第4章 差动放大电路和集成运算放大电路 48页

*,*,*,回首页,第,4,章 差动放大电路和集成运算放大器,第,4,章 差动放大电路和集成运算放大电路,4.2,集成运算放大电路概述,4.4,集成运放结构简介,4.1,差动放大电路,4.3,集成运放中的电流源,4.5,集成运放的性能指标及种类,10/6/2024,1,零点漂移,:,u,o,t,0,当,u,i,=0,时：,u,i,R,C1,R,1,T,1,R,2,+V,CC,u,o,R,C2,T,2,R,E2,4.1,差动放大电路,4.1.1,直接耦合特殊问题,10/6/2024,2,4.1.1,典型差动放大电路,两只晶体管参数完全相同，具有相同的静态工作点，而有温度变化所引起的参数的,变化也具有对称性。,两个输入端,u,i1,和,u,i2,。,信号可从两个集电极之间取出，称为双端输出,u,o,。有两个单输出端,u,01,和,u,02,。,1,、特点,u,o,u,i,1,+V,CC,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,u,i,2,R,E,V,EE,u,01,u,02,10/6/2024,3,双电源的作用：,I,B,1,、,I,B,2,由负电源,-,V,EE,提供。,为了使左右平衡，可设置调零电位器,。,加入负电源,-,V,EE,，,采用正负双电源供电。,u,o,u,i,1,+V,CC,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,u,i,2,R,E,V,EE,10/6/2024,4,温度,T,I,C,I,E,=,2I,C,U,E,U,BE,I,B,I,C,R,E,强负反馈作用,u,i1,u,o,+U,CC,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,u,i2,-V,EE,R,E,抑制温度漂移，稳定静态工作点。,R,E,的作用,设,u,i,1,=,u,i,2,=0,，,静态时,I,C,稳定,!,10/6/2024,5,2.Q,点的计算,I,C1,I,C2,I,B,I,B,I,E,u,i1,u,o,+V,CC,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,u,i2,-V,EE,R,E,一般可以认为,10/6/2024,6,例,具有集电极调零电位器,Rp,的差动式放大电路如所示。已知,=50,，,V,BE1=,V,BE2,=0.7V,，当,Rp,置中点位置时，求电路的静态工作点。,解：,静态时,v,i1,=v,i2,=0,，,有,一般可以认为,10/6/2024,7,3.,动态分析,1,差模输入信号分量,:,共模输入信号分量,:,2,两,信号,大小相等、极性相反,两,信号,大小相等、极性相同,u,i1,u,o,+V,CC,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,u,i2,-V,EE,R,E,两输入端加,信号,(differential mode),(common mode),10/6/2024,8,3,实际对地输入,:u,i1,u,i2,差模分量,:,共模分量,:,u,d,=u,i1,-u,i2,u,C,=,u,i1,=,u,C,+,u,d,/2,u,i2,=,u,C,u,d,/2,叠加,定义,2,u,i1,+,u,i2,例：,u,i1,=,20,mv,u,i2,=,10,mv,则：,u,d,=20-10=10mv,u,c,=(20,+10)/2=15mv,u,i1,=15+10/2=,20mv,u,i2,=15 10/2=,10,mv,u,i1,u,o,+V,CC,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,u,i2,-V,EE,R,E,10/6/2024,9,输入端,双端,单端,输出端,双端,单端,u,i1,+V,CC,u,i2,u,o,C,1,B,1,C,2,E,B,2,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,-V,EE,4.,差放电路的,4,种接法,10/6/2024,10,双端输入、双端输出,仅差模信号,!,两个输入信号的大小相等，极性相反,+V,CC,-V,EE,u,id,u,o,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,R,E,R,R,+,-,+,-,10/6/2024,11,R,E,对差模信号作用,u,i1,u,i2,i,c1,=-i,c2,i,RE,=i,e1,+,i,e2,=0,i,b1,i,c1,i,b2,i,c2,R,E,对差模信号,不起,作用,，短接,u,RE,=0,i,RE,+V,CC,-V,EE,u,id,u,o,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,R,E,R,R,+,-,+,-,10/6/2024,12,差模信号交流通路,T,1,单边微变等效电路,u,i2,u,i1,R,R,u,od1,u,od2,u,od,C,1,B,1,C,2,E,B,2,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,i,b2,i,b1,i,c1,i,c2,R,B,u,i1,i,b1,u,od1,R,C,i,b1,R,B,c,1,b,1,e,r,be1,u,od,u,id,10/6/2024,13,双入双出放大倍数,单边差模放大倍数:,u,od1,R,B,b,1,e,c,1,R,C,i,b1,u,i1,r,be1,i,b1,c,1,R,B,R,B,b,1,e,R,C,i,b1,r,be1,i,b1,u,id,u,od,u,i1,u,od1,10/6/2024,14,若差动电路带负载,R,L,(,接在,c1,与,c2,之间,),对于差动信号而言，,R,L,中点电位为,0,放大倍数：,A,d,=A,d1,双端输出：,c,1,R,B,R,B,b,1,e,R,C,i,b1,r,be1,i,b1,u,id,u,od,10/6/2024,15,R,o,=2,R,C,输入电阻：,输出电阻：,输入输出电阻:,C,1,R,B,R,B,B,1,E,R,C,i,b1,u,i1,r,be1,i,b1,u,id,u,od,u,od1,10/6/2024,16,C,1,R,B,R,B,B,1,E,R,C,i,b1,r,be1,i,b1,u,id,u,od,u,i1,u,od1,双端输入、单端输出,单端输出,差模放大倍数,为,A,d1,的一半！,10/6/2024,17,共模信号输入,u,oc,u,i,C,i,RE,=2,i,e1,-V,EE,+V,CC,R,E,C,1,B,1,C,2,E,B,2,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,两输入信号大小相等、极性相同。,共模信号,!,i,e1,i,e2,10/6/2024,18,共,模信号,交流,通路,u,i,C,u,oc2,u,oc1,u,oc,2R,E,E,R,C,T,1,R,B,R,C,T,2,R,B,i,c1,i,c2,i,e1,u,i,C,i,e2,2R,E,i,RE,=,2,i,e1,双端输出,u,oc,=0,A,OC,=0!,10/6/2024,19,T,1,单边微变等效电路,u,i,C,u,oc1,i,b1,R,C,i,b1,2R,E,i,e1,r,be1,i,c1,u,oc1,i,b1,R,C,i,b1,2R,E,r,be1,R,B,很小！,单端（对地）输出,电路,共,模,单端输出,放大倍数:,10/6/2024,20,差模电压放大倍数,:,共模电压放大倍数,:,K,CMRR,=,K,CMRR,=,(,分贝,),共模抑制比,定义：,10/6/2024,21,共模,双端输出,电压放大倍数：,说明,双端输出,电路对共模信号无放大作用,，即完全抑制了共模信号，反映了它对零点漂移的抑制能力。,共模抑制比,越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。,共模,单端（对地）输出：,K,CMRR,K,CMRR,=,A,C1,=A,C2,很小！,共模,双端输出：,10/6/2024,22,单,端输入、双端输出,C,1,R,B,R,B,B,1,E,R,C,i,b1,r,be1,i,b1,u,i,u,Od,u,i1,u,Od1,一端接地,差模电压放大倍数,:,输入信号,分解后,具有,共模信号分量和,差 模,信号分量，,存在共模电压放大倍数,A,C,和,差 模电压放大倍数,A,d,对,A,d,而言，双端与单端,输入效果,一样。,10/6/2024,23,对,A,d,而言，双端与单端,输入效果,一样。,双,(,单,),端输入,双端输出：,A,d,=A,d,1,双,(,单,),端输入,单端输出：,小结,10/6/2024,24,差动,放大电路各点极性,u,i1,u,o,+V,CC,R,C,R,B,R,C,R,B,u,i2,-V,EE,R,E,u,o1,u,o2,+,+,u,i1,与,u,o1,、,u,i2,u,o,反,相，,与,u,o2,、,同相。,u,i2,与,u,o2,、,u,i1,反相，,与,u,o1,、,u,o,同相。,10/6/2024,25,恒流源,比,发射极电阻,R,E,对共模信号,具有更强的抑制作用。,改进的差动放大电路,10/6/2024,26,例,图示电路，设三极管的,r,bb,100,，,100,。,(1),求静态工作点；,(2),求差模放大倍数；,(3),当,v,i,为一直流电压,16mV,时，计算,VT,l,，,VT,2,集电极,对地的直流电压,(,忽略,共模信号分量）,。,解,(1)R,E,上的电压,v,o,v,i,10/6/2024,27,(2),差模放大倍数,96,5300,5100,100,=,=,=,be,C,d,r,R,A,b,(3),v,i,为,16mV,直流电压，经放大后为,V,mV,v,A,v,i,d,O,54,.,1,1536,16,96,=,=,=,=,VT1,集电极电压,V,v,V,V,O,C,C,68,.,8,54,.,1,2,1,45,.,9,2,1,1,1,=,-,=,-,=,VT2,集电极电压,V,v,V,V,O,C,C,2,.,10,54,.,1,2,1,45,.,9,2,1,2,2,=,+,=,+,=,v,o,v,i,10/6/2024,28,4.2,集成运算放大电路概述,将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。,集成电路,:,优点,:,工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。,分类,:,模拟集成电路、数字集成电路,小、中、大、超大规模集成电路,4.2.1,集成运算放大电路特点,10/6/2024,29,集成运算放大电路外形图,10/6/2024,30,集成电路内部结构特点,1,、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。,2,、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到,20,千欧，高阻值电阻用三极管有源元件,代替或外接。,3,、几十,PF,以下的小电容用,PN,结的结电容构成、,大电容要外接。,4,、二极管一般用三极管的发射结构成。,10/6/2024,31,1.,输入级,高性能的,差分放大电路,，对共模信号有很强的抑制力，且一般采用双端输入双端输出的形式。,4.,偏置电路,提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。,3.,输出级,由,PNP,和,NPN,两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。,2.,电压放大级,提供,高的电压增益,，以保证运放的运算精度。电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。,4.2.2,集成运放的组成,10/6/2024,32,运算放大器的符号中有,三个引线端，两个输入端，一个输出端。,4.2.3,集成运放的符号和传输特性,u,u,+,u,o,另一个称为,反相输入端，,即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“,N”,表示。,u,P,u,N,+,u,+,u,u,o,一个称为,同相输入端,，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号,P,表示；,10/6/2024,33,A,uo,越大，运放的线性范围越小，必须,在,输出与输入之间,加负反馈,才能使其扩大输入信号的线性范围。,例：,若,U,OM,=12V,，,A,vo,=10,6,，则,|,u,i,|12,V,时，运放处于线性区。,线性放大区,u,i,u,o,_,+,+,A,vo,u,P,u,N,u