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第三章集成运算放大电路¶

3.3 差分放大电路¶

3.3.2 差分放大电路核心概念¶

基本定义¶

差模信号：$u_{Id} = u_{I1} - u_{I2}$，放大倍数 $A_d = \frac{u_{Od}}{u_{Id}}$
共模信号：$u_{Ic} = \frac{u_{I1} + u_{I2}}{2}$，放大倍数 $A_c = \frac{u_{Oc}}{u_{Ic}}$
共模抑制比：$K_{CMR} = \left| \frac{A_d}{A_c} \right|$（dB表示时取20lg值）

温漂抑制原理¶

电路类型	抑制方式	典型公式
双端输出	对称性抵消	$A_c \approx 0$
单端输出	$R_e$引入共模负反馈	$A_c \approx -\frac{R_c}{2R_e}$
恒流源式	动态电阻∞，$A_c \approx 0$	$K_{CMR} \rightarrow \infty$

四种接法对比¶

接法类型	输入方式	输出方式	$A_d$公式	$A_c$公式
双端输入	双端	双端	$-\frac{\beta R_L}{2(r_{be}+R_b)}$	≈0
单端输入	单端	单端	$-\frac{\beta R_c}{2(r_{be}+R_b)}$	$-\frac{R_c}{2R_e}$
双端输出	双端	单端	$-\frac{\beta R_c}{2(r_{be}+R_b)}$	0
恒流源负载	双端	单端	$-\frac{\beta R_c}{r_{be}+R_b}$	≈0

3.3.3 电流源电路¶

晶体管电流源¶

镜像电流源
$$
I_{C1} \approx I_{R} = \frac{V_{CC} - U_{BE}}{R} \quad (\beta \gg 1)
$$
微电流源
$$
I_{C1} \approx \frac{U_T}{R_e} \ln\left( \frac{I_R}{I_{C1}} \right)
$$
多路电流源
$$
I_{Ci} = I_R \cdot \frac{R_{e0}}{R_{ei}} \quad (i=1,2,...)
$$

场效应管电流源¶

MOSFET 镜像源
$$
I_{D1} = \frac{\beta}{2} \left( \frac{W}{L} \right)1 (V)^2} - V_{th
$$

3.3.4 互补输出级电路¶

OCL 电路特性¶

参数	理想值	实际限制
最大输出幅度	$U_{om} = V_{CC} - U_{CES}$	受 $V_{CES}$ 限制
静态功耗	0	需消除交越失真
效率	78.5%	低于变压器耦合

交越失真消除方法¶

二极管偏置
$$
U_{B1} = U_{B2} = 0.7V \quad (静态导通)
$$
UBE 倍增电路
$$
U_{B1B2} = (1 + \frac{R_4}{R_3})U_{BE3}
$$

关键公式推导¶

差模输入计算示例¶

\[ u_{Id} = \left[ \frac{R}{R+R(1+\delta)} - \frac{R(1+\delta)}{R+R(1+\delta)} \right] \cdot V = -\frac{\delta V}{2+\delta} \]

有源负载差分放大¶

\[ A_d = \frac{\Delta u_{Od}}{\Delta u_{Id}} = g_m \cdot (r_{ce2} // R_L) \]

电路设计思考题¶

PNP 恒流源差分对

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T1(PNP) -- VCC
|
Rc
|
T2(PNP) -- T3(NPN)恒流源

P 沟道 MOS 差分对