3章多级放大电路和集成电路运算放大器解析.pptx

模 拟 电 子 技 术 多级放大电路和集成多级放大电路和集成 电路运算放大器电路运算放大器第第 三三 章章3.1多级放大电路多级放大电路3.3 集成电路运算放大器集成电路运算放大器小结小结3.2差分放大电路差分放大电路模 拟 电 子 技 术 引言引言 3.1.1 级间耦合问题级间耦合问题 3.1.2 多级放大电路的分析多级放大电路的分析3.1多级放大电路多级放大电路模 拟 电 子 技 术 为为什什么么要要多多级级放放大大？在第2章，我们主要研究了由一个晶体管组成基本放大电路，它们的电压放大倍数一般只有几十倍。但是在实际应用中，往往需要放大非常微弱的信号，上述的放大倍数是远远不够的。为了获得更高的电压放大倍数，可以把多个基本放大电路连接起来，组成“多级放大电路”。其中每一个基本放大电路叫做一“级”，而级与级之间的连接方式则叫做“耦合方式”。实际上，单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之间的耦合问题。引言引言模 拟 电 子 技 术3.1.1 级间耦合问题级间耦合问题 极间耦合形式：极间耦合形式：直接直接耦合耦合A1A2电路简单，能放大交、直流电路简单，能放大交、直流信号，信号，“Q”互相影响，零互相影响，零点点漂移严重。漂移严重。阻容阻容耦合耦合A1A2各级各级“Q”独立，只放大交独立，只放大交流流信号，信号频率低时耦合电信号，信号频率低时耦合电容容抗大。容容抗大。变压变压 器器耦合耦合A1A2用于选频放大器、用于选频放大器、功率放大器等。功率放大器等。模 拟 电 子 技 术1、阻容耦合、阻容耦合阻阻容容耦耦合合是是通通过过电电容容器器将将后后级级电电路路与与前前级级相相连连接接，其其方方框图所示。框图所示。阻容耦合放大电路的方框图模 拟 电 子 技 术单级阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路模 拟 电 子 技 术1）各级的直流工作点相互独立。由于电容器隔直流而 通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。2）在传输过程中，交流信号损失少。只要耦合电容选得 足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地 加到后 级，实现逐级放大。优点：优点：3）电路的温漂小。4）体积小，成本低。模 拟 电 子 技 术缺点：缺点：2）低频特性差；1）无法集成；3）只能使信号直接通过，而不能改变其参数。2、变压器耦合变压器耦合变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧，因此可以作为耦合元件。变压器耦合的两级放大电路模 拟 电 子 技 术为什么要讲变压器耦合？为什么要讲变压器耦合？因为变压器在传送交流信号的因为变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。图4-5 变压器的等效电路工作原理：模 拟 电 子 技 术优点优点：1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。工作点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。2）变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。电压以及阻抗变换。缺点：缺点：1）高频和低频性能都很差；）高频和低频性能都很差；2）体积大，成本高，无法集成。）体积大，成本高，无法集成。模 拟 电 子 技 术3 直接耦合直接耦合直接耦合和两级放大电路存在两个问题：存在两个问题：1）静态工作点不独立2）零点漂移（1）直接耦合的具体形式模 拟 电 子 技 术为了解决这个问题：可以采用如下的办法。为了解决这个问题：可以采用如下的办法。T1、T2都处于饱和都处于饱和1）静态工作点不独立模 拟 电 子 技 术（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a)加入电阻加入电阻RE2方法一：方法一：模 拟 电 子 技 术RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC（b）在）在T2的发射极加入稳压管的发射极加入稳压管方法二：方法二：模 拟 电 子 技 术RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+方法三：可以在电路中采用不同类型的管子，即方法三：可以在电路中采用不同类型的管子，即NPN和和PNP管配合使用，如下图所示管配合使用，如下图所示。利用利用NPN型管和型管和PNP型管进行电平移动型管进行电平移动模 拟 电 子 技 术（1）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。（2）便于集成便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。缺点：缺点：优点优点：（1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、计算和调试带来不便。（2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。（2）直接耦合放大电路的优缺点）直接耦合放大电路的优缺点模 拟 电 子 技 术（3）直接耦合放大电路中的零点漂移问题）直接耦合放大电路中的零点漂移问题1）何谓零点漂移？）何谓零点漂移？2）产生零点漂移的原因）产生零点漂移的原因3）零点漂移的严重性及其抑制方法）零点漂移的严重性及其抑制方法电阻，管子参数的变化，电源电压的波动。如果采用高精度电阻并经经过老化处理和采 用高稳定度的电源，则晶晶体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟，就无法正确地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能正常工作，必须有效地抑制零点漂移。模 拟 电 子 技 术注意：为什么只对直接耦合多级放大电路注意：为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？原来温度的变化和零点提出这一问题呢？原来温度的变化和零点漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化的信号不会逐级传递和放大，问题不会很的信号不会逐级传递和放大，问题不会很严重。但是，对直接耦合多级放大电路来严重。但是，对直接耦合多级放大电路来说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输出端造成严重的影响。特别时当温度变化出端造成严重的影响。特别时当温度变化较大，放大电路级数多时，造成的影响尤较大，放大电路级数多时，造成的影响尤为严重。为严重。模 拟 电 子 技 术抑制零点漂移的方法：抑制零点漂移的方法：1）采用恒温措施，使晶体管工作温度稳定。需要恒温室或槽，因此设备复杂，成本高。2）采用温度补偿法。就是在电路中用热敏元件或二极管（或晶体管的发射结）来与工作管的温度特性互相补偿。最有效的方法是设计特殊形式的放大电路，用特性相同的两个管子来提供输出，使它们的零点漂移相互抵消。这就是“差动放大电路”的设计思想。3）采用直流负反馈稳定静态工作点。4）各级之间采用阻容耦合。模 拟 电 子 技 术4）零点漂移大小的衡量）零点漂移大小的衡量uIdr=uOdr/Au TuOdr是输出端的漂移电压；uIdr就是温度每变化1折合到放大电路输入端的漂移电压。T是温度的变化；Au是电路的电压放大倍数；模 拟 电 子 技 术思路：根据电路的约束条件和管子的思路：根据电路的约束条件和管子的IB、IC和和IE的相互的相互关系，列出方程组求解。如果电路中有特殊电位点，则关系，列出方程组求解。如果电路中有特殊电位点，则应以此为突破口，简化求解过程。应以此为突破口，简化求解过程。3.1.2多级放大电路的分析多级放大电路的分析1、静态工作点的分析、静态工作点的分析变压器耦合变压器耦合 同第二章单级放大电路同第二章单级放大电路阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合模 拟 电 子 技 术例例例例1:1:计算其静态工作点计算其静态工作点模 拟 电 子 技 术例例例例2:2:如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值(U UBEBE=0.6V);=0.6V);RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术解解:两级放大电路的静态值可分别计算。两级放大电路的静态值可分别计算。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器:第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路解解:模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+Ui.T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.模 拟 电 子 技 术2、动态性能分析、动态性能分析Au1第一级第一级Au2第二级第二级Aun末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii=Au1Au2 AunAu1(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)+Aun(dB)考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!（1）放大倍数的计算模 拟 电 子 技 术（2）输入和输出电阻的计算多级放大电路的多级放大电路的输入电阻输入电阻为第一级放大电路的输入电阻。为第一级放大电路的输入电阻。多级放大电路的多级放大电路的输出电阻输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻。为最后一级放大电路的输出电阻。例例例例3:3:模 拟 电 子 技 术例例例例4:4:如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.（1 1）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。（2 2）求放大电路的输入电阻和输出电阻）求放大电路的输入电阻和输出电阻）求放大电路的输入电阻和输出电阻）求放大电路的输入电阻和输出电阻模 拟 电 子 技 术（1 1）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数总电压放大倍数2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术(2)(2)计算计算计算计算 r r i i和和和和 r r 0 0微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术 由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等等于第一级的输入电阻于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它。第一级是射极输出器，它的输入电阻的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻是第二级输入电阻 ri2。模 拟 电 子 技 术2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术 1=60,2=100;rbe1=2 k,rbe2=2.2 k。求求 Au,Ri,Ro。例例 5:模 拟 电 子 技 术 解解 Ri2=R6/R7/rbe2R L1=R3/Ri2AU=AU1AU2Ri=Ri1=R1/R2/rbe1+(1+1)R4Ro=R8=4.7 k 模 拟 电 子 技 术3、三种耦合方式放大电路的应用场合、三种耦合方式放大电路的应用场合阻容耦合放大电路：用于交流信号的放大。阻容耦合放大电路：用于交流信号的放大。变压器耦合放大电路：用于功率放大及调谐放大。变压器耦合放大电路：用于功率放大及调谐放大。直接耦合放大电路：一般用于放大直流信号或缓慢直接耦合放大电路：一般用于放大直流信号或缓慢变化的信号。变化的信号。集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了抑制集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了抑制零漂，它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。零漂，它的输入级采用特殊形式的差动放大电路。模 拟 电 子 技 术3.2差分放大电路差分放大电路3.2.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理3.2.3 具有恒流源差分放大电路具有恒流源差分放大电路3.2.2 差分放大电路的输入输出形式差分放大电路的输入输出形式模 拟 电 子 技 术3.2.1 差动放大电路的工作原理差动放大电路的工作原理(Differential Amplifier)一一 电路组成及抑制零漂的工作原理电路组成及抑制零漂的工作原理1、电路组成、电路组成模 拟 电 子 技 术 特点：特点：a.两只完全相同的管两只完全相同的管子；子；b.两个输入端，两个输入端，两个输出端；两个输出端；c.元件参数对称；元件参数对称；原理：原理：静态时，输入信号为零，即将输入端静态时，输入信号为零，即将输入端和和短接。由于两管特性相同，所以当温度或其他外界条短接。由于两管特性相同，所以当温度或其他外界条件发生变化时，两管的集电极电流件发生变化时，两管的集电极电流ICQ1和和ICQ2的变化规的变化规律始终相同，结果使两管的集电极电位律始终相同，结果使两管的集电极电位UCQ1、UCQ2始终始终相等，从而使相等，从而使UOQ=UCQ1-UCQ20，因此消除了零点漂移。，因此消除了零点漂移。模 拟 电 子 技 术具体实践：具体实践：在实践中，两个特性相同的管子采用“差分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，尽可能保证阻值对称性精度满足要求。结论：结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。模 拟 电 子 技 术2、信号的输入方式和电路的响应、信号的输入方式和电路的响应（1）差模输入方式）差模输入方式Ui1=Uid，Ui2=Uid差模输入信号为差模输入信号为Ui1 Ui2=2 Uid差模输入方式若若Ui1的瞬时极性与的瞬时极性与参考极性一致，则参考极性一致，则Ui2的瞬时极性与参的瞬时极性与参考极性相反。则有：考极性相反。则有：ui1ib1 ic1 uc1ui2 ib2 ic2 uc2 模 拟 电 子 技 术结论：差模电压放大倍数等结论：差模电压放大倍数等于半电路电压放大倍数。于半电路电压放大倍数。输出电压输出电压uO=uC1 uC20，而是出现了信号，而是出现了信号，记为记为Uod。定义：定义：Ad=Uod/2Uid模 拟 电 子 技 术（2）共模输入方式）共模输入方式Ui1=Ui2=Uic在共模输入信号作用下，差放两半电路中的电流和电压的变化完全相同。ui1=ui2=0，uo=0Ui1=Ui2=Uic时，时，Uoc=0。定义：定义：Ac=Uoc/Uic共模输入方式下的差放电路模 拟 电 子 技 术Ac叫做共模电压放大倍数。理论上讲，叫做共模电压放大倍数。理论上讲，Ac为为0，实际上，实际上由于电路不完全对称，可能仍会有不大的由于电路不完全对称，可能仍会有不大的Uoc，一般，一般Ac1。既然UOC=0或者UOC很小，为什么还要讨论共模输入呢？差放的两半电路完全对称，又处于同一工作环境，这时温度变化以及其它干扰因素对这两半电路都有完全相同的影响和作用，都等效成共模输入信号。如果在Uic作用下，Uoc=0或Ac=0，则说明差放有效地抑制了因温度变化而引起的零漂。模 拟 电 子 技 术（3）任意输入方式）任意输入方式 输入端分别接Ui1和Ui2，这种输入方式带有一般性，叫“任意输入方式”。Uic=(Ui1+Ui2)/2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若若则则Uid=(Ui1-Ui2)/2任意输入方式模 拟 电 子 技 术（3）任意输入方式）任意输入方式 输入端分别接Ui1和Ui2，这种输入方式带有一般性，叫“任意输入方式”。Uic=(Ui1+Ui2)/2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若若则则Uid=(Ui1-Ui2)/2例如例如：Ui1=10mVUi2=6mV则则 Uid=2mV Uic=8mV利用叠加原理得到利用叠加原理得到：Uo=Ad2Uid+AcUic=Ad（Ui1-Ui2）结论：在任意结论：在任意输入方式下，输入方式下，被放大的是输被放大的是输入信号入信号Ui1和和Ui2的差值。这的差值。这也是这种电路也是这种电路为什么叫做为什么叫做“差动放大的原差动放大的原因因”。模 拟 电 子 技 术（4）存在的问题及改进的方案）存在的问题及改进的方案以上研究的是基本的差动放大电路，它实际上不可能完全抑制零漂，以上研究的是基本的差动放大电路，它实际上不可能完全抑制零漂，因为两半电路不会完全对称。另外，如果从一管输出，则与单管放大因为两半电路不会完全对称。另外，如果从一管输出，则与单管放大电路一样，对零漂毫无抑制能力，而这种电路一样，对零漂毫无抑制能力，而这种“单端输出单端输出”方式的形式又方式的形式又是经常采用的。是经常采用的。稳定静态工作点，就是要减小稳定静态工作点，就是要减小ICQ的变化，而抑制零点漂移也同样是减的变化，而抑制零点漂移也同样是减小小ICQ的变化。即抑制零点漂移和稳定静态工作点是一回事。因此可以的变化。即抑制零点漂移和稳定静态工作点是一回事。因此可以借鉴工作点稳定电路中采用过的方法，在管子的射极上接一电阻。这借鉴工作点稳定电路中采用过的方法，在管子的射极上接一电阻。这样，基本的差动放大电路就改进为如图样，基本的差动放大电路就改进为如图4-15所示。所示。模 拟 电 子 技 术可以想见，可以想见，RE越大，则工作点越稳定，零点漂移也越小。越大，则工作点越稳定，零点漂移也越小。但，但，RE太大，在一定的工作电流下，太大，在一定的工作电流下，RE上的压降太大，上的压降太大，管子的动态范围就会变小，如图管子的动态范围就会变小，如图4-16所示。为了保证一所示。为了保证一定的静态工作电流和动态范围，而定的静态工作电流和动态范围，而RE又希望取得大些，又希望取得大些，常采用双电源供电，用电源常采用双电源供电，用电源VEE提供提供RE上所需的电压。上所需的电压。采用双电源供电后的的负载线也如图采用双电源供电后的的负载线也如图4-16所示，可以看所示，可以看出在同一个出在同一个ICQ下，输出电压的动态范围大多了。下，输出电压的动态范围大多了。模 拟 电 子 技 术改进后的电路叫射极耦合差动放大电路也叫长尾电路。改进后的电路叫射极耦合差动放大电路也叫长尾电路。射极耦合差动放大电路射极耦合差动放大电路模 拟 电 子 技 术因为有负电源因为有负电源VEE提供发射极正偏所需要的电压，所以提供发射极正偏所需要的电压，所以RB可可以去掉。以去掉。VT1和和VT2的射极之间还接入了电位器的射极之间还接入了电位器RW，用于电，用于电路调零。路调零。二二 射极耦合差动放大电路的静态分析射极耦合差动放大电路的静态分析静态工作点的计算静态工作点的计算：模 拟 电 子 技 术1、差模电压放大倍数、差模电压放大倍数三三 射极耦合差动放大电路的动态分析射极耦合差动放大电路的动态分析模 拟 电 子 技 术关键在于画出差模信号作用下，半电路的交流通路和微变关键在于画出差模信号作用下，半电路的交流通路和微变等效电路。等效电路。A、对差模信号，若一管的射极电流增大、对差模信号，若一管的射极电流增大I，则另一管的射极电流必然减小则另一管的射极电流必然减小I，因而流过，因而流过射极电阻射极电阻RE的总电流不变，即的总电流不变，即RW的滑动端的滑动端C点的电位恒定，相当于交流接地。点的电位恒定，相当于交流接地。B、负载、负载RL中点电位为交流地电位。中点电位为交流地电位。模 拟 电 子 技 术由此画出半电路的交流通路如图所示。由此画出半电路的交流通路如图所示。模 拟 电 子 技 术2、共模电压放大倍数、共模电压放大倍数在理想情况下，共模电压放大倍数在理想情况下，共模电压放大倍数Ac=0。3、差模输入电阻、差模输入电阻Rid图4-20 差模输入电阻的等效电路模 拟 电 子 技 术Rid=2R1+rbe+(1+)Rw/24、差模输出电阻、差模输出电阻Rod=2RC5、共模抑制比、共模抑制比KCMR=Ad/Ac 用分贝表示：KCMR=20lg Ad/AcAd越大越好，越大越好，Ac越小越好，因此越小越好，因此KCMR越大越好越大越好。模 拟 电 子 技 术8、差动放大电路的电压传输特性、差动放大电路的电压传输特性差放双入双出电压传输特性差放双入双出电压传输特性6、最大共模输入电压、最大共模输入电压UICM7、最大差模输入电压、最大差模输入电压UIDM模 拟 电 子 技 术3.2.2.差分放大电路的输入输出形式差分放大电路的输入输出形式 差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双端输入、双端输出（双入双出双入双出）2.双端输入、单端输出（双端输入、单端输出（双入单出双入单出）3.单端输入、双端输出（单端输入、双端输出（单入双出单入双出）4.单端输入、单端输出（单端输入、单端输出（单入单出单入单出）主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻模 拟 电 子 技 术(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数（2）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数（3）差模输入电阻）差模输入电阻（4）输出电阻）输出电阻1.双端输入双端输出双端输入双端输出模 拟 电 子 技 术静态分析静态分析2.双端输入单端输出双端输入单端输出模 拟 电 子 技 术(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。（2）差模输入电阻）差模输入电阻（3）输出电阻）输出电阻动态分析动态分析模 拟 电 子 技 术（4）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数共模交流通路：共模交流通路：（5）共模抑制比）共模抑制比KCMR=Ad/Ac 模 拟 电 子 技 术 3.单端输入双端输出单端输入双端输出（1 1）静态分析）静态分析 同双端输入双端输出同双端输入双端输出（2 2）动态分析）动态分析计算同双端输入双端输出：计算同双端输入双端输出：模 拟 电 子 技 术4.单端输入单端输出单端输入单端输出 计算同双入单出：计算同双入单出：注意放大倍数的正负号：注意放大倍数的正负号：设从设从T1的基极输入信号，如果从的基极输入信号，如果从C1 输输出，为负号；从出，为负号；从C2 输出为正号。输出为正号。（1 1）静态分析）静态分析 同双端输入单端输出同双端输入单端输出（2 2）动态分析）动态分析模 拟 电 子 技 术(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：只与输出方式有关：差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结 双端输出时：双端输出时：单端输出时：单端输出时：(2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：双端输出时：单端输出时：单端输出时：模 拟 电 子 技 术(3)(3)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。单端输出时，单端输出时，双端输出时，双端输出时，(4)(4)输出电阻输出电阻模 拟 电 子 技 术(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。是差分放大器的一个重要指标。，或 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比：模 拟 电 子 技 术3.2.3 具有恒流源差分放大电路具有恒流源差分放大电路1、问题的提出、问题的提出KCMR=Ad/Ac从以上两式看出要减小从以上两式看出要减小Ac，提高共模抑制比，应增大，提高共模抑制比，应增大RE，但，但RE不能太大，因为不能太大，因为RE上的压降由上的压降由VEE提供。在保提供。在保持持VT1、VT2两管的工作电流为一定值时，要加大两管的工作电流为一定值时，要加大RE，必须提高必须提高VEE，这是有困难的。能不能找到这样一种元，这是有困难的。能不能找到这样一种元器件，它的直流电阻很小，而它的交流电阻却很大，器件，它的直流电阻很小，而它的交流电阻却很大，这样静态时不需要很大的这样静态时不需要很大的VEE，动态时的，动态时的AC却很小，却很小，KCMR很大？很大？模 拟 电 子 技 术2、电路的组成及工作原理、电路的组成及工作原理减少共模放大倍数的思路：减少共模放大倍数的思路：增大增大 REE用恒流源代替用恒流源代替 REE特点：特点：直流电阻为有限值直流电阻为有限值动态电阻很大动态电阻很大1.三极管电流源三极管电流源简化画法简化画法电流源电流源代替差代替差分电路分电路中的中的 REE+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V3ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI0模 拟 电 子 技 术3.具有电流源的差分放大电路具有电流源的差分放大电路简化简化画法画法1、静态分析、静态分析2、动态分析、动态分析模 拟 电 子 技 术例例 3.2.1(1)求静态工作点；求静态工作点；(2)求电路的差模求电路的差模 Aud，Rid，Ro。解解(1)求求“Q”ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IC3V3V4IREF+6 V 6 V100 100 7.5 k 7.5 k 6.2 k 100 模 拟 电 子 技 术ICQ1=ICQ2=0.5 I0UCQ1=UCQ2=6 0.42 7.5 =2.85(V)(2)求求 Aud，Rid，RoRo=2RC=15(k)模 拟 电 子 技 术3.3 集成电路运算放大器集成电路运算放大器3.3.1集成运放基本知识集成运放基本知识3.3.2 3.3.2 通用型集成运算放大器的组成及基本特性通用型集成运算放大器的组成及基本特性通用型集成运算放大器的组成及基本特性通用型集成运算放大器的组成及基本特性模 拟 电 子 技 术3.3.1 集成运放基本知识集成运放基本知识一、通用型集成运放一、通用型集成运放(Operational Amplifier)的组成的组成1.模拟集成电路的特点模拟集成电路的特点1)直接耦合：直接耦合：采用差分电路形式，元件相对误差小；采用差分电路形式，元件相对误差小；2)大电阻大电阻用恒流源代替，大电容外接；用恒流源代替，大电容外接；3)二极管用三极管代替二极管用三极管代替(B、C 极接在一起极接在一起)；4)高增益、高输入电阻、低输出电阻。高增益、高输入电阻、低输出电阻。模 拟 电 子 技 术2.组成方框图组成方框图输入级：输入级：差分电路，大大减少温漂。差分电路，大大减少温漂。中间级：中间级：采用采用有源负载的共发射极电路，增益大。有源负载的共发射极电路，增益大。输出级：输出级：OCL 电路，带负载能力强电路，带负载能力强偏置电路偏置电路：镜像电流源，微电流源。镜像电流源，微电流源。输入级输入级偏置电路偏置电路中间级中间级输出级输出级+uo uid模 拟 电 子 技 术3.通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器 741 电路电路模 拟 电 子 技 术输入级输入级中间级中间级输出级输出级输入级输入级V1、V3 和和 V2、V4通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器 741 简化电路简化电路模 拟 电 子 技 术共集共集-共基组合差分电路共基组合差分电路V5、V6有源负载有源负载构成双端变单端电路构成双端变单端电路中间级中间级V7、V8复合管，共发射极复合管，共发射极 具有高增益具有高增益输出级输出级甲乙类互补对称甲乙类互补对称功率放大电路功率放大电路(OCL)V11 V13采用单电源采用单电源(OTL)时，输入端静态电位应为时，输入端静态电位应为 0.5VCC。模 拟 电 子 技 术F007的管脚图和简化图的管脚图和简化图模 拟 电 子 技 术4.主要参数主要参数1)输入失调电压输入失调电压 U IO使使 UO=0，输入端施加的补偿电压，输入端施加的补偿电压2)输入偏置电流输入偏置电流 I IB几毫伏几毫伏UO=0 时，时，10 nA 1 A3)输入失调电流输入失调电流 IIOUO=0 时，时，1 nA 0.1 A模 拟 电 子 技 术4)开环电压增益开环电压增益 Aud100 140 dB5)差模输入电阻差模输入电阻 R id输出电阻输出电阻 Ro几十千欧几十千欧 几兆欧几兆欧几十欧几十欧 几百欧几百欧6)共模抑制比共模抑制比 KCMR 80 dB模 拟 电 子 技 术7)最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdM共模输入共模输入 U IC 过大，过大，K CMR下降下降当当 UId 过大时，反偏的过大时，反偏的 PN 结可能因反压过大而被击穿。结可能因反压过大而被击穿。NPN 管管 UIdM=5 V横向横向 PNP 管管 UIdM=30 VCF741 为为 30 V8)最大共模输入电压最大共模输入电压 UICM9)最大输出电压幅度最大输出电压幅度 UOPP输出级为输出级为 OCL 电路电路一般比电源电压小一个一般比电源电压小一个 UCE(sat)如电源电压如电源电压 15 V，U OPP 为为 13 14 VCF741 为为 13 V模 拟 电 子 技 术二、集成运算放大器电路符号及理想化条件二、集成运算放大器电路符号及理想化条件1.运放的符号运放的符号习惯用符号习惯用符号uid+VCCVEE国家标准符号国家标准符号uouid+VCCVEE8直流电源接法直流电源接法(VCC=VEE)模 拟 电 子 技 术等效电路等效电路uouidui+u+uoRidAud uidRoiu+同相端输入电压同相端输入电压u 反相端输入电压反相端输入电压uid 差模输入电压差模输入电压uid=u u+Aud 开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 uo=Aud(u+u)模 拟 电 子 技 术1)Aud 2.运放特性的理想化运放特性的理想化6)UIO 0，IIO 0理想运放：理想运放：4)KCMR 5)BW 2)Rid 3)Ro 0传输特性传输特性理想理想线线性性区区OuiduoUomaxUomax实际实际uouidui+u+uoRidAud uidRoi模 拟 电 子 技 术4.理想运放工作在非线性区的两个特点理想运放工作在非线性区的两个特点1)u+u时，时，uo=Uomaxu+u 时时,uo=UOmax2)i+i 0 (虚断虚断)3.3.2通用型集成运算放大器的组成及基本特性通用型集成运算放大器的组成及基本特性一、集成电路器件命名及主要性能指标一、集成电路器件命名及主要性能指标1.国标国标 GB-3430-82 对集成电路的规定对集成电路的规定模 拟 电 子 技 术1)Aud 2.运放特性的理想化运放特性的理想化6)UIO 0，IIO 0理想理想运放：运放：4)KCMR 5)BW 2)Rid 3)Ro 0传输特性传输特性OuiduoUomaxUomax理想理想线线性性区区 实际实际3.理想运放工作在线性区的两个特点理想运放工作在线性区的两个特点1)u+u(虚短虚短)证：证：uo=Aud(u+u)=Aud uidu+u=uo/Aud 02)i+i 0(虚断虚断)证：证：i+=uid/Rid 0同理同理 i 0uouidui+u+uoRidAud uidRoi模 拟 电 子 技 术第一部第一部分分第二部分第二部分第三第三部分部分第四部分第四部分第五部分第五部分字字 母母符号国符号国标标字字 母母器件类型器件类型数字数字品种品种字字 母母工作条件工作条件字字 母母封封 装装符符号号意 义符符号号意 义符符号号意 义符符号号意 义C中中国国制制造造THECFDWJBTTLHTLECLCMOS线性放大线性放大音响电视音响电视稳压器稳压器接口电路接口电路非线性非线性CERM0 70 C 40 85 C 55 85 C 55 125 CWBFDPJKT陶瓷扁平陶瓷扁平塑料扁平塑料扁平全封闭扁平全封闭扁平陶瓷直插陶瓷直插塑料直插塑料直插黑陶瓷直插黑陶瓷直插金属菱形金属菱形金属圆形金属圆形模 拟 电 子 技 术二二、集成运放使用注意事项集成运放使用注意事项(一一)集成运放的封装和引脚排列集成运放的封装和引脚排列封装形式封装形式:金属圆形、双列直插式、扁平式金属圆形、双列直插式、扁平式封装材料封装材料:陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料例例:塑封双列直插式塑封双列直插式(DIP)CF741DIPDual In-Line Pakage模 拟 电 子 技 术(二二)集成运放使用注意事项集成运放使用注意事项1.查阅手册了解引脚的排列及功能；查阅手册了解引脚的排列及功能；2.检查接线有否错误或虚连，输出端不能与地、电检查接线有否错误或虚连，输出端不能与地、电 源短路；源短路；3.输入信号应远小于输入信号应远小于 UIdM 和和 UICM，以防阻塞或损，以防阻塞或损 坏器件；坏器件；4.电源不能接反或过高，拔器件时必须断电；电源不能接反或过高，拔器件时必须断电；5.输入端外接直流电阻要相等，小信号高精度直流输入端外接直流电阻要相等，小信号高精度直流 放大需调零。放大需调零。模 拟 电 子 技 术Thanks!Thanks!