差动放大电路-(课件).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 集成运算放大电路,5.1,直接耦合放大电路及其特殊问题,5.2,典型差动式放大电路,5.3,差动式放大电路的输入输出方式,5.4,集成运算放大电路的概述,1.直接耦合放大电路,可以放大直流信号,2.直接耦合放大电路的零点漂移,零漂,：,主要原因,：,温漂指标,：,#,为什么一般的集成运算放大器都要采用直接耦合方式？,温度变化引起，也称,温漂,。,温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。,电源电压波动也是原因之一,直接耦合放大电路及其特殊问题,输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生,例如,若第一级漂了100 uV，,则输出漂移 1 V。,若第二级也漂了100 uV，,则输出漂移 10 mV。,假设,第一级是关键,3.减小零漂的措施,用非线性元件进行温度补偿,调制解调方式。,采用差分式放大电路,漂了 100 uV,漂移,10 mV+100 uV,漂移,1 V+10 mV,漂移,1 V+10 mV,差分电路的组成,由两个结构完全对称的共射电路组成，通过射极公共电阻R,ee,耦合构成。,1,=,2,=,U,BE1,=,U,BE2,=,U,BE,r,be1,=,r,be2,=,r,be,I,CBO1,=,I,CBO2,=,I,CBO,R,C1,=,R,C2,=,R,C,R,b1,=,R,b2,=,R,b,典型差动式放大电路,差分电路的输入输出方式,输入方式,U,i,单端输入,双端输入,U,i1,U,i2,U,o,U,o,U,o,输出方式,单端输出,双端输出,差模信号和共模信号,+,-,-,+,差模信号,一对大小相等，极性,相反的信号，用U,id1、,U,id2,表示，U,id1,=-U,id2,共模信号,+,-,-,+,一对大小相等，极性相同的信号，,用U,ic1、,U,ic2,表示，U,ic1,=U,ic2,1.静态分析,2I,eQ,由于电路结构对称，管子特性一致。,I,BQ1,=I,BQ2,=,I,BQ,I,CQ1,=I,CQ2,=I,CQ,U,C1,=U,C2,=U,C,U,o,+,-,+,-,U,id1,=-U,id2,即相当于输入一对差模信号,I,e1,I,e2,I,b1,=-I,b2,I,e1,=-I,e2,U,c1,=-U,c2,流过R,ee,上的交流总电流：,I,e,=I,e1,+I,e2,=0,R,ee,上交流压降为0。,因此，画交流通路时，R,ee,可视为短路，即两管的发射极直接接地。,由U,c1,=-U,c2,可知R,L,两端电位一端为正，一端为负，R,L,的中点应是地电位，,即每管对地的负载电阻为R,L,/2.,2.对差模信号的放大作用分析,R,b,R,c,U,id1,U,o,2.对差模信号的放大作用分析,T,1,R,b,R,c,U,id2,T,2,R,L,=R,c,/(R,L,/2),r,id,=2(R,b,+r,be,),U,id,r,od,2 R,c,与单管增益相同,双端输入双端输出,r,id,=2(R,b,+r,be,),r,od,2 R,c,双端输入单端输出,是单管增益的一半,r,id,=2(R,b,+r,be,),r,od,R,c,2.对差模信号的放大作用分析,C1为反向输出端,C2为同向输出端,工作原理,3.对共模信号的抑制作用分析,I,ec1,I,ec2,U,ic1,=U,ic2,=U,ic,I,bc1,=I,bc2,I,ec1,=I,ec2,流过R,ee,上的电流：,I,ec,=I,ec1,+I,ec2,=2 I,ec1,R,ee,上的电压：,U,Ree,=I,ec1,2R,ee,画交流通路时，单管射极电阻应为2,R,ee。,R,c,T,1,2R,ee,I,ec1,U,oc1,U,ic1,R,b,U,oc,R,c,U,ic1,T,1,R,b,2R,ee,I,ec1,U,oc1,R,c,U,ic2,T,2,R,b,2R,ee,I,ec2,U,oc2,差放的特点,：,输入无差别，输出就不动；输入有差别，输出就变动。,3 对共模信号的抑制作用分析,共模抑制比CMRR,衡量差放的一个重要指标。,或,双端输出,4.抑制零点漂移,当温度变化或电源电压波动时，都将使集电极电流产生变化，且变化趋势是相同的，,其,效果相当于在两个输入端加入了共模信号,。,差分放大电路,对共模信号有很强的抑制作用,，这就意味着差放,对,由温度变化或电源电压波动所引起的,输出漂移有很强的抑制作用。,这就是研究共模输入信号的意义。,I,ec1,I,ec2,5.几种方式指标比较,输出方式,双出,单出,双出,单出,集成运算放大器概述,集成运算放大器结构特点,集成运算放大器组成及各部分作用,集成运算放大器主要参数,理想集成运算放大器及两个工作区域,将有源器件、无源器件电阻电容及电路连线等都集中在一块半导体基片上，并封装在一个外壳内便形成一个完整的电路和系统。,集成运算放大器结构特点,运算放大器图片,运算放大器图片,集成元器件的特点,1.,电路结构与元件参数具有对称性,电路中各元件在同一基片上，又是通过相同工艺过程制造的，容易制成特性相同的管子。,通常同一块基片上相邻的元件具有同相偏差，它们的比值误差较小，匹配性好，对称性也好，,因此集成电路中大量采用比值电路和对称电路。,2.,三极管是集成化元器件中最容易制造的、最基本的元件,，,二极管大多由三极管的发射结构成,多作温度补偿元件或电位移动电路.,3.,用有源器件代替无源器件,。,电阻元件,由半导体的体电阻构成，阻值越大，占用面积越大，其范围几十,-20k,；高阻值的电阻多用三极管等有源器件组成的恒流源代替或外接。,4.级间采用直接耦合方式,电容元件,一般由PN结的结电容或MOS管电容来制作，一般的容量小于200PF。不易制造大电容和电感元件，故集成电路中常采用,直接耦合方式,。,集成运算放大器,集成运算放大器是用集成电路工艺制成的具有很高电压放大倍数的多级直接耦合放大电路。,1、放大缓慢变化信号,2、采用,直接耦合放大电 路,便于集成,集成运算放大器是一个高增益直接耦合多级放大电路。,差动放大,输入级,U,-,U,+,中间放大级,互补输出级,恒流偏置电路,差动输入级有两个输入U,+,、U,-,，当信号从U,-,输入，输出U,o,与U,-,极性相反，称,U,-,为反相输入端,；当信号从U,+,输入，输出U,o,与U,+,极性相同，称,U为同相输入端,。,减小漂移,增益级,一般高增益共射电路,低阻功率输出级，,提高负载能力。,提供稳定合适的偏流,一般由恒流源组成,U,o,集成运算放大器组成及各部分作用,集成运放的特点：,电压增益高,输入电阻大,输出电阻小,一、理想运放的条件,1.开环差模电压增益A,od,=;,2.差模输入电阻R,id,=;,3.输出电阻R,o,=0;,4.共模抑制比CMRR,=,;,5.开环带宽,BW=,;,6.失调、漂移和内部噪声为零。,主要条件,条件较难满足，,可采用专用运放,来近似满足。,为简化,对集成运放应用电路的分析，,常把集成运放视为理想器件,。其主要满足以下一些条件：,实际运放的技术指标与理想运放比较接近，因此用理想运放代替实际运放分析所产生的误差并不大，在工程计算中是允许的，由此却带来了分析的大大简化。,理想集成运算放大器及两个工作区域,-,V,-,I,-,+,V,+,I,+,V,o,二、理想运放的工作状态及其特点,V,o,V,+,V,-,-,0,V,OH,V,OL,理想,实际,线性区,非线性区,非线性区,运放的传输特性,V,OH,为正向输出饱和电压,V,OL,为负,向输出饱和电压,其数值接近运放的正负电源电压,引入深度负反馈,开环或引入正反馈,分析应用电路的工作原理时，首先要分清运放工作在线性区还是非线性区。,线性工作状态,1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零,I,+I,-,0,2.理想运放的同相和反相输入端电位近似相等,V,+,=V,-,R,id,V,+,-V,-,=V,o,/A,U,0,虚断,虚短,在分析运算放大器处于线性状态时，可,把两输入端视为等电位,，这一特性称为虚假短路，简称,虚短,。,虚地,如将运放的同相端接地V,+,=0，则V,-,=0,即反相端是一 个不接“地”的“地”，称为“,虚地,”,虚地点对地的电位为“0”,由于理想运放的输入电阻非常高，在分析处于线性状态运放时，可以,把两输入端视为等效开路,，这一特性称为虚假开路，简称,虚断,。,二、理想运放的工作状态及其特点,-,V,-,I,-,+,V,+,I,+,V,o,1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零,2.,当,V,+,V,-,时，,V,o,为正向输出饱和电压,V,OH,当,V,+,V,-,时，,V,o,为负,向输出饱和电压,V,OL,其数值接近运放的正负电源电压,I,+,=,I,-,0,分析运放的应用电路时，首先将集成运放视作理想运放，以便抓住主要矛盾，忽略次要矛盾；然后判断运放是工作在线性区还是非线性区。在此基础上分析具体电路的工作原理，其它问题也就迎刃而解了,。,非线性工作状态,二、理想运放的工作状态及其特点,-,V,-,I,-,+,V,+,I,+,V,o,