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  1. 电子技术 模拟电路部分 第六章 差动放大器与 集成运算放大器

  2. 第四章 差动放大器与 集成运算放大器 §4.1 差动放大电路 §4.2 集成运放的内部结构及特点 §4.3 集成运放的主要性能指标

  3. +UCC R1 RC1 RC2 T1 T2 uo ui R2 RE2 §6.1 差动放大电路 6.1.1 直接耦合电路的特殊问题 问题1 :前后级Q点相互影响。 增加R2、RE2:用于设置合适的Q点。

  4. +UCC R1 RC1 RC2 T1 T2 uo ui uo R2 RE2 t 0 有时会将信号淹没 问题2 :零点漂移。 前一级的温漂将作为后一级的输入信号,使得当ui等于零时, uo不等于零。

  5. RC RC uo R1 R1 RB RB T2 T1 6.1.2 基本型差动放大器 一、结构 ui1 ui2 特点:结构对称。

  6. R1 R1 RC RC uo RB RB T2 T1 ui1 ui2 二、 抑制零漂的原理 +UCC uo= UC1 - UC2= 0 当 ui1= ui2 =0 时: 当温度变化时: uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0

  7. R1 R1 RC RC uo RB RB T2 T1 ui1 ui2 三、 共模电压放大倍数AC +UCC 共模输入信号:ui1 = ui2 = uC(大小相等,极性相同) 理想情况:ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 但因两侧不完全对称, uo0 (很小,<1) 共模电压放大倍数:

  8. R1 R1 RC RC uo RB RB T2 T1 ui1 ui2 四、差模电压放大倍数Ad +UCC 差模输入信号:ui1 =- ui2 =ud(大小相等,极性相反) 设uC1 =UC1 +uC1, uC2 =UC2 +uC2。 因ui1 = -ui2,uC1 =-uC2 uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2uC1 差模电压放大倍数: (很大,>1)

  9. 五、共模抑制比(CMRR)的定义 CMRR — Common Mode Rejection Ratio KCMRR = KCMRR(dB) = (分贝) 例:Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg  (-200)/0.1 =66 dB

  10. +UCC RC RC uo RB RB T2 T1 ui1 ui2 RE –UEE 6.1.3 双电源长尾式差放 一、结构 特点:加入射极电阻RE ;加入负电源 -UEE,采用正负双电源供电。 为了使左右平衡,可设置调零电位器:

  11. +UCC RC RC uo RB RB T2 T1 ui1 ui2 RE –UEE 双电源的作用: (1)使信号变化幅度加大。 (2)IB1、IB2由负电源-UEE提供。

  12. +UCC RC RC uo RB RB T2 T1 ui1 ui2 RE –UEE 自动稳定 二、 静态分析 1. RE的作用 —— 抑制温度漂移,稳定静态工作点。 设ui1= ui2= 0 UE IC IE= 2IC 温度T IC IB UBE RE 具有强负反馈作用

  13. 2. Q点的计算 直流通路 IC1 IC2 +UCC RC RC uo IB IB RB RB IE T2 T1 ui1 ui2 RE –UEE IC1= IC2= IC= IB UE1= UE2=-IB×RB-UBE UCE1= UCE2= UC1-UE1 UC1= UC2= UCC-IC×RC

  14. 差模电压 放大倍数: 共模电压 放大倍数: 三、 动态分析 1. 输入信号分类 (1)差模(differential mode)输入 ui1 = -ui2= ud (2)共模( common mode)输入 ui1= ui2 = uC

  15. 差模分量: 共模分量: 结论:任意输入的信号: 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 则:ud = 5mV , uc = 15mV

  16. +UCC RC RC uo RB RB T2 T1 ui RE R –UEE R (一) 差模输入 均压器

  17. +UCC ic2 ic1 RC RC uo RB RB T2 T1 ib2 ib1 R ui RE iRE R –UEE RE 对差模信号作用 ic1= - ic2 iRE= ie1+ie2= 0 ib1, ic1 ui1 ui2 uRE= 0 RE对差模信号不起作用 ib2, ic2

  18. ic2 ic1 RC RC uo RB uod1 RB T2 T1 uod2 ib2 ib1 ui1 ui2 R R E RB C1 B1 ib1 ib1 uod1 ui1 rbe1 RC E 差模信号通路 T1单边微变等效电路

  19. RB C1 B1 ib1 ib1 uod1 ui1 rbe1 RC E 1. 放大倍数 单边差模放大倍数:

  20. ic1 ic2 RC RC uod RB uod1 RB T2 T1 uod2 ib2 ib1 ui1 ui2 R R E 差模电压放大倍数: 即:总的差动电压放大倍数为: 若差动电路带负载RL (接在C1 与C2 之间), 对于差动信号而言,RL中点电位为 0, 所以放大倍数:

  21. +UCC ic2 ic1 RC RC uo ri ri RB uod1 RB T2 T1 uod2 ib2 ib1 ui1 ui2 R R E ro 2. 输入输出电阻 输入电阻: 输出电阻: ro = 2RC 思考题:电路去掉RB能正常工作吗? RB的作用是什么?

  22. +UCC ic2 ic1 RC RC uoc RB RB uoc2 uoc1 T1 T2 uC uRE RE iRE –UEE (二) 共模输入 iRE、 uRE ic1 、ic2  uC  RE对共模信号有抑制作用(原理静态分析,即由于RE的负反馈作用,使IE基本不变)。

  23. ic2 ic1 RC RC uoc RB RB uoc2 uoc1 T1 T2 uc1 uc2 2RE 2RE 共模信号通路:

  24. RB ic1 ib1 ib1 rbe1 uc1 uc2 RC 2RE ie1 T1单边微变等效电路

  25. KCMRR  AC  0 问题:负载影响共模放大倍数吗? 不影响!

  26. §6.2 恒流源与差分放大器 1恒流源的基本电路 (1) 镜像恒流源 (2) 微电流源 (3) 电流元作又源负载

  27. +UCC ic2 ic1 RC RC uo RB RB T2 T1 ib2 ib1 ui1 ui2 R R E IC3 R1 T3 R3 R2 -UEE 2 恒流源式差放电路 电路结构:

  28. ic2 ic1 +UCC RC RC uo iC RB RB T2 IB3 T1 Q IC3 ib2 ib1 ui1 ui2 R R uCE E UCE3 IC3 R1 UCE3 T3 R3 R2 -UEE T3 :放大区 恒流源 静态分析:主要分析T3管。 rce3 1M VB3VE3 IE3 IC3

  29. ic2 ic1 +UCC RC RC uo RB RB T2 T1 ib2 ib1 ui1 ui2 R R E IC3 R1 T3 T4 R3 R2 -UEE IE4 电路改进:加入温度补偿三极管T4(BC短接,相当于二极管) IE3 温度 UBE4  UBE4  UB3  IE3  IE3 温度  Q变化 结论:T4稳定IE3 。

  30. 恒流源的作用 1. 恒流源相当于阻值很大的电阻。 2. 恒流源不影响差模放大倍数。 3. 恒流源影响共模放大倍数,使共模放大倍数减小,从而增加共模抑制比,理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻,所以共模抑制比是无穷。

  31. +UCC 双端 RC RC 输入端 接法 uo C1 C2 RB RB 单端 T1 T2 B2 B1 ui2 双端 ui1 E 输出端 接法 单端 IC3 -UEE 3 差放电路的几种接法 Ad= Ad1 双端输入双端输出: 双端输入单端输出:

  32. +UCC RC RC uo C1 ib2 C2 ib1 RB RB T1 T2 B2 B1 ui2 ui1 E IC3 ui1 = -ui2 =0.5ui 双端输入: -UEE ui1 =-ui,ui2 = 0 单端输入: 双端输出: Ad= Ad1 单端输出: 对Ad而言,双端输入与单端输入效果是一样的。 ud= 0.5ui , uc= 0 ud= 0.5ui , uc= 0.5ui

  33. FET差分放大电路 自学

  34. §6.3 集成运放 集成电路:将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。 集成电路的优点: 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。 集成电路的分类: 模拟集成电路、数字集成电路; 小、中、大、超大规模集成电路;  

  35. 集成电路内部结构的特点: 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,精度低。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。

  36. T4 T3 T5 T2 T1 IS 原理框图: +UCC 与uo反相 反相 输入端 uo u– u+ 同相 输入端 输入级 输出级 中间级 UEE 与uo同相

  37. 集成运放的结构 对输入级的要求:尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR,输入阻抗 ri 尽可能大。 对中间级的要求:足够大的电压放大倍数。 对输出级的要求:主要提高带负载能力,给出足够的输出电流io。即输出阻抗 ro小。 (1)采用四级以上的多级放大器,输入级和第二级一般采用差动放大器。 (2)输入级常采用复合三极管或场效应管,以减小输入电流,增加输入电阻。 (3)输出级采用互补对称式射极跟随器,以进行功率放大,提高带负载的能力。

  38. +UCC uo RC RC IC IC1 T1 T2 IC2 IB R1 1  ui1 ui2 E 2 IB2 IE T3 T4 R3 R2 -UEE 为减小IB, 提高输入电阻,T1、T2采用复合三极管 IC=IC1+ IC2 = 1 IB+ 2(1+ 1 ) IB = [1 + 2(1+ 1 ) ]IB  = IC / IB = 1 +2(1+ 1 )  1 2

  39. +UCC 第2级 RC3 RC RC RE3 T10 T7 T1 T2 T6 T5 RE4 E RL T8 RE5 RE2 T9 T11 RC4 第1级:差动放大器 -UEE 差动放大器 集成运放内部结构(举例) 极 性 判 断 – + 第4级:互补对称射极跟随器 第3级:单管放大器

  40. 理想运放: ri KCMMRR ro 0 Ao   u- - u- Ao uo - uo + + u+ u+ + 运放的特点: ri大: 几十k几百 k KCMRR 很大 ro小:几十  几百 A o很大: 104  107 运放符号: 国内符号 国际符号

  41. §6.4 集成运放的主要性能指标 一、开环差模电压放大倍数Aod 无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105  107之间。理想运放的Aod为。 二、共模抑制比KCMMR 常用分贝作单位,一般100dB以上。 三、差模输入电阻rid ri>1M, 有的可达100M以上。 四、输出电阻ro ro=几-几十。

  42. 五、最大共模输入电压UIcmax 六、最大差模输入电压UIdmax 七、-3dB带宽fH 运放是直流放大器, 也可放大低频信号,不适用于高频信号。 还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。不再一一介绍。 关于集成运放的应用下面分三个章节介绍。其中运放都是作为理想运放来处理。

  43. 作业: 6.1.1 6.2.2 6.2.5 预习:7.1 7.2