原创 【原创奖励】集成运放的技术指标和输入级

在集成运放里首先关注的是它的技术指标,和输入级

而输入级的主要任务是

提供基本的电压放大倍数和抑制零点漂移(Q点稳定)和共模信号

的能力

可以分为放大电路的基本参数,Re的作用,改善Re

主要利用的的是运放内部参数对称性质

差模信号:输入端的两信号极性相反 Ui=UI1-UI2

共模信号:输入端的两信号极性相同 UI=(UI1+UI2)*0.5

技术指标主要有

开环差模增益:Aod,描述运放对差模信号的放大能力

输入失调电压UIO:当输入为零时,输出不为零,所加的在输入端所加的补偿电压使其输出为零.一般1~10mv,  这种现象是由温度影响集成运放内部的三极管所造成的(主要是静态工作点的变化,三极管之间采用直接耦合的方式,所以静态的参数的变化会被传递到输出端).

而输入失调电压温漂:就是来描述温度和UIO的关系,定义为电压对温度的微分.

输入失调电流IIO:描述在输出电压=0时,输入级的对称情况,IIO=|IB1-IB2|,此电流是由偏置电路提供的.一般为几十~几百纳安,理想情况向=0

由于此电流与三极管的基极相关(IB1,IB2就是基极电流),而三极管又是非线性的温度元件,所以为了描述温度与IIO的关系定义出了输入失调电流温漂:

IIO对T的微分.

输入偏置电流IIO:描述在输出电压=0时,输入级的偏置电流的平均值,IIO=05*|IB1+IB2|,此电流是由偏置电路提供的取决于集电极和

β

一般为几十~1uA.

差模输入电阻:Ri为差模输入电压变化量和电流变化两之比.一般在10^6MΩ,Ri=◬Uo/◬Io

共模抑制比

,一般的运放都很大,理想情况下无穷大

最大共模输入电压,所能抑制的最大共模电压,超过此值一致共模能力将显著下降

最大差模输入电压,所能放大最大最大差模电压.超过此三极管可能被损坏.

单位增益带宽:Aod=0dB时的频率此时放大倍数=1

-3dB带宽fH ,下降3dB使得的高频频率

转换速率Sr

集成运放,分为输入级,中间级, ,输出级,偏置电路.

一,输入级  

放大电路的基本参数

静态分析:

由于VT1和VT2参数对称,所以只要分析处一个静态参数,那么第二个也就得到了

静态时,两输入端接地,射极,和基极的电流由VEE来提供,因为参数对称所以IEQ1=IEQ2,

UI1和VEE构成的回路

可求出IBQ<0

由IBQ*β=ICQ

UCQ=Vcc-Ic*Rc1

可近似认为IEQ≈ICQ

交流分析 输入差模信号 求Ri,Ro,Aod

Uo1,Ui1和Ui2,Uo2符号相反

Uo=Uo1-Uo2

Io=Io1-Io2

Au1=Uo/Io=ic*Rc/ib*(R1+rbe)

不带负载时

带负载时

由于Uo1和Uo2的电位大小相等方向相反

所以在RL的中间部位电位=0,相当于接地

此时再看

所以在其对称时放大电路放大倍数和单个放大电路相比放大倍数并没有改变

当输入两端输入大小相同共模信号时,Uo1和Uo2电位和电性相同,Uo=0,所以具有很好的抑制共模信号的能力.

Re的作用

接下来对Re的作用分析(长尾部分)

通过参数对称可认为,当输入端信号变化量相同时 ,输出端信号变化量也相同 ∆Uiβ=∆Uo,∆Uo1=-∆Uo2,那么则Ic的变化量相同,故Ie的变化量相同. 所以IRe=(Ie1+∆Ie+Ie2-∆Ie)所以在差模信号时,Re上的电压近似不变 对差模放大倍数没有影响

但在共模信号时 Uo1,Uo2电位相同所以∆Ie都是相同极性增量,所以IRe=(Ie1+∆Ie+Ie2+∆Ie)

URe上的电压上升,而VEE和Ui1之间的电压近似认为是VEE,当URe增加,UBE减小,ib减小,ic从而抑制共模信号的放大.

其输入电阻Ri=(rbe+R)*2

输出电阻=2Rc

改善Re

Re电阻的作用是抑制共模负反馈,理论上Re的电阻越大越好,这样更灵敏,变化范围更宽.并且对待差模信号无作用,也就是iRe几乎不变.类似于恒流源

一方面Re的增大,要求更大的VEE不划算,一方面在硅片上制造大电阻也不容易.

所以要用其他的电路来实现这些功能.

在三极管进入非线性区后,Uce的变化几乎不引起ic,像恒流源,且内阻很大

稳定原理:基极电流近似忽略,be之间的电压由R3控制.UR3=VEE*R3/(R5+R3)

当ic3增加时,引起R4电压增加,be之间电压固定,UBEQ下降,ic3下降.

Ic3相当于iRe

长尾部分可以等效等一个电流源

输入端接法

双端输入双端输出 和前面一样

Ro=2Rc

Ri=2(R+rbe)

双端输入单端输出 ,少计算一个输出端

Ro=Rc

Ri=2(R+rbe)

单端输入双端输出

假设有一个输入Ui=6v则输入可等效成

蓝线上半部分可等效成共模信号,下半部等效成差模信号.

若此电路的KCmR=∞,则差模信号被放大,共模信号没有放大.

按照前面的放大倍数的分析

Ro=2Rc

Ri=2(R+rbe)

单端输入单端输出,少计算一个Uo2

同理

Ro=Rc

Ri=2(R+rbe)