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1、,06 模拟集成电路,6.1 差分式放大电路,6.2 集成运算放大器,Ref: Chapter 11_Differential and Multistage Amplifiers,The Differential Amplifier,The Operational Amplifier,6.1.1 概述 6.1.2 基本差动放大器长尾式差放 6.1.3 带恒流源的差动放大器 6.1.4 差放应用土壤干湿指示器 6.1.5 基本要求与小结,6.1 差分式放大电路,6.1.1 概 述,一、特点（实质） DC input voltages can be amplified,6.1 差分放大器,fL =
2、0,二、存在问题,零漂严重！,三、解决,采用差动放大器 (Differential Amplifier or Diff-Amp),一、 组成(Configuration),对称的两个共射电路通过射极公共电阻耦合而成,BJT Diferential_Pair: 1=2= VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rs1=Rs2= Rs,6.1.2 基本差动放大器长尾式差放,Re(阻值大，故称长尾巴),二、 输入和输出方式,两个输入端：,双端输出(two-sided output) 单端输出(one-sided inp
3、ut),双端输入(two-sided input) 单端输入(single-sided input),两个输出端：,双入双出 单入双出 双入单出 单入单出,四种接法：,三、 差模信号和共模信号,差模信号 (differential-mode),大小相等，极性相同 vsc1= vsc2,共模信号 (common-mode),大小相等，极性相反 vsd1= - vsd2,任意信号分解为共模信号和差模信号,例：vi1=10mv, vi2=6mv,*差模信号定义2： vsd = vi1 - vi2,抑制共模(零漂、干扰),四、 特点,放大差模,1、对称性(双出),2、大Re (单出),共模信号放大倍数
4、极小！,iRe=0,双出vo=2vo1(vo2 )(单出),联体处为“差模地” (signal ground),一、静态计算(Q1、Q2)（空载）,忽略IB1、IB2，即：VB1=VB2=0,入手点： IRe,五、 性能分析,？何种偏置？,二、动态计算（AV、Ri、Ro）,(一）差模参数（AVd、Rid、Ro） （二）共模参数（AVc、Ric、Ro）,与差放接法有关,(1) Avd差模电压放大倍数,双入双出差放,(2)差模输入电阻,(3)输出电阻,(一）差模参数（AVd、Rid、Ro）,双入单出差放,(1) Avd差模电压放大倍数,(2)差模输入电阻,(3)输出电阻,对臂输出，极性相反！,单入
5、双出,单入=双入,vi1 = vi2 = vi /2,单入双出,故： Re 对 Ie 分流极小，可忽略！,Avc共模放大倍数,（二）共模参数（AVc、Ric、Ro）,单出：,双出：,KCMR共模抑制比,，或,双出：,单出：,差放输出：,(Common Mode Rejection Ratio),or,恒流源电流：,6.1.3 带恒流源的差动放大器 Diff-amp Biased by a Constant-Current Source,恒流源特点： 动态电阻大 直流电阻小,长尾式差放的缺点：,6.1.4 差放应用土壤干湿指示器,6.1.5 基本要求与小结,掌握：差放组成、特点、基本概念 及静动
6、态指标计算,6.2.1 结构与符号 6.2.2 主要参数 6.2.3 分类 6.2.4 使用 6.2.5 理想运放,6.2 集成运算放大器,模拟集成电路,Analog IC,The Operational Amplifier(Op-Amp),运算放大器实质：高增益直接耦合放大电路 命名：早期应用,一、方框图,6.2.1 结构与符号,简单运算放大器,二、符号,(a) (b) (a) 国家标准符号 (b)原符号,v+（vP）同相输入端(noninverting input terminal),v-（vN）反相输入端(inverting input terminal),vo输出端,另外：正、负电源端
7、，补偿端和调零端等,三、型号命名 数字序号 (与世界上其它厂家同类型产品的序号相同。) 其它例如:集成功率放大器的型号命名 CD 集成稳压器的型号命名 CW,运算放大器外形图,运算放大器外形图,一、静态参数,1.输入失调电压VIO ：(input offset voltage) 对称性 mV/uV,2.输入失调电流 IIO ：(input offset current) IIO = I+ - I- uA/pA,3.输入偏置电流IIB ：(input bias current) IIB = (I+ I-)/2,6.2.2 主要参数,4.输入失调电压温漂 dVIO /dT,5.输入失调电流温漂dI
8、IO /dT,6.最大差模输入电压Vidmax 超过反向击穿,7.最大共模输入电压Vicmax 超过时差动对管饱和，放大器失去共模抑制能力,二、动态技术指标,1.开环差模电压放大倍数 Avo,2.差模输入电阻rid,3.共模抑制比 KCMR,5.单位增益带宽 f T (BWG)(unit gain band width) Avo 下降到1 (0dB)时所对应的频率，定义为单位增益带宽 f T 。,4.3dB带宽 f H ： (-3dB band width) 运算 放大器的差模电压放大倍数在高频段下降3dB 所定义的带宽 f H 。,6.转换速率S R (压摆率)(slew rate)反映运放
9、对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为,其他,一、 通用型 二、 高速型和宽带型 三、 高精度(低漂移型） 四、 高输入阻抗型 五、 低功耗型 六、 功率型,6.2.3 分 类,通用型,专用型,性能指标比较适中,某些技术指标 比较突出,输入失调电压：12 mV 输入失调电流：20 nA 差模输入电阻：2 M 开环增益：100 dB 共模抑制比：90 dB 输出电阻：75 共模输入电压范围：13 V 转换速率：0.5 V/s,一、通 用 型,技术指标比较适中，价格低廉。,典型：CF741 (A741),例如： CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF3
10、57,二、高速型和宽带型,用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高速数据采集测试系统等。,用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。 例如： OP177 CF714,三、高精度(低漂移型）,用于测量设备及采样保持电路中。 例如： AD549 CF155/255/355,四、高输入阻抗型,用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。 例如： OP22 正常工作静态功耗可低至36 W。 OP290 在0.8 V电压下工作，功耗为24 W 。 CF7612 在5 V电压下工作，功耗为50 W 。,五、低功耗型,这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上
11、。 例如： LM12 TP1465,六、 功 率 型,6.2.4 使 用,1、识管脚 2、判好坏（参数测量） 3、调零（内、外） 4、消自激 5、保护（入、出限幅，电源极性） 6、扩展（电压、电流）,1. Avo=（实际上Avo80dB即可）,一、三条件,2.差模输入电阻Rid=,3.输出电阻Ro=0,6.2.5 理想运算放大器 The Ideal Operational Amplifier,条件：线性运用(负反馈）,二、两特性,(1)虚短(virtual short circuit),两输入端视为等电位（ ）,(2)虚断(virtual open circuit),两输入端视为等效开路（ ）,据虚断: I i 0， 则Ii If ; 且V+0,二、两基本电路,一、反相比例运算电路 Inverting Amplifier,虚地 virtual ground,据虚短， V- V+ 0,电压增益:,据虚断， V+ = Vi 据虚短， V- V+ =Vi,二、同相比例运算电路 Noninverting Amplifier,电压增益:,