差動放大器和運算放大器

1、差動放大器和運算放大器1第1頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三 第四章 差動放大器與集成運算放大器4.1 差動放大電路4.2 集成運放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點4.3 集成運放的主要性能指標(biāo)2第2頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三uiRC1R1T14.1 差動放大電路增加R2 、RE2 : 用于設(shè)置合適的Q點。問題 1 :前后級Q點相互影響。+UCCuoRC2T2R2RE24.1.1 直接耦合電路的特殊問題3第3頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三問題 2 :零點漂移。前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得當(dāng) ui 等于零時， uo不等于

2、零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有時會將信號淹沒4第4頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三一、結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)對稱。4.1.2 基本型差動放大器ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB5第5頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三二、 抑制零漂的原理uo= UC1 - UC2 = 0uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0當(dāng) ui1 = ui2 =0 時：當(dāng)溫度變化時：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui26第6頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三三、 共

3、模電壓放大倍數(shù)AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模輸入信號： ui1 = ui2 = uC （大小相等，極性相同）理想情況：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 共模電壓放大倍數(shù)：（很小，1)設(shè)uC1 =UC1 +uC1 ， uC2 =UC2 +uC2 。因ui1 = -ui2， uC1 =-uC2 uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2uC1 差模電壓放大倍數(shù)：+UCC8第8頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三五、共模抑制比(CMRR)的定義例: Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/

4、0.1 =66 dBCMRR Common Mode Rejection Ratio KCMRR =KCMRR (dB) =(分貝)9第9頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三一、結(jié)構(gòu)為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器: 4.1.3 雙電源長尾式差放特點：加入射極電阻RE ；加入負(fù)電源 -UEE ，采用正負(fù)雙電源供電。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE10第10頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三雙電源的作用：（1）使信號變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負(fù)電源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE

5、11第11頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三二、 靜態(tài)分析 溫度TICIE = 2ICUEUBEIBIC1. RE的作用 設(shè)ui1 = ui2 = 0自動穩(wěn)定RE 具有強(qiáng)負(fù)反饋作用 抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE12第12頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三2. Q點的計算直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEIBIC1IC2IBIEIC1= IC2= IC= IB UC1= UC2= UCCICRC UE1= UE2 =IBRBUBE UCE1= UCE2 = UC

6、1UE113第13頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三三、 動態(tài)分析1. 輸入信號分類(1)差模(differential mode)輸入ui1 = -ui2= ud(2)共模( common mode) 輸入ui1 = ui2 = uC差模電壓放大倍數(shù):共模電壓放大倍數(shù): 14第14頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三結(jié)論：任意輸入的信號: ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1 = uC + ud ；ui2 = uC - ud例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV則：ud = 5mV , uc = 15mV

7、 差模分量:共模分量:15第15頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三(一) 差模輸入均壓器RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEE16第16頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三RE 對差模信號作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0RE對差模信號不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRE17第17頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三差模信號通路T1單邊微變等效電路uod1RBB1EC1

8、RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E18第18頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三1. 放大倍數(shù)單邊差模放大倍數(shù):uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib119第19頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三若差動電路帶負(fù)載RL (接在 C1 與 C2 之間), 對于差動信號而言，RL中點電位為 0, 所以放大倍數(shù)：即：總的差動電壓放大倍數(shù)為：差模電壓放大倍數(shù):RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E20第20頁，共41頁，

9、2022年，5月20日，4點48分，星期三ro = 2RC ri ri ro輸入電阻：輸出電阻：2. 輸入輸出電阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考題：電路去掉RB能正常工作嗎？ RB的作用是什么？21第21頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三(二) 共模輸入RE對共模信號有抑制作用（原理靜態(tài)分析，即由于RE的負(fù)反饋作用，使IE基本不變） 。uC ic1 、 ic2 iRE 、 uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE22第22頁，共41頁，20

10、22年，5月20日，4點48分，星期三共模信號通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1 uoc2 uoc1ic1 ic2uc22RE23第23頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三T1單邊微變等效電路RCRB2REic1uc1uc2ib1ib1ie1rbe124第24頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三KCMRR AC 0問題：負(fù)載影響共模放大倍數(shù)嗎？不影響！25第25頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC4.1.4 恒流源式差放電路電路結(jié)構(gòu):IC3R2

11、T3R1R3-UEE26第26頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三 rce3 1M恒流源T3 :放大區(qū)RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEEuCEIB3iCUCE3IC3QUCE3靜態(tài)分析：主要分析T3管。VB3VE3 IE3 IC327第27頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三電路改進(jìn)：加入溫度補償三極管T4（BC短接，相當(dāng)于二極管）IE4溫度 IE3 溫度UBE4 UB3 IE3 結(jié)論：T4穩(wěn)定IE3 。RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC

12、IC3R2T3R1R3-UEET4IE3 UBE4 Q變化28第28頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三1. 恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。2. 恒流源不影響差模放大倍數(shù)。3. 恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無窮的電阻，所以共模抑制比是無窮。恒流源的作用29第29頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三4.1.5 差放電路的幾種接法輸入端 接法雙端單端輸出端 接法雙端單端雙端輸入雙端輸出：Ad = Ad1雙端輸入單端輸出：ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE3

13、0第30頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三雙端輸出：Ad = Ad1單端輸出：對Ad而言，雙端輸入與單端輸入效果是一樣的。ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE ib2 ib1ud = 0.5ui , uc = 0雙端輸入：ui1 = -ui2 =0.5uiud = 0.5ui , uc = 0.5ui 單端輸入：ui1 =-ui ，ui2 = 031第31頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三集成電路: 將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)體基片上。集成電路的優(yōu)點：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成

14、電路的分類：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路； 4.2 集成運放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點32第32頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點：1. 電路元件制作在一個芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。2. 電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到20千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。3. 幾十 pF 以下的小電容用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。4. 二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。33第33頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三UEE+UCC u+uo u反相輸入端同相輸入端T3T4T5T1T2I

15、S原理框圖：輸入級中間級輸出級與uo反相與uo同相34第34頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三對輸入級的要求：盡量減小零點漂移,盡量提高 KCMRR , 輸入阻抗 ri 盡可能大。對中間級的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。對輸出級的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io 。即輸出阻抗 ro小。集成運放的結(jié)構(gòu)（1）采用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級一般采用差動放大器。（2）輸入級常采用復(fù)合三極管或場效應(yīng)管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級采用互補對稱式射極跟隨器，以進(jìn)行功率放大，提高帶負(fù)載的能力。35第35頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48

16、分，星期三R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC =IC1+ IC2 = 1 IB + 2(1+ 1 ) IB = 1 + 2(1+ 1 ) IB為減小IB， 提高輸入電阻，T1、T2采用復(fù)合三極管 = IC / IB = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2 ICIBIE12IC1IC2IB236第36頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4級：互補對稱射極跟隨器差動放大器第2級第1級：差動放大器第3級：單管放大器+集成運放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉

17、例）極性判斷37第37頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三 ri 大: 幾十k 幾百 k運放的特點：KCMRR 很大 ro ?。簬资?幾百 A o 很大: 104 107理想運放： ri KCMMRR ro 0Ao 運放符號：uu+ uo u u+ uoAo國際符號國內(nèi)符號38第38頁，共41頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三一、開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod無外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在105 107之間。理想運放的Aod為。二、共模抑制比KCMMR常用分貝作單位，一般100dB以上。三、差模輸入電阻ridri1M, 有的可達(dá)100M以上。四、輸出電阻roro =