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1、将整个电路的各个元件做在一块硅基片上，将整个电路的各个元件做在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路。构成特定功能的电子电路。集成电路集成电路(IC):集成电路内部结构的特点集成电路内部结构的特点1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。方向一致，温度均一性好。2、电阻元件由硅半导体的体电阻构成，范围在、电阻元件由硅半导体的体电阻构成，范围在几十到几十到20千欧。高阻值电阻用三极管有源器千欧。高阻值电阻用三极管有源器件代替或外接。件代替或外接。3、几十、几十PF以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、结的结电容构成、大电容要
2、外接。大电容要外接。4、二极管一般用三极管的发射结构成。、二极管一般用三极管的发射结构成。5、电路中多采用复合管。、电路中多采用复合管。优点优点:工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。耗小。分类分类:模拟集成电路（模拟集成电路（运算放大器运算放大器、功率放大器功率放大器、 模拟乘法器、模拟乘法器、A/D、D/A转换转换 器器、稳压电源稳压电源等）等） 数字集成电路数字集成电路在在BJT放大电路中，静态工作点一般是利用外接电放大电路中，静态工作点一般是利用外接电阻元件来建立，但在集成电路中制造一个三端器件比阻元件来建立，但在集成电路中制造一个三端器件比
3、制造一个电阻所占用的面积小，也比较经济，因而采制造一个电阻所占用的面积小，也比较经济，因而采用用BJT制成电流源。制成电流源。电流源：电流源：是指电流恒定的电源是指电流恒定的电源电流源的作用电流源的作用为放大电路提供稳定的偏置电流为放大电路提供稳定的偏置电流可作为放大电路的有源负载，以可作为放大电路的有源负载，以便提高放大电路的电压增益便提高放大电路的电压增益电流源的特点：电流源的特点：直流电阻小，交流电阻大直流电阻小，交流电阻大T1、T2参数完全相同，即：参数完全相同，即： 1= 2 ， ICEO1= ICEO2VBE1= VBE2IC1= IC2IE1= IE2当当BJT的的 较大时，忽略
4、较大时，忽略IB当当R确定后，确定后， IREF就确定就确定了，了， IC2也就确定了，可也就确定了，可将将IC2看作看作IREF的镜像的镜像 ，称，称此图为此图为镜像电流源镜像电流源。 1. 镜像电流源镜像电流源REFI C1C2= IIRVVBECC= RVCC 恒流特性恒流特性: :无论无论R Rc c的值的值如何，如何， I IC2C2的电流值的电流值将保持将保持不变。不变。（三极管工作状态三极管工作状态）镜像电流源的动态输出电阻为：镜像电流源的动态输出电阻为：TTo=IVR 由于由于T2的集电极电流基本不变，所以的集电极电流基本不变，所以交流量交流量0T I TTo=IVR 一般一般
5、Ro在几百在几百千欧以上千欧以上 当电源电压发生变化时，当电源电压发生变化时，IC2随随IREF的的变化而变化，电源电压波动对变化而变化，电源电压波动对IC2影响大影响大,适合大电流（毫安级）的场合。适合大电流（毫安级）的场合。REFI C1C2= IIRVCC 镜像电流源的代表符号及输出特性为：镜像电流源的代表符号及输出特性为：IOvCE2IB2iC2VCE2IC2Q可用范围可用范围代表符号代表符号输出特性输出特性精度更高精度更高的镜像电的镜像电流源流源 增加增加T T0 0，利用，利用T T0 0的的电流放大作用，减小了电流放大作用，减小了I IB B对对I IREFREF的分流作用，使的
6、分流作用，使I IC1C1更加接近更加接近I IREFREF。2. 微电流源微电流源e2BE2BE1RVV E2C2II e2BERV 由于由于很小，很小，BEV 所以所以IC2也很小，称为微电流源。也很小，称为微电流源。 当电源电压发生变化时，当电源电压发生变化时，IC2的的变化远小于变化远小于IREF的变化，电源电压的变化，电源电压波动对波动对IC2影响不大影响不大,故：故：此电流源此电流源有很高的恒定性。有很高的恒定性。3. 电流源作有源负载电流源作有源负载 ioV=VVA共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为：beLc)/(rRR 对于此电路对于此电路Rc就是镜就是镜像电流源的交流
7、电阻，像电流源的交流电阻，因此增益为因此增益为beLV=rRA 电压增益电压增益比用比用电阻电阻Rc作负载作负载时时提高提高了。了。放大管放大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源电流源的特点电流源的特点 外电路参数确定，输出电流基本恒定。外电路参数确定，输出电流基本恒定。 电流稳定性好。电流稳定性好。 直流电阻小，交流电阻大。直流电阻小，交流电阻大。 电流源作为电路的偏置电路，为放大电路其它各电流源作为电路的偏置电路，为放大电路其它各 级提供合适的稳定的偏置电流，亦常作为有源负级提供合适的稳定的偏置电流，亦常作为有源负 载使用，用于改善电路的动态性能，提高电路的载使用
8、，用于改善电路的动态性能，提高电路的增益。增益。差差分放大电路：分放大电路：放大两个输入信号之差，是抑制零点漂移最有效放大两个输入信号之差，是抑制零点漂移最有效 的电路结构。的电路结构。零点漂移零点漂移：当理想放大电路的输入信号为零时，其输出电压应保当理想放大电路的输入信号为零时，其输出电压应保 持不变（不一定是零），但由于持不变（不一定是零），但由于元器件老化元器件老化 、 温度温度 变化变化 、电源电压波动、电源电压波动等等，引起输出电压并不保持恒定，引起输出电压并不保持恒定温漂指标：温漂指标： 温度每升高温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入
9、端的等效输入漂移电压值。输入端的等效输入漂移电压值。一般集成运算放大器都采用直接耦合方式，即级一般集成运算放大器都采用直接耦合方式，即级级之间级之间不用任何耦合件，这样信号损失小，效率高，频响好，频带宽。不用任何耦合件，这样信号损失小，效率高，频响好，频带宽。但前后级但前后级Q点点会会相互影响相互影响，产生零点漂移，即当温度变化使第一，产生零点漂移，即当温度变化使第一级放大器静态点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路级放大器静态点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移 。例例: 100,=V1A 若第一级漂了
10、若第一级漂了100uV，则输出漂移则输出漂移 1V。 若第二级也漂若第二级也漂100uV，则输出漂移则输出漂移10mV。 1= 100,=V3V2AA第一级是关键。第一级是关键。 零漂仅对零漂仅对直接耦合直接耦合放大电路而言。放大电路而言。 零漂是缓慢变化的、不规则的零漂是缓慢变化的、不规则的第一级第一级产生的零漂在多级产生的零漂在多级电路中占主要地位。电路中占主要地位。 零漂将直接影响放大电路的分辨率和灵敏度。零漂将直接影响放大电路的分辨率和灵敏度。 零漂是直接耦合电路中存在的主要问题。零漂是直接耦合电路中存在的主要问题。注意：注意： 如图所示一线性放大电路，两个输入端分别接信号电压如图所示
11、一线性放大电路，两个输入端分别接信号电压vi1、vi2，输出端为，输出端为vo，若电路完全对称，则输出信号电压可表示为：，若电路完全对称，则输出信号电压可表示为：)(i2i1VDovvAv 差分式放大电路差分式放大电路的差模电压增益的差模电压增益 实际情况下，输出电压不仅与两个输入信号的实际情况下，输出电压不仅与两个输入信号的差模信号差模信号有关，有关，还与两个输入信号的还与两个输入信号的共模信号共模信号有关。有关。i2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号idoVD=vvA 差模电压增益差模电压增益icoVC=vvA 共模电压增益共模电压增益总输出电
12、压总输出电压icVCidVDooo=vAvAvvv 2=idici1vvv 2=idici2vvv 共模信号输出共模信号输出差模信号输出差模信号输出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标VCVDCMR=AAK1. 电路组成电路组成(1)静态分析：静态分析：0CC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV CCRIEVCB2B1III时时0i2i1 vvC2C1VV oC2C1o vvv输入信号电压（输入信号电压（vi1-vi2)为为0时，输出信号时，输出信号vo也为也为0。2. 电路工作原理电路工作原理 T1、T2特性完全特性完全相同。且相同。且Rc1= Rc1
13、(2)动态分析：动态分析：时时2idi2i1vvv 0c2c1o vvv输入有差别输入有差别,输出输出才变动。才变动。这种输入方式这种输入方式称为差模输入称为差模输入仅输入差模信号，仅输入差模信号， i2i1vv 和和大小相等，大小相等， c2c1vv和和大小相等大小相等，相位相反，则相位相反，则两管集电极电位一增一两管集电极电位一增一减，呈减，呈变化，变化，即即相位相反，即相位相反，即a. 输入差模信号：输入差模信号： 温度变化和电源电压温度变化和电源电压波动，都将使集电极电波动，都将使集电极电流产生变化，且变化趋流产生变化，且变化趋势是相同的，势是相同的，其效果相其效果相当于在两个输入端加
14、入当于在两个输入端加入了共模信号了共模信号, ,两管集电极两管集电极电位呈电位呈变化变化, ,则则输出电压为：输出电压为：vo= (vC1 + vC1 ) - (vC2 + vC2 ) = 0b. 输入共模信号（输入共模信号（抑制零点漂移抑制零点漂移）c. 输入差模与共模信号的叠加输入差模与共模信号的叠加2=idici1vvv 2=idici2vvv 2=odocC1vvv2=odocC2vvvodC2C1ovvvv 即双端输出差放电路即双端输出差放电路只放大差模信号，而抑制了共只放大差模信号，而抑制了共模信号模信号。因此，。因此，它对共模信号有很强的抑制作用，它对共模信号有很强的抑制作用，以
15、改善整个电路的性能。以改善整个电路的性能。时时2idi2i1vvv 一管电流增加一管电流增加,一管电流减小，一管电流减小，ic1增加的量等于增加的量等于ic2减小的量，则流减小的量，则流过恒流源的电流过恒流源的电流Io不变不变，ve=0。 交流通路交流通路vi=vid/2vi=-vid/2+-vo+-vo1+-vo2ve（1）差模电压增益）差模电压增益3. 主要技术指标的计算主要技术指标的计算vi=vid/2vi=-vid/2+-vo+-vo1+-vo2veRLidoVDvvA i2i1o2o1vvvv i1o122vv becrR 若在若在c1和和c2两点间接两点间接入负载电阻入负载电阻RL
16、时，时，idoVDvvA becL)/)2/(rRRc1和和c2两点电位一个增两点电位一个增加，一个减小，加，一个减小，RL的的中点为交流地电位。中点为交流地电位。则：则：a. 双端输入、双端输出差模电压增益双端输入、双端输出差模电压增益i2o2i1o1vvvvvi=vid/2vi=-vid/2+-vo+-vo1+-vo2ve2VD1VDVDAAAbecrR a. 双端输入、双端输出差模电压增益双端输入、双端输出差模电压增益vi=vid/2vi=-vid/2+-vo+-vo1+-vo2veRL此电路只取一管此电路只取一管的集电极电压变的集电极电压变化量，故化量，故双入、双入、单出差分放大电单出
17、差分放大电路的电压增益等路的电压增益等于双出时的一半于双出时的一半。idoVD1vvA becL2)/(rRR 此时负载电阻为此时负载电阻为RLVD21Ab. 双端输入、单端输出差模电压增益双端输入、单端输出差模电压增益idoVD2vvAVD21AbecL2)/(rRR常用于将双端输入信号常用于将双端输入信号转换为单端输出信号，转换为单端输出信号，并可由需要选择极性并可由需要选择极性。c. 单入、双出及单入、单出差模电压增益单入、双出及单入、单出差模电压增益交流通路图交流通路图恒流源交流电阻恒流源交流电阻发发射射结结电电阻阻）因因为为(eorr re支支路路相相当当于于开开路路故故or故故单端
18、输入时电路工作状态与双端输入时近似一致单端输入时电路工作状态与双端输入时近似一致。单入、双出时，单入、双出时，增益同双入、双增益同双入、双出相同；单入、出相同；单入、单出时，增益同单出时，增益同双入、单出相同。双入、单出相同。（2）共模电压增益）共模电压增益当在差分放大电路的两个输入端加入共模输入电压时当在差分放大电路的两个输入端加入共模输入电压时（共共模模输输入入电电压压）ici2i1vvv oe1oee2ririv e1o2 ir 对每管而言，相当于对每管而言，相当于射极接了射极接了2ro的电阻的电阻两管内的电流同时增加或减少两管内的电流同时增加或减少交流交流通路通路（共共模模输输入入电电
19、压压）ici2i1vvv e1ooee2 irriv 其输出电压为其输出电压为0oc2oc1oc vvvicocVCvvA 0icoc2oc1 vvva. 双端输出的共模电压增益双端输出的共模电压增益双端输出时，理想共模双端输出时，理想共模增益为增益为0。即差分放大。即差分放大电路具有很好的抑制共电路具有很好的抑制共模信号的能力。模信号的能力。共模信号的输入使共模信号的输入使两管集电极电压有两管集电极电压有相同的变化。相同的变化。 单端输出的共模电压增益表示两个集电极任一端单端输出的共模电压增益表示两个集电极任一端对地的共模输出电压与共模输入信号之比，即对地的共模输出电压与共模输入信号之比，即
20、b. 单端输出的共模电压增益单端输出的共模电压增益单端输出时，恒流源越单端输出时，恒流源越接近理想状态，接近理想状态，AVC1越越小，即抑制共模信号的小，即抑制共模信号的能力越强。能力越强。icoc2icoc1VC1vvvvA obec2)1(rrR ocVC12rRA 1,2beo rr一一般般抑制零漂能力增强抑制零漂能力增强 or VC1A(3)共模抑制比共模抑制比KCMR 共模抑制比是用来衡量差分放大电路抑制共模信共模抑制比是用来衡量差分放大电路抑制共模信号的能力。号的能力。VCVDCMRAAK 差模电压增益越大差模电压增益越大共模电压增益越小共模电压增益越小共模抑制能力越强共模抑制能力
21、越强放大电路的性能越优良放大电路的性能越优良用分贝表示用分贝表示dBlg20VCVDCMRAAK VCVDCMRAAK dB lg20VCVDCMRAAK 双端输出，理想情况双端输出，理想情况 CMRK 单端输出单端输出 CMRKVC1VD1AAbeorr 越越大大， CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越强越强单端输出时的总输出电压单端输出时的总输出电压)1(idCMRicidVD1o1vKvvAv 可见：由电路的可见：由电路的对称性对称性抑制抑制双端输出双端输出的零漂。的零漂。 依靠依靠恒流源的交流电阻恒流源的交流电阻r ro o抑制抑制单端输出单端输出的零漂。的零漂。beidrR2beid
22、rR2差模输入电阻差模输入电阻Ridid：不论是单端输入：不论是单端输入还是双端输入，都相当于双端加有还是双端输入，都相当于双端加有差模信号，差模输入电阻差模信号，差模输入电阻Rid是半边是半边基本放大电路输入电阻的两倍。基本放大电路输入电阻的两倍。共模输入电阻共模输入电阻Ricic：半边共模输入电：半边共模输入电阻的一半。阻的一半。2)1 (21obeicicicrrIVR输出电阻输出电阻Ro o：单端输出时单端输出时 Ro= Rc双端输出时双端输出时 Ro= 2Rc(4)输入输入/输出电阻的计算输出电阻的计算VDA4. 几种方式指标比较几种方式指标比较VCACMRKbeLc)21/(rRR
23、 beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/(rRR 0oLc2/rRR 0oLc2/rRR beorr beorr 输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出idRicRoR输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR输入级：输入级：要求要求输入电阻高，输入电阻高，能减小零点漂能减小零点漂移和抑制干扰移和抑制干扰信号信号 。具有具有同同相相和和反相反相两个两个输入端。输入端。中间级：中间级：主要进行放大，主要进行放大，要求要求电压放大倍数高。电压放大倍数高。可采用复合管共可采用
24、复合管共 射放大电路及有源负载。射放大电路及有源负载。输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，能输出，能输出 足够大的电压和电流，以驱动负载动作。足够大的电压和电流，以驱动负载动作。偏置电路偏置电路：为各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的为各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的 静态工作点。静态工作点。输入级输入级输入端输入端中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路输出端输出端常采用差分常采用差分放放大电路大电路常采用恒常采用恒流源电路流源电路常采用常采用互补互补对称电路或对称电路或射极输出器射极输出器常采用共射常采用共射
25、极极放放大电路大电路vo+PN+VCCVEE vo+PN+VCCVEE 该端输入信号变化的极性与输出端该端输入信号变化的极性与输出端相异相异，用符号，用符号“-” 或或 “IN-” 表示。表示。同相输入端同相输入端： 该端输入信号变化的极性与输出端该端输入信号变化的极性与输出端相同相同，用符号，用符号 + 或或 IN+表示表示；反相输入端反相输入端 ：反相输入反相输入同相输入同相输入反相输入反相输入同相输入同相输入1. 最大输出电压最大输出电压 VOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2. 开环电压增益开环电压增益 Avo 运放没有接运
26、放没有接反馈反馈电路时的电路时的差模电压差模电压放大倍数。放大倍数。 Avo愈愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。3. 输入失调电压输入失调电压 VIO 理想运放在理想运放在vi1=vi2=0时，输出时，输出vo=0；但实际运放由于；但实际运放由于制造过程中元件参数的不对称，使输入为零时，输出不制造过程中元件参数的不对称，使输入为零时，输出不为零。为使实际运放在输入为零时，输出为零，需在输为零。为使实际运放在输入为零时，输出为零，需在输入端加一个很小的补偿电压，即入端加一个很小的补偿电压，即输入失调电压输入失调电压 VIO，它，它愈小愈好。
27、愈小愈好。6. 共模输入电压范围共模输入电压范围 VICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。4. 输入失调电流输入失调电流 IIO 是指输入信号为零时，两输入端静态基极电流之差，是指输入信号为零时，两输入端静态基极电流之差，其值愈小愈好。其值愈小愈好。5. 输入偏置电流输入偏置电流 IIB 是指输入信号为零时，两输入端静态基极电流的是指输入信号为零时，两输入端静态基极电流的平均值，其值愈小愈好。平均值，其值愈小愈好。 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特
28、点：1. 理想理想化条件化条件开环电压放大倍数开环电压放大倍数AVO= 差模输入电阻差模输入电阻Rid= 输出电阻输出电阻Ro0输入偏置电流输入偏置电流IBN =IBP=0共模抑制比共模抑制比KCMR= vo+PN+VCCVEE2. 电压传输特性电压传输特性 vo= f (vi)线性区：线性区：vo = Avo( (v+ v-)非线性区：非线性区：v+ v 时，时， vo = +Vom v+ v 时，时， vo = +Vomv+ 0 ui = Ui 0时，时，| T(j )| 衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的的信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小，而使高于
29、而使高于 0的信号不易通过，的信号不易通过，衰减很大，衰减很大，称一称一 阶有源低通阶有源低通滤波器。滤波器。 为了改善滤波效果，为了改善滤波效果，使使 0 时信号衰减得时信号衰减得更快些，常将两节更快些，常将两节RC滤滤波环节串接起来，波环节串接起来，组成组成二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUi1jUCRRU URRU)(11Fo频率频率角角称为截止称为截止RC1: 式中0 uiuoRFCR+ R1+设输入为正弦波信号，则
30、有设输入为正弦波信号，则有故：故： 可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于 0 的信号通过的信号通过 ，而小于，而小于 0 的信号被阻止，称为的信号被阻止，称为有源高通滤波器有源高通滤波器。 ,0时时当当 ,时时当当 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模为其模为,0时时当当 2)(jf0uAT 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O 电压比较器用来比较电压比较器用来比较输入输入电压电压与与参考电压参考电压的大的大小。当两者小。当两者幅度相等时幅度相等时输出电压产生输出电压产生跃变跃变，由高电，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的判断输入信号的 大小和极性。大小和极性。 u+ u uoUo(sat)+Uo(sat)饱和区饱和区O