【正文】 原理電路圖如圖 4–32所示 ， 它由兩級(jí)放大器組成 。 兩路輸出信號(hào)在 RL上同相疊加 。 1. 源極輸出器 具有恒流負(fù)載的 NMOS源極輸出器如圖 4–30(a)所示 ， 圖 4–30(b)為其小信號(hào)交流等效電路 。 若兩管工作在飽和區(qū) ， 則有 rDoDSDSDDILWLWIIUULWLWII12221212212//11//????????(4–66) 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 UDDIrIV1V2 圖 4–28 MOS管鏡像電流源 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 三 、 MOS管差動(dòng)放大器 在 MOS集成運(yùn)放中 ， 作為輸入級(jí)的差動(dòng)放大器 ，一般是由兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的有源負(fù)載 MOS放大器經(jīng)電流源耦合構(gòu)成 ， 因而有 E/E,E/DMOS和 CMOS三種基本形式 。 其中 ， P溝道管直接作在 N型襯底上 ， 并將襯底接電路的最高電位 ， 而 N溝道管制作在 P阱中 ， P阱接電路的最低電位 。 有關(guān) F007和部分集成運(yùn)放的性能指標(biāo)見(jiàn)表 41。 其中 ，V1 V5和 V12產(chǎn)生整個(gè)電路的基準(zhǔn)電流 。 F007的電路原理圖如圖 4–24所示 。 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 ( a ) ( b )RCV D1V D2V1V2V3UCCUi＋－RCV1V2V3UCCUi＋－AI1I2R1R2BRLRL－ UEE－ UEEV4 圖 4–23 (a)二極管偏置方式； (b)模擬電壓源偏置方式 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 )1(214 RRUUBEAB ??(4–59) 可見(jiàn) ， UAB是某一倍數(shù)的 UBE4,所以該電路也稱(chēng)為 UBE的倍增電路 。 圖 4–22是利用兩管的合成轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)(即 iC與 uBE的關(guān)系曲線(xiàn) )， 形象地來(lái)說(shuō)明交越失真產(chǎn)生的原因 。 由于晶體管實(shí)際存在導(dǎo)通電壓 ， 硅管約為,因而在正負(fù)半周內(nèi) ， 只有當(dāng)信號(hào)的絕對(duì)值大于 ， 管子才導(dǎo)通 。 V1,V2是兩個(gè)特性相同的異型輸出管 ， 其中 V1為 NPN管 ， V2為PNP管 ， 它們分別與負(fù)載 RL構(gòu)成射極輸出器 。 (b)集電極調(diào)零 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 二 、 失調(diào)的溫度漂移 差動(dòng)放大器雖然可以通過(guò)調(diào)零措施 ， 在某一時(shí)刻補(bǔ)償失調(diào) ， 作到零輸入時(shí)零輸出 ,但是失調(diào)會(huì)隨溫度的改變而發(fā)生變化 。這種方法效果好 ， 但成本高 。 我們把這種零輸入時(shí)輸出電壓不為零的現(xiàn)象 ，稱(chēng)為差動(dòng)放大器的失調(diào) 。 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 ( RB) ( RB)V1V2R R－ UEEI( a ) 圖 4–18 (a)串接 R(RB)的線(xiàn)性區(qū)擴(kuò)展電路； (b)線(xiàn)性區(qū)擴(kuò)展后的電流傳輸特性曲線(xiàn) 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 圖 4–18 (a)串接 R(RB)的線(xiàn)性區(qū)擴(kuò)展電路； (b)線(xiàn)性區(qū)擴(kuò)展后的電流傳輸特性曲線(xiàn) iC1, iC2I①②I /2 R ↑ ( RB↑ )0 uid( b )第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 三 、 差動(dòng)放大器的增益與 I成正比 由圖 4–17(a)所示曲線(xiàn)可知 ， 小信號(hào)工作時(shí) ， 在工作點(diǎn)處 ， iC受 uid的線(xiàn)性控制 ， 其控制作用的大小可以用跨導(dǎo) gm來(lái)衡量 。 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 為了擴(kuò)展傳輸特性的線(xiàn)性區(qū)范圍 ， 可在每個(gè)差放管的射極串接負(fù)反饋電阻 R(或在基極串接電阻 RB)， 如圖 4–18(a)所示 。 這表明 iC1,iC2和 uo與 uid成線(xiàn)性關(guān)系 。分析該曲線(xiàn)，可以得出如下結(jié)論。 這是分電流源 、 小電流電流源等 。 因此 ， 輸入共模電壓變化將直接造成差模電壓放大倍數(shù)的變化 ， 這是我們不希望的 。 對(duì)于單端輸出 ， 將上式代入式 (4–29)可得 TEECTLEEC M R UURURUK22( ???單）(4–38) 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 若 UEE=15V， 則室溫下 ， KCMR(單 )的上限約為300， 而與 RE的取值無(wú)關(guān) 。 在雙端輸出理想對(duì)稱(chēng)的情況下 ， 因 Auc=0,所以 KCMR趨于無(wú)窮大 。 在實(shí)際電路中 ， 均滿(mǎn)足 RERC， 故 |Auc(單 )|， 即差動(dòng)放大器對(duì)共模信號(hào)不是放大而是抑制 。 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 通過(guò)上述分析 ， 圖 4–12電路的共模等效通路如圖4–14所示 。 需要指出 ， 若單端輸出時(shí)的負(fù)載 RL接在一個(gè)輸出端到地之間 ， 則計(jì)算Aud時(shí) ， 總負(fù)載應(yīng)改為 R′L=RC‖RL。 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 圖 4–13基本差動(dòng)放大器的差模等效通路 －＋Uod1＋－Uod2＋－RL2RL2V2V1＋＋Ui d 1Ui d 2－－Uid＋－RCRCUod第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 1. 差模電壓放大倍數(shù) 差模電壓放大倍數(shù)定義為輸出電壓與輸入差模電壓之比 。 所以對(duì)差模輸入信號(hào)而言 ， 公共射極端可視為差模地端 ， 即 RE相當(dāng)對(duì)地短路 。 分析過(guò)程中特別提醒讀者注意射極公共電阻 RE的作用 。 為了使差動(dòng)放大器輸入端的直流電位為零 ， 通常都采用正 、 負(fù)兩路電源供電 。 由前面討論可知 ，在靜態(tài)時(shí) ， 由于溫度變化 、 電源波動(dòng)等因素的影響 ，會(huì)使工作點(diǎn)電壓 (即集電極電位 )偏離設(shè)定值而緩慢地上下漂動(dòng) 。 當(dāng)實(shí)際負(fù)載 RL通過(guò)射隨器隔離后接入 ，則該級(jí)放大器可獲得極高的電壓增益 。 因此 ， 在集成運(yùn)放中 ，放大器多以電流源作有源負(fù)載 。 它由兩個(gè)鏡像電流源串接在一起組成 ， 故稱(chēng)串接電流源 。 由此可見(jiàn) ， 要得到 10μA的電流 ， 在 UCC=15V時(shí) ，采用微電流電流源電路 ， 所需的總電阻不超過(guò) 27kΩ。 如果采用鏡像電流源 ， Rr勢(shì)必過(guò)大 。 由圖可知 222111 RIURIU EBEEBE ??? (4–5) 因?yàn)? 122121221222111lnlnlnlnEETEETBEBESESSETBESETBEIIUIIUUUIIIIIUUIIUU???????所以 (4–6) 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 RrIrIC2V2V1R2UCCUBE 1UBE 2＋ ＋－ －R1IE2IE1IB1IB2 圖 4–6比例電流源 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 即室溫下 ， 兩管的 UBE相差不到 60mV， 僅為此時(shí)兩管 UBE電壓 (600mV)的 10%。 因?yàn)樵跊](méi)有 V5管時(shí) ， IC1=Ir4IB1,加了V5管后 ， IC1 = Ir 4IB1 /(1+β5)， 故此可得 因此可得 112 2?? ?? rCII (4–3) 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 因 β1(1+β5)4容易滿(mǎn)足 ， 所以各路電流更接近 Ir， 并且受 β的溫度影響也小 。 可見(jiàn) ， 只要 Ir一定 ， IＣ 2就恒定；改變 Ir,IC2也跟著改變 。 )1( 33Bbeceo RRrRrR????? (4–1) 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 二 、 鏡像電流源 在單管電流源中 ， 要用三個(gè)電阻 ， 所以不便集成 。 圖 4–2(c)為該電路等效的電流源表示法 ， 圖中 Ro為等效電流源的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻 。 由圖可見(jiàn) ， 當(dāng) IB一定時(shí) ， 只要晶體管不飽和也不擊穿 ， IC就基本恒定 。 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)電流源電路UiUo 圖 4–1 集成運(yùn)算放大器組成框圖 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 4–2 電流源電路 電流源對(duì)提高集成運(yùn)放的性能起著極為重要的作用 。 (3) 利用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)改善電路性能 。第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 4–1 集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn) 4–2 電流源電路 4–3 差動(dòng)放大電路 4–4 集成運(yùn)算放大器的輸出級(jí)電路 4–5 集成運(yùn)放電路舉例 4–6 MOS集成運(yùn)算放大器 4–7 集成運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo) 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 4–1 集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn) 集成運(yùn)放是一種多級(jí)放大電路 ， 性能理想的運(yùn)放應(yīng)該具有電壓增益高 、 輸入電阻大 、 輸出電阻小 、 工作點(diǎn)漂移小等特點(diǎn) 。 (2) 盡可能用有源器件代替無(wú)源元件 。 但從電路的組成結(jié)構(gòu)看 ， 一般是由輸入級(jí) 、 中間放大級(jí) 、 輸出級(jí)和電流源四部分組成 ， 如圖 4–1所示 。 第 4章 集成運(yùn)算放大器電路 一、單管電流源電路 圖 4–2(a)畫(huà)出了晶體管基極電流為 IB的一條輸出特性曲線(xiàn) 。 為了使 IC更加穩(wěn)定 ， 可以采用分壓式偏置電路 (即引入電流負(fù)反饋 )，便得到圖 4–2(b)所示的單管電流源電路 。 這一點(diǎn)對(duì)所有晶體管電流源都適用 。 由圖可知 12112 22 ?CrBrCC