv d)(d)( 1)()()( 2IOIO
1
2IOIOO
时间越长,误差越大,且易使输出进入饱和状态 。
IOIO IV 和引起的误差仍存在
end
3,调零补偿
6.5.2 集成运放应用中的实际问题
（ a）调零电路 （ b）反相端加入补偿电路
