第3章集成運算放大器chd

1、 3.1 多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式 3.3 直接耦合放大電路直接耦合放大電路3.2 多級放大電路的動態(tài)分析多級放大電路的動態(tài)分析第第三三版版童童詩詩白白第第三三版版童童詩詩白白本章重點和考點：本章重點和考點：1、掌握多級放大電路的耦合方式，為集成電路、掌握多級放大電路的耦合方式，為集成電路的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)2、掌握直接耦合放大電路中差分放大電路的組態(tài)、掌握直接耦合放大電路中差分放大電路的組態(tài)及動態(tài)參數(shù)的計算及動態(tài)參數(shù)的計算3 3、了解多級放大電路中的互補輸出級、了解多級放大電路中的互補輸出級 本章教學(xué)時數(shù)：本章教學(xué)時數(shù)：4學(xué)時學(xué)時第第三三版版童童詩詩白白第第三三版

2、版童童詩詩白白第第三三版版童童詩詩白白本章討論的問題：本章討論的問題：1.單管放大電路為什么不能滿足多方面性能的要求？單管放大電路為什么不能滿足多方面性能的要求？2.如何將多個單級放大電路連接成多級放大電路？如何將多個單級放大電路連接成多級放大電路？各種連接方式有和特點？各種連接方式有和特點？3.直接耦合放大電路的特殊問題是什么？如何解決？直接耦合放大電路的特殊問題是什么？如何解決？4.差分放大電路與其它基本放大電路有什么區(qū)別？差分放大電路與其它基本放大電路有什么區(qū)別？為什么它能抑制零點漂移？為什么它能抑制零點漂移？5.直接耦合放大電路輸出級的特點是什么？如何根據(jù)直接耦合放大電路輸出級的特點是

3、什么？如何根據(jù)要求組成多級放大電路？要求組成多級放大電路？：體積小、重量輕、功耗低、可靠體積小、重量輕、功耗低、可靠 性高、價格低。性高、價格低。按集成度按集成度按導(dǎo)電類型按導(dǎo)電類型按功能分按功能分小、中、大和超大規(guī)模小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容雙、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬數(shù)字和模擬集成電路簡稱集成電路簡稱 IC ( (Integrated Circuit) ) 集成運算放大電路集成運算放大電路，是一種高放大倍數(shù)的直接耦是一種高放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路的集成器件，簡合多級放大電路的集成器件，簡稱集成運放。稱集成運放。3. 集成電路的外形集成電路的外形集成電路的外形集成電路的

4、外形( (a) )雙列直插式雙列直插式( (b) )圓殼式圓殼式( (c) )扁平式扁平式輸入級輸入級差分電路，大大減少溫漂。差分電路，大大減少溫漂。中間級中間級采用采用有源負載的共發(fā)射極電路，增益大。有源負載的共發(fā)射極電路，增益大。輸出級輸出級 互補對稱互補對稱 電路，帶負載能力強電路，帶負載能力強偏置電路偏置電路 電流源電路，為各級提供合適的靜態(tài)工作點。電流源電路，為各級提供合適的靜態(tài)工作點。輸入級輸入級偏置電路偏置電路中間級中間級輸出級輸出級+ uo uid3.1.1集成運放電路的組成集成運放電路的組成實質(zhì)上是一個具有高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。實質(zhì)上是一個具有高放大倍數(shù)的多級直接

5、耦合放大電路。1. 基本組成基本組成2 .集成運算放大器符號集成運算放大器符號 3.1.2集成運放的電路結(jié)構(gòu)特點集成運放的電路結(jié)構(gòu)特點1. 對稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。對稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。2. 用有源器件代替無源器件。用有源器件代替無源器件。3. 用晶體管代替二極管和用晶體管代替二極管和電阻電阻( (特別是大電阻特別是大電阻) )。4. 電路通常采用直接耦合電路方式。電路通常采用直接耦合電路方式。5. 集成電路中的集成電路中的 NPN 、 PNP管的管的 值差別較大，值差別較大，通常通常 PNP 的的 10 。常采用復(fù)合管的形式。常采用復(fù)合管的形式。3.1.3集成運放的電壓

6、傳輸特性集成運放的電壓傳輸特性圖 集成運放的符號和電壓傳輸特性uO= Au (u+-u- )+AodU+u-uOuOu+-u-兩個輸入端：同相輸入端兩個輸入端：同相輸入端u u+ +和反向輸入端和反向輸入端u u- -。輸出電壓：輸出電壓：輸出電壓與其兩個輸入端的電壓輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在之間存在線性放大關(guān)系線性放大關(guān)系，即，即)(odOuuAu集成運放的工作區(qū)域集成運放的工作區(qū)域線性區(qū)域：線性區(qū)域：Aod為差模開環(huán)放大倍數(shù)為差模開環(huán)放大倍數(shù)非線性區(qū)域：非線性區(qū)域：輸出電壓只有兩種可能的情況：輸出電壓只有兩種可能的情況：+UOM或或-UOMuOuP-uN+UOM-UOM3.23.

7、2集成運放中的電流源電路集成運放中的電流源電路集成運放電路中的晶體管和場效應(yīng)管除了作為集成運放電路中的晶體管和場效應(yīng)管除了作為放大管外，還構(gòu)成放大管外，還構(gòu)成電流源電路電流源電路，為各級提供合為各級提供合適的靜態(tài)電流適的靜態(tài)電流;或作為或作為有源負載有源負載取代高阻值電阻取代高阻值電阻，從而增大放，從而增大放大電路的電壓放大倍數(shù)。大電路的電壓放大倍數(shù)。3.2.1基本電流源電路基本電流源電路一、鏡像電流源一、鏡像電流源 ( (電流鏡電流鏡 Current Mirror) )+VCCRIREF+T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2RUVI1BECCREF 基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流由于由于

8、 UBE1 = UBE2，T1與與T2 參數(shù)基本相同，則參數(shù)基本相同，則IB1 = IB2 = IB；IC1 = IC2 = IC C2REFBREF1C2C22IIIIII +VCCRIREF+T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2 C2REFBREF1C2C22IIIIII 所以所以 211REF2C II當(dāng)滿足當(dāng)滿足 2 時，則時，則RUVII1BECCREF2C 電路特點：電路特點：電路結(jié)構(gòu)簡單且具有一定的溫度補償作用電路結(jié)構(gòu)簡單且具有一定的溫度補償作用 +VCCRIREF+T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2二、比例電流源二、比例電流源R1R2由圖可

9、得由圖可得UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，則則22E11ERIRI 忽略基極電流，可得忽略基極電流，可得REF211C212CIRRIRRI 兩個三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的兩個三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為阻值成反比，故稱為比例電流源。比例電流源。圖 4.2.2比例電流源BERE1CCUUIRR三、微電流源三、微電流源 在鏡像電流源的基礎(chǔ)上接在鏡像電流源的基礎(chǔ)上接入電阻入電阻 Re。+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re基本關(guān)系基本關(guān)系e2Ce2E2BE1BERIRIUU 因二極管方程因二

10、極管方程TTUUUUIIIBEBEe) 1e (SSEIIUUSETBElne2C2S2C1S1C2BE1BE)ln(lnRIIIIIUUUT+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re2S1SII e2C2C1CTlnRIIIU 圖 4.2.3微電流源C2RET2EC2lnIIRUIIRE1II2CE2II當(dāng)當(dāng)1時，有時，有 電路特點：電路特點：利用較小電阻可獲得微安級的電流源。利用較小電阻可獲得微安級的電流源。 3.2.2 改進型電流源電路改進型電流源電路問題：基本電流源電路在問題：基本電流源電路在 很小時，很小時， IR和和 IC2相差很大。相差很大。為了減小基極電流的影響，提高傳輸

11、精度，穩(wěn)定輸出電流，為了減小基極電流的影響，提高傳輸精度，穩(wěn)定輸出電流，可對基本電流源電路進行改進?？蓪倦娏髟措娐愤M行改進。一、改進型鏡像電流源一、改進型鏡像電流源缺點：缺點： 1. 受電源波動影響大；受電源波動影響大； 2.電流最低至電流最低至mA級。級。加射極輸出器的電流源加射極輸出器的電流源一、改進型鏡像電流源一、改進型鏡像電流源二、威爾遜電流源二、威爾遜電流源T1、T2、T3管的特性完全相同，即管的特性完全相同，即321 IIRUUIB3C1BECCR2IIC2C1IIIII22C2C2B2C2E3IIR2C3)2221 (由上式可見，由上式可見，IC3更接近更接近IR的值。的值。

12、 當(dāng)當(dāng)10 IC2=0.984 IR可見，在可見，在很小時，也可認為很小時，也可認為IC2= IR 。 IC2受基極電流影響很小。受基極電流影響很小。3.2.3多路電流源多路電流源1. 多路鏡像電流源多路鏡像電流源 B1C1RC1C1C144114(1)(1)IIIIII IIIIRC4C3C24)1 ()1 (多路電流源：多路電流源：利用一個基準(zhǔn)電流去獲得多個不同的輸出利用一個基準(zhǔn)電流去獲得多個不同的輸出電流，以適應(yīng)不同的需要，電流，以適應(yīng)不同的需要， 2. 多路微電流源多路微電流源 RIURIURIU3E3E3BE2E2E2BE1E1EBE1RIRIRI3E3E2E2E1E1EIIR1EI

13、IC22EIIC33ERIRIRI3E3C2E2C1ER當(dāng)當(dāng)IR確定后，只要選擇合適的各級發(fā)射極電阻，即確定后，只要選擇合適的各級發(fā)射極電阻，即可得到所需要的輸出電流。可得到所需要的輸出電流。2.多集電極管形成的多路電流源多集電極管形成的多路電流源 C1C2C3123IIISSSBEBEE(1)UUIR當(dāng)基極電流一定時，集電極電流之比當(dāng)基極電流一定時，集電極電流之比等于它們的集電區(qū)面積之比。等于它們的集電區(qū)面積之比?！纠侩娐肥请娐肥荈007的電流源部分。其中的電流源部分。其中T10與與T11為縱向為縱向NPN管；管； T12與與T13是橫向是橫向PNP管，它們的管，它們的=5，UBE=0.

14、7V，試求各管的集試求各管的集電極電流。電極電流?！窘饨狻?11BE12BECCCCREFRUUVVI0.73mA410C10TlnRIIIUCRIC1028uAT10和和T11構(gòu)成微電流源構(gòu)成微電流源T12和和T13構(gòu)成鏡像電流源構(gòu)成鏡像電流源3.2.4 以電流源為有源負載的放大電路以電流源為有源負載的放大電路 在集成運放中，常用電流源電路取代在集成運放中，常用電流源電路取代RC或或Rd ，這樣在電源電壓不變的情況下，既可獲這樣在電源電壓不變的情況下，既可獲得合適的靜態(tài)電流，對于交流信號，又可獲得得合適的靜態(tài)電流，對于交流信號，又可獲得很大的等效很大的等效RC或或Rd的。的。 晶體管和場效應(yīng)

15、管是有源元件，又可作晶體管和場效應(yīng)管是有源元件，又可作為負載，故稱為有源負載。為負載，故稱為有源負載。一、有源負載共射放大電路一、有源負載共射放大電路用電流源替代集負載電極電阻用電流源替代集負載電極電阻RC二、有源負載差分放大電路二、有源負載差分放大電路電路形式電路形式基本形式基本形式長尾式長尾式恒流源式恒流源式3.3.1 基本差分放大電路基本差分放大電路1. 電路對稱電路對稱+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uIdId21uId21u+uoR1R2Rb1=Rb2Rc1=Rc2下下T1和和T2的特性和的特性和參數(shù)均完全相同。參數(shù)均完全相同。電路以兩只管子集電極電位差為輸出，可克服

16、溫度漂移。電路以兩只管子集電極電位差為輸出，可克服溫度漂移。共模信號：共模信號：uI1和和uI2大小相大小相等，極性相同。等，極性相同。差模信號：差模信號：uI1和和uI2大小相大小相等，極性相反。等，極性相反。差差分放大電路也稱為差動放大電路分放大電路也稱為差動放大電路2. 輸入信號輸入信號當(dāng)當(dāng) uId = 0，時（靜態(tài)），時（靜態(tài)）UCQ1 = UCQ2UO = 03. 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)VT1 和和 VT2 基極輸入電壓大小相等，極性相反，基極輸入電壓大小相等，極性相反，稱為稱為差模輸入電壓差模輸入電壓( (uId) )。在差模信號作用下：在差模信號作用下：Id1u1C21uAu

17、IdCuAuu1221 Id12CC1ouAuuuu 差模電壓放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)為1IdoduAuuA 共模輸入電壓共模輸入電壓 uIc ：大小相等，極性相同大小相等，極性相同+VCCRcVT1VT2RbRcRb+uIc+uoRR共模電壓放大倍數(shù)：共模電壓放大倍數(shù)：IcocuuA Ac 愈小愈好，而愈小愈好，而Ad 愈大愈好愈大愈好電路參數(shù)完全對稱，電路參數(shù)完全對稱，Ac = 0理想情況下，電路參數(shù)完全對稱，理想情況下，電路參數(shù)完全對稱，Ac = 0， KCMR = 。CdCMRAAK (Common Mode Rejection Ratio) KCMR越大，說明差放分辨差模信號的能力

18、越強，越大，說明差放分辨差模信號的能力越強，而抑制共模信號的能力越強。而抑制共模信號的能力越強?；拘问讲罘烹娐访總€三極管的集電極對地電壓，其零漂與基本形式差放電路每個三極管的集電極對地電壓，其零漂與單管放大電路相同，絲毫沒有改善。單管放大電路相同，絲毫沒有改善。) (lg20(dB)CdCMR分貝AAK 3.差分放大電路的改進圖差分放大電路的改進圖將發(fā)射極電阻合二為一、將發(fā)射極電阻合二為一、對差模信號對差模信號相當(dāng)于短路。相當(dāng)于短路。+uI1-uI2+圖圖 3.3.2差分放大電路的組成差分放大電路的組成(d)典型差分放大電路典型差分放大電路圖圖 3.3.2差分放大電路的組成差分放大電路的組成

19、(e)+uI1-uI2+長尾式差分放大電路長尾式差分放大電路便于調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點，便于調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點，電源和信號源能共地電源和信號源能共地第三章第三章 多級放大電路多級放大電路3.3.2 長尾式差分放大電路長尾式差分放大電路可減小每個管子輸出端的溫漂?？蓽p小每個管子輸出端的溫漂。1. 電路組成電路組成 Re 稱為稱為“長尾電阻長尾電阻”。且引入且引入共模負反饋共模負反饋。 Re 愈大，共愈大，共模負反饋愈強。模負反饋愈強。Ac 愈小。每個管愈小。每個管子的零漂愈小。子的零漂愈小。 圖圖 4.2.8長尾式差分放大電路長尾式差分放大電路uI1uI2（1）對共模信號的抑制作用）對共模信號的抑制作用+u

20、I1-+uI1-第三章第三章 多級放大電路多級放大電路uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0靜態(tài)時，靜態(tài)時，ui1 = ui2 = 0當(dāng)溫度升高時當(dāng)溫度升高時ICVC （兩管變化量相等）（兩管變化量相等）2. 工作原理工作原理（2）對差模信號的放大作用）對差模信號的放大作用圖圖3.3.5差分放大電路加差模信號（差分放大電路加差模信號（a)分析時注意二個分析時注意二個“虛虛地地”uI1uI2+uId-2Idu2Idu+-+ uod-EE點電位在差模信號作用點電位在差模信號作用下不變，相當(dāng)于接下不變，相當(dāng)于接“地地”。負載電阻的中點電位在差

21、負載電阻的中點電位在差模信號作用下不變，相當(dāng)模信號作用下不變，相當(dāng)于接于接“地地”。第三章第三章 多級放大電路多級放大電路圖圖 長尾式差分放大電路長尾式差分放大電路uI1uI23.靜態(tài)分析靜態(tài)分析IE UEE2Re ；UCE1=UCE2UCCRCICUo=0IB1=IB2 =IE/(1+ )由于由于較小，較小， IBRB1可忽略不計?？珊雎圆挥?。第三章第三章 多級放大電路多級放大電路IBRB1 + UBE1 + 2IERe = UEEIC1=IC2 IE2IE2IERe UEE4. 動態(tài)分析動態(tài)分析RcVT1VT2Rc+ uoRR uI1 uI22LR2LRbe1I1BrRui 1B1Cii

22、1IbeLCLc1C1C2/2/urRRRRRiu 則則2IbeLCLc2C2C2/2/urRRRRRiu 同理同理RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2LRRWVEE+VCCRe輸出電壓為輸出電壓為)(2/2I1IbeLCC21COuurRRRuuu 差模電壓放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)為beLC2I1IOd)2/(rRRRuuuA 差模輸入電阻為差模輸入電阻為差模輸出電阻為差模輸出電阻為)(2beidrRR co2RR 【例例】在在圖差分放大電路中圖差分放大電路中,已知已知UCC=12V，EE = 12V, = 50, RC = 10 k , RE =10 k , RB = 20 k ，

23、 輸出端接負載輸出端接負載RL = 20k , 試求：電路的靜態(tài)值和差模電壓放大倍數(shù)、試求：電路的靜態(tài)值和差模電壓放大倍數(shù)、Ri、R0?！窘饨狻縨A0.6A101021223EEC REImA0.012mA500.6CB IIV6V)100.6101012(33CCCCCE IRUU112.4120550beBLd rRRA k521/LCLRRR k 2.41)0.626(20026)1()(200EbeIr )( 2beBirRr Co2Rr =2(20+2.41)=44.82k=20k22i21 i2i11 iuuuuui222i1 i2i1 i2iuuuuu2idic1 iuuu2id

24、ici2uuu2i2i1icuuu2ii1iduuu其中：其中：2i1 iud2o1oouuAuuu uo僅與差模輸入電壓成正比，而與共模輸入電僅與差模輸入電壓成正比，而與共模輸入電壓大小無關(guān)。壓大小無關(guān)。例例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 例例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 18 mV + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 8 mV + 2 mV 這種輸入常作為比較放大來應(yīng)用，在自動控制這種輸入常作為比較放大來應(yīng)用，在自動控制系統(tǒng)中是常

25、見的。系統(tǒng)中是常見的。 3.3.3 恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路 用三極管代替用三極管代替“長尾式長尾式”電路的長尾電阻，即構(gòu)成電路的長尾電阻，即構(gòu)成恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路RcVT1VT2Rc+ uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT31. 電路組成電路組成VT3：恒流管：恒流管作用：作用：能使能使 iC1、iC2不隨溫度變化，從不隨溫度變化，從而抑制共模信號的而抑制共模信號的變化。變化。圖圖 4.2.13恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路具有電流源的差分放大電路具有電流源的差分放大電路簡化簡化畫法畫法ui1T1+VCCT2RCuoui2RC

26、VEEIui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEER2R3IC3T3T4IREFIC4R1第三章第三章 多級放大電路多級放大電路2. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析當(dāng)忽略當(dāng)忽略 VT3 的基極電流時，的基極電流時， Rb1 上的電壓為上的電壓為RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3)(EECC2b1b1b1bVVRRRUR 于是得到于是得到CQ3CQ2CQ121III C1CQCCCQ2CQ1RIVUU 11CQBQ2BQ1 III RIUU1BQBQ2BQ1 e3BEQEQ3CQ31bRUUIIR 圖圖 恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路3. 動態(tài)分析動態(tài)

27、分析由于恒流三極管相當(dāng)于一個阻值很大的長尾電阻，由于恒流三極管相當(dāng)于一個阻值很大的長尾電阻，它的作用也是引入一個共模負反饋，對差模電壓放大倍它的作用也是引入一個共模負反饋，對差模電壓放大倍數(shù)沒有影響，所以與長尾式交流通路相同。數(shù)沒有影響，所以與長尾式交流通路相同。差模電壓放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)為beLC2I1IOd)2/(rRRRuuuA 差模輸入電阻為差模輸入電阻為差模輸出電阻為差模輸出電阻為)(2beidrRR co2RR +Uuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+TEE+穩(wěn)定靜態(tài)工作點，限制每個管子的漂移。穩(wěn)定靜態(tài)工作點，限制每個管子的漂移。EE：用于補償用于補償RE上的壓降

28、，以獲得合適的工作點。上的壓降，以獲得合適的工作點。電位器電位器 RP : 起調(diào)零作用。起調(diào)零作用。1. .靜態(tài)分析靜態(tài)分析EEEBEBB12EIRUIR 集電極電流集電極電流EEEC2REII 發(fā)射極電位發(fā)射極電位 VE 0基極電流基極電流EECB2 REII 集射極電壓集射極電壓ECECCCCCCCE2RREUIRUU RC+UCCRB1T1RE -EEIB2IEICIE+UCE+UBE+單管直流通路單管直流通路2. .動態(tài)分析動態(tài)分析單管差模信號通路單管差模信號通路 由于差模信號使兩管的集電極電流一增一減，其變化由于差模信號使兩管的集電極電流一增一減，其變化量相等，通過量相等，通過 RE

29、 的電流近于不變，的電流近于不變，RE 上沒有差模信號壓降，上沒有差模信號壓降，故故 RE 對差模信號不起作用，可得出下圖所示的單管差模信對差模信號不起作用，可得出下圖所示的單管差模信號通路。號通路。單管差模電壓放大倍數(shù)單管差模電壓放大倍數(shù)beBCbeBbCbi1o1d1rRR)rR(iRiuuA 同理可得同理可得d1beBCi2o2d2ArRRuuA T1RCibic+uo1RB+ ui1 雙端輸入雙端輸入雙端輸出差分電路的差模電壓放大倍數(shù)為雙端輸出差分電路的差模電壓放大倍數(shù)為beBCd1i2i1odrRRAuuuA 當(dāng)在兩管的集電極之間接入負載電阻時當(dāng)在兩管的集電極之間接入負載電阻時beB

30、LdrRRA 式中式中LCL21/RRR 兩輸入端之間的差模輸入電阻為兩輸入端之間的差模輸入電阻為)( 2beBirRr 兩集電極之間的差模輸出電阻為兩集電極之間的差模輸出電阻為Co2Rr 單端輸出時差分電路的差模電壓放大倍數(shù)為單端輸出時差分電路的差模電壓放大倍數(shù)為)(beBCi1o1i2i1o1d212反反相相輸輸出出rRRuuuuuA )(212beBCi2o2i2i1o2d相相輸輸出出同同rRRuuuuuA 即：即：單端輸出差分電路的電壓放大倍數(shù)只有雙端輸出單端輸出差分電路的電壓放大倍數(shù)只有雙端輸出差分電路的一半。差分電路的一半。單端輸入單端輸入: 即將即將T1輸入端或輸入端或T2輸入端

31、接輸入端接“地地”, 而另而另 一端接輸入信號一端接輸入信號ui 。四種差分放大電路的比較見表四種差分放大電路的比較見表15.7.1。3.3.5 差分放大電路四種接法差分放大電路四種接法有四種不同的接法有四種不同的接法差分輸入、雙端輸出；差分輸入、雙端輸出；差分輸入、單端輸出；差分輸入、單端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、單端輸出。單端輸入、單端輸出。RcVT1VT2Rc+ uoRRuIuI2+VCCVEEIR+beLCd)2/(rRRRA )(2beidrRR co2RR 圖圖 差分輸入、雙端輸出差分輸入、雙端輸出2. 差分輸入、單端輸出差分輸入、單端輸出RcVT1V

32、T2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+uouo uO 約為雙端輸出的一半，即約為雙端輸出的一半，即beLCd)/(21rRRRA )(2beidrRR coRR 若由若由 VT2 集電極輸集電極輸出，出， uO 為為“正正”。圖圖 4.2.16( (b) )差分輸入、單端輸出差分輸入、單端輸出3. 單端輸入、雙端輸出單端輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+ uoRRuI+VCCVEEI+單端輸入單端輸入則則 當(dāng)共模負反饋足當(dāng)共模負反饋足夠強時，夠強時，IE21uu IEI1BE21uuuu IE2BE210uuu 三極管仍然基本工作在差分狀態(tài)，所以三極管仍然基本工作在差分狀態(tài)，所以；

33、beLCd)2/(rRRRA ；)(2beidrRR co2RR 圖圖 4.2.16( (c) )單端輸入、雙端輸出單端輸入、雙端輸出4. 單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+；beLCd)/(21rRRRA ；)(2beidrRR coRR 若改從若改從 VT2 集電集電極輸出，則極輸出，則；beLCd)/(21rRRRA 這種接法比一般的單管放大電這種接法比一般的單管放大電路具有較強的抑制零漂的能力。路具有較強的抑制零漂的能力。圖圖 4.2.16( (d) )單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出coCMRcbebLcd2 0 )2(RRK

34、ArRRRA雙端輸出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA單端輸出： 接法接法性能性能差分輸入差分輸入雙端輸出雙端輸出差分輸入差分輸入單端輸出單端輸出單端輸入單端輸入雙端輸出雙端輸出單端輸入單端輸入單端輸出單端輸出AdbeLC)2/(rRRR beLcrRRR )2/( beLcrRRR )/(21 beLcrRRR )/(21 KCMR很高很高很高很高較高較高較高較高Rid)(2berR )(2berR )(2berR )(2berR Roc2Rc2RcRcR差分放大電路四種接法的性能比較差分放

35、大電路四種接法的性能比較 接法接法性能性能差分輸入差分輸入雙端輸出雙端輸出差分輸入差分輸入單端輸出單端輸出單端輸入單端輸入雙端輸出雙端輸出單端輸入單端輸入單端輸出單端輸出特特性性 1. Ad 與單與單管放大電路管放大電路基本相同。基本相同。 2.在理想情在理想情況下，況下，KCMR。 3.適用于差適用于差分輸入、雙分輸入、雙端輸出，輸端輸出，輸入信號及負入信號及負載的兩端均載的兩端均不接地的情不接地的情況。況。 1. Ad 約為約為雙端輸出時雙端輸出時的一半。的一半。 2. 由于引由于引入共模負反入共模負反饋，仍有較饋，仍有較高的高的KCMR。 3.適用于將適用于將雙端輸入轉(zhuǎn)雙端輸入轉(zhuǎn)換為單端

36、輸換為單端輸出。出。 1. Ad 與單與單管放大電路管放大電路基本相同。基本相同。 2.在理想情在理想情況下，況下，KCMR。 3.適用于將適用于將單端輸入轉(zhuǎn)單端輸入轉(zhuǎn)換為雙端輸換為雙端輸出。出。 1. Ad 約為雙端約為雙端輸出時的一半。輸出時的一半。 2.比單管放大比單管放大電路具有較強的電路具有較強的抑制零漂的能力。抑制零漂的能力。 3.適用于輸入、適用于輸入、輸出均要求接地輸出均要求接地的情況。的情況。 4.選擇不同管選擇不同管子輸出，可使輸子輸出，可使輸出電壓與輸入電出電壓與輸入電壓反相或同相。壓反相或同相。結(jié)論結(jié)論( (1) ) 雙端輸出時，雙端輸出時，Ad 與單管與單管 Au 基

37、本相同；單端輸出基本相同；單端輸出時，時，Ad 約為雙端輸出時的一半。約為雙端輸出時的一半。雙端輸出時，雙端輸出時，Ro = 2Rc；單端輸出時，；單端輸出時， Ro = Rc 。( (2) ) 雙端輸出時，理想情況下，雙端輸出時，理想情況下，KCMR ；單端；單端輸出時，共模抑制比不如雙端輸出高。輸出時，共模抑制比不如雙端輸出高。( (3) ) 單端輸出時，可以選擇從不同的三極管輸出，單端輸出時，可以選擇從不同的三極管輸出，而使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。而使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。( (4) ) 單端輸出時，由于引入很強的共模負反饋，兩單端輸出時，由于引入很強的共模負反饋，兩個管子

38、仍基本工作在差分狀態(tài)。個管子仍基本工作在差分狀態(tài)。( (5) ) 單端輸出時，單端輸出時， Rid 2(R + rbe)。例例3.1 電路如圖，已知：電路如圖，已知：UCC = UEE = 12V， RC= RB=10k，R1=4.6k，R2=4.4k，R3=3.2k，1=2 =3=50，T1與與T2的的特性完全相同，特性完全相同，UBE =0.7V。試分析：。試分析：1) 電路的靜態(tài)工作電流電路的靜態(tài)工作電流ICQ1、ICQ2及電壓及電壓UCEQ1、UCEQ2；2) 差模電壓放大倍數(shù)、差模輸入電阻、輸出電阻、共模電壓差模電壓放大倍數(shù)、差模輸入電阻、輸出電阻、共模電壓放大倍數(shù)、共模抑制比；放大

39、倍數(shù)、共模抑制比；3) 由分析結(jié)果歸納電路的特點。由分析結(jié)果歸納電路的特點。EEU3RCRuoT32R1RB3CCUui1ui2BRBRT12T【解解】1） 作直流通道，分析靜態(tài)工作點。作直流通道，分析靜態(tài)工作點。EEU3RCRuoT32R1RB3CCUui1ui2BRBRT12T 5.87VV6 . 44 . 4124 . 4EE212R2URRRUmA 1.6mA2 . 37 . 087. 53BE3R2E3C3RUUIImA 0.82C3E2E1C2C1IIIII?【解解】1） 作直流通道，分析靜態(tài)工作點。作直流通道，分析靜態(tài)工作點。6V 0.8V)7 . 010508 . 0(BEBB

40、1E2E1URIUU6V .84V)86. 0108 . 012(E1CC1CCCE1URIUU6V .812V)86. 012(E2CCCE2UUU2） 動態(tài)參數(shù)分析動態(tài)參數(shù)分析圖圖3.25 電路的差模等效電路電路的差模等效電路2） 動態(tài)參數(shù)分析動態(tài)參數(shù)分析)(2beBidb1rRuiRrRuRiuCbeBidCb1od)(2差模電壓放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)為：)(2beBCidoddrRRuuAu be126(20051)18580.8r 21)858. 110(21050)(2beBCdrRRAu可見單端輸出時的差模放大倍數(shù)是雙端輸出時的二分之一可見單端輸出時的差模放大倍數(shù)是雙端輸出時

41、的二分之一 差模輸入電阻差模輸入電阻: k716.23k)858. 110(2)(2beBidrRRk10CoRRCCocb1icBbeE2(1)RuiuRRrR RrRRuuAuEbeBCicocc)1 (2)(2)1 (2beBEbeBucudCMRrRRrRAAK共模放大倍數(shù)為：共模放大倍數(shù)為：共模抑制比為：共模抑制比為：通常情況下，近似認為恒流源的等效電阻為無窮大，此時通常情況下，近似認為恒流源的等效電阻為無窮大，此時0cAu，共模抑制比趨于無窮大。，共模抑制比趨于無窮大。共模輸出電壓為：共模輸出電壓為：輸出電阻為：輸出電阻為：綜上所述，綜上所述，雙入單出時，其差模放大倍數(shù)是雙端輸入雙

42、端輸出的一半；雙入單出時，其差模放大倍數(shù)是雙端輸入雙端輸出的一半；單端輸出時，其共模輸出電壓不能相互抵消，電路依靠恒流源單端輸出時，其共模輸出電壓不能相互抵消，電路依靠恒流源提高對共模信號的抑制能力；提高對共模信號的抑制能力；單端輸出時的輸出電阻是雙端輸出的一半。單端輸出時的輸出電阻是雙端輸出的一半。3）電路特點）電路特點例例3.2: 電路如圖，已知：電路如圖，已知：UCC = UEE = 15V， RC= RL=10k，RB=3k，RE=3.2k，1=2 =80，rbe1=rbe2=rbe，UBE =0.7V。試分析：試分析：1）電路的靜態(tài)工作電流）電路的靜態(tài)工作電流IC1、IC2及電壓及電

43、壓UCE2；2）求輸出電壓的表達式。）求輸出電壓的表達式?！窘饨狻?電路是單端輸入單端輸出差動放大電路電路是單端輸入單端輸出差動放大電路 （1） 作直流通道，分析靜態(tài)工作點。作直流通道，分析靜態(tài)工作點。URIIURIEEEE2E1BE1BB1)(IIE2E1IIB2B1RRUUIIEBBE1EEB2B1)1 (2UIRUBE1B1BEUIRUUEC2CCCCE20.011mAmA816237 . 015)1 (2EBBE1EEB2B1RRUUII0.88mAmA011. 080B1C2C1IIIV7 . 0V)7 . 0011. 03(BE1B1BEUIRUV8 . 3V)7 . 088. 0

44、1010101015101010(EC2CCCCE2UIRUU取取UBE =0.7V，代入數(shù)值計算有：，代入數(shù)值計算有：（2） 作交流等效電路，動態(tài)分析作交流等效電路，動態(tài)分析irRirRub2beBb1beBi)()(irRRiib2beBEb2b1)()(1 (iRub2Lo求解上述方程式可得：求解上述方程式可得：iioBbeBbeBbeEBbebeBEELL(1)2(1)(1)uuRRuRrRrRRrRRrrRRurRRuibeBLo)(2rRRbeBE)1 (2593)88. 02681200(berk5/LCLRRRk593. 5k2 . 881)1 (beBErRRuuurRRui

45、iibeBLo7 .35)593. 23(2580)(2 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)1.差分放大電路的類別差分放大電路的類別基本差分放大電路基本差分放大電路長尾差分放大電路長尾差分放大電路恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路2.差分放大電路的接法差分放大電路的接法+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uIdId21uId21u+uoR1R2+VCCRc+VT1VT2Rc+uIdId21uId21u+uoRR VEEReRcVT1VT2Rc+ uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3RcVT1VT2Rc+ uoRRuIuI2+VCCVEEIR+雙端輸入、雙端輸出；雙端輸入、雙端輸出；

46、雙端輸入、單端輸出；雙端輸入、單端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、單端輸出。單端輸入、單端輸出。FET差分放大電路差分放大電路T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第三章第三章 多級放大電路多級放大電路雙極型集成運放雙極型集成運放 F007CMOS 集成運放集成運放 C14573一、外形與符號一、外形與符號3.4.1雙極型集成運放雙極型集成運放 F00712348765典型的集成運放典型的集成運放二、電路原理圖二、電路原理圖圖圖 4.3.1F007 電路原理圖電路原理圖1. 偏置電路偏置電路+VCCT8 VCCT9T12T13T10T11

47、R4R5I8I3,4IC9IC10IREFIC13至輸入級至輸入級至中間級至中間級511BE12BECCCCREFRUUVVI基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流產(chǎn)生各放基準(zhǔn)電流產(chǎn)生各放大級所需的偏置電流。大級所需的偏置電流。各路偏置電流的關(guān)系：各路偏置電流的關(guān)系：IREFI11IC10I3, 4IC9IC8IC12IC13微電流源微電流源鏡像電流源鏡像電流源輸入級輸入級鏡像電流源鏡像電流源中間級中間級輸出級輸出級圖圖 4.3.1-1F007 的偏置電路的偏置電路2. 輸入級輸入級T1、T2、T3、T4 組成共集組成共集 - 共基差分放大電路；共基差分放大電路；T1、T2 基極接收差分輸入信號?；鶚O接

48、收差分輸入信號。T5、T6 有源負載；有源負載； T4 集電極送出單集電極送出單端輸出信號至中間級。端輸出信號至中間級。 uORW 調(diào)零電阻，調(diào)零電阻，R 外接電阻。外接電阻。 T7 與與R2 組成射極組成射極輸出器。輸出器。 +VCC VEET6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWT4T2T7T5T3T1T8T9圖圖 4. 3. 1-2uI2uI1若暫不考慮若暫不考慮 T7 和調(diào)零電路則電路可簡化為：和調(diào)零電路則電路可簡化為：+VCC VEEI3,4T4T2T3T1I8RCRCuI1uI2uO(1). T1、T2 共集組態(tài)，具有共集組態(tài)，具有較高的差模輸入電阻和共模輸入較高的差模輸入電阻

49、和共模輸入電壓。電壓。(2). 共基組態(tài)的共基組態(tài)的 T3、T4，與與有源負載有源負載 T5、T6 組合，可以得到組合，可以得到很高的電壓放大倍數(shù)。很高的電壓放大倍數(shù)。(3). T3、T4 共基接法能改善頻率響應(yīng)。共基接法能改善頻率響應(yīng)。(4). 該電路具有共模負反饋，能減小溫漂，提高共模該電路具有共模負反饋，能減小溫漂，提高共模抑制比。抑制比。圖圖 簡化示意圖簡化示意圖 3. 中間級中間級圖圖 4.3.1-3中間級示意圖中間級示意圖+VCC VEET15T16IC13R7T17R830pF輸入來自輸入來自 T4 和和 T6集電極；集電極；輸出接在輸出級的兩個輸出接在輸出級的兩個互補對稱放大管

50、的基極?；パa對稱放大管的基極。中間級中間級 T16、 T17 組成組成復(fù)合管，復(fù)合管， T13 作為其有源作為其有源負載。負載。8、9兩端外接兩端外接30pF 校正電容防止產(chǎn)生自激振蕩。校正電容防止產(chǎn)生自激振蕩。4. 輸出級輸出級IC13R8uo+VCC VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2圖圖 4.3.1-4F007 輸出輸出級原理電路級原理電路T14、 T18 、T19 準(zhǔn)準(zhǔn)互補對稱電路；互補對稱電路；D1、 D2 、R9、R10 過載保護電路；過載保護電路；T15 、R7、R8 為功為功率管提供靜態(tài)基流。率管提供靜態(tài)基流。V7 . 0)1(87BE15887CE15

51、RRURRRU調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) R7、R8 阻值可調(diào)節(jié)兩個功率管之間的電壓差。阻值可調(diào)節(jié)兩個功率管之間的電壓差。這種電路稱為這種電路稱為 UBE 倍增電路。倍增電路。3.4.2主要性能指標(biāo)及低頻等效電路主要性能指標(biāo)及低頻等效電路一般用對數(shù)表示，定義為一般用對數(shù)表示，定義為 UUUAlg20-Ood單位：分貝單位：分貝理想情況理想情況 Aod 為無窮大；為無窮大； 實際情況實際情況 Aod 為為 100 140 dB。二、輸入失調(diào)電壓二、輸入失調(diào)電壓 UIO三、輸入失調(diào)電壓溫漂三、輸入失調(diào)電壓溫漂 UIO 定義：定義：為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的補償電壓。

52、補償電壓。一般運放：一般運放：UIO 為為 1 10 mV；高質(zhì)量運放：高質(zhì)量運放：UIO 為為 1 mV 以下。以下。定義：定義：TUUddIOIO 一般運放為一般運放為 每度每度 10 20 V；高質(zhì)量運放低于每度高質(zhì)量運放低于每度 0.5 V 以下以下；四、輸入失調(diào)電流四、輸入失調(diào)電流 IIO五、輸入失調(diào)電流溫漂五、輸入失調(diào)電流溫漂 IIO當(dāng)輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流當(dāng)輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流之差，即之差，即定義：定義：B2B1IOIII 一般運放為一般運放為 幾十幾十 一百納安；高質(zhì)量的低于一百納安；高質(zhì)量的低于 1 nA。定義：定義：TIIddIOIO 一般運放

53、為一般運放為 每度幾納安；高質(zhì)量的每度幾十皮安。每度幾納安；高質(zhì)量的每度幾十皮安。六、輸入偏置電流六、輸入偏置電流 IIB七、差模輸入電阻七、差模輸入電阻 rid八、共模抑制比八、共模抑制比 KCMR定義：定義：輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流的輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流的平均值。平均值。)(21B2B1IBIII 定義：定義：IdIdidIUr 一般集成運放為幾兆歐。一般集成運放為幾兆歐。定義：定義：ocodCMRlg20AAK 多數(shù)集成運放在多數(shù)集成運放在 80 dB 以上，高質(zhì)量的可達以上，高質(zhì)量的可達 160 dB。九、最大共模輸入電壓九、最大共模輸入電壓 UIcm輸入端

54、所能承受的最大共模電壓。輸入端所能承受的最大共模電壓。十、最大差模輸入電壓十、最大差模輸入電壓 UIdm 反相輸入端與同相輸入端之間能夠承受的最大電壓。反相輸入端與同相輸入端之間能夠承受的最大電壓。十一、十一、 3 dB帶寬帶寬 fH表示表示 Aod 下降下降 3 dB 時的頻率。一般集成運放時的頻率。一般集成運放 fH 只只有幾赫至幾千赫。有幾赫至幾千赫。十二、十二、 單位增益帶寬單位增益帶寬fc Aod 降至降至 0 dB 時的頻率，此時開環(huán)差模電壓放大倍時的頻率，此時開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)等于數(shù)等于 1 。十三、十三、 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 SR額定負載條件下，輸入一個大幅度的階躍信號時，額定

55、負載條件下，輸入一個大幅度的階躍信號時，輸出電壓的最大變化率。單位為輸出電壓的最大變化率。單位為 V / s 。在實際工作中，輸入信號的變化率一般不要大于集在實際工作中，輸入信號的變化率一般不要大于集成運放的成運放的 SR 值。值。其他技術(shù)指標(biāo)還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸其他技術(shù)指標(biāo)還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。出電阻等。3.5理想運算放大器理想運算放大器3.5.1理想運放的技術(shù)指標(biāo)理想運放的技術(shù)指標(biāo)開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 Aod = ；輸出電阻輸出電阻 ro = 0；共模抑制比共模抑制比 KCMR = ；差模輸入電阻差模輸入電阻 rid = ；UIO = 0、IIO

56、 = 0、 UIO = IIO = 0；輸入偏置電流輸入偏置電流 IIB = 0； 3 dB 帶寬帶寬 fH = ，等等。，等等。3.5.2理想運放工作在線性區(qū)時的特點理想運放工作在線性區(qū)時的特點輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)系，即系，即)(odO uuAu u uOu i i+Aod理想運放工作在線性區(qū)特點：理想運放工作在線性區(qū)特點：1. 理想運放的差模輸入電壓等于零理想運放的差模輸入電壓等于零0)(odO Auuu即即 uu“虛短虛短”圖圖 4.5.1集成運放集成運放的電壓和電流的電壓和電流2. 理想運放的輸入電流等于零理想運放

57、的輸入電流等于零由于由于 rid = ，兩個輸入端均沒有電流，即，兩個輸入端均沒有電流，即0 ii“虛斷虛斷”3.5.3理想運放工作在非線性區(qū)時的特點理想運放工作在非線性區(qū)時的特點傳輸特性傳輸特性+UOPPuOu+ u O UOPP理想特性理想特性圖圖 4.5.2集成運放集成運放的傳輸特性的傳輸特性理想運放工作在非線性區(qū)特點：理想運放工作在非線性區(qū)特點：當(dāng)當(dāng) u+ u 時，時，uO = + UOPP當(dāng)當(dāng) u+ u 時，時， uo = +Uo(sat) u+ u 時，時， uo = + Uo(sat) u+ u 時，時， uo = Uo(sat) u+ u uoUo(sat)+Uo(sat) O

58、飽和區(qū)飽和區(qū)【例例 】 F007運放的正、負電源電壓為運放的正、負電源電壓為15V，開環(huán)電壓放，開環(huán)電壓放大倍數(shù)大倍數(shù)AU0=2 105,輸出最大電壓（即輸出最大電壓（即 Uo(sat)為為13V。在下。在下圖電路中分別加如下電壓，求輸出電壓及其極性：圖電路中分別加如下電壓，求輸出電壓及其極性：V;10V,15) 1 (uuV;10V,5)2(uumV;50V,)3(uuV;0mV,5)4(uu u u+ uo uOu+-u-V651021360uoAuuu【解解】5VV10)1015(10265ouV;10V,15) 1 (uu輸出電壓輸出電壓3VV10)105(10265ouV;10V,5

59、)2(uu輸出電壓輸出電壓3V1oumV;50V,)3(uu輸出電壓3V1ouV;0mV,5)4(uu輸出電壓輸出電壓很好很好uOu+-u-3.6基本運算電路基本運算電路在運算電路中，集成運放必須工作在線性在運算電路中，集成運放必須工作在線性區(qū)，在深度負反饋條件下，利用反饋網(wǎng)絡(luò)區(qū)，在深度負反饋條件下，利用反饋網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)各種數(shù)學(xué)運算。能夠?qū)崿F(xiàn)各種數(shù)學(xué)運算?；具\算電路包括：基本運算電路包括：比例、加減、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)比例、加減、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)3.6.1比例運算電路比例運算電路1i1Ruui FofRuui 因因“虛地虛地”，所以所以u=u+= 0因因虛斷虛斷，i+= i = 0 ， i1FouRRu ifi1ii+1FiofR