第三章 集成運算放大電路

1、集成電路集成電路: 將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)體基片上。體基片上。集成電路的優(yōu)點：集成電路的優(yōu)點：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。功耗小。集成電路的分類：集成電路的分類：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；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；小、中、大、超大規(guī)模集成電路； 3.1集成運算放大器的概述集成運算放大器的概述 a. 小規(guī)模集成電路（小規(guī)模集成電路（SSI：small scale integration circuit) 一塊芯片上包含的元器件在一塊芯片上包含的元器件在100個以下。

2、個以下。 b. 中規(guī)模集成電路（中規(guī)模集成電路（MSI：middle scale integration circuit) 一塊芯片上包含的元器件在一塊芯片上包含的元器件在1001000之間。之間。 c. 大規(guī)模集成電路（大規(guī)模集成電路（LSI：large scale integration circuit) 一塊芯片上包含的元器件在一塊芯片上包含的元器件在1000100000之間。之間。 超大規(guī)模集成電路（超大規(guī)模集成電路（VLSIVLSI：very large scale very large scale integration circuit) integration circuit)

3、一塊芯片上包含的元器一塊芯片上包含的元器件在件在100000100000以上。以上。 現(xiàn)代集成電路，在一個芯片上集成上百萬個乃現(xiàn)代集成電路，在一個芯片上集成上百萬個乃至上千萬個元器件。至上千萬個元器件。集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點：集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點：2、 電路元件制作在一個芯片上，元件參數(shù)偏差電路元件制作在一個芯片上，元件參數(shù)偏差一致，溫度均一性好。一致，溫度均一性好。3、 電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到20千歐。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外千歐。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。接。4、 幾十幾十 pF 以下的小電容用以下的小電容用PN結(jié)的

4、結(jié)電容構(gòu)成、結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。大電容要外接。5、 二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。6、易于制作具有良好匹配性的同種元、器件，易于制作具有良好匹配性的同種元、器件， 故采用對稱性的電路結(jié)構(gòu)來改善性能故采用對稱性的電路結(jié)構(gòu)來改善性能1、難以制作電感和大容量電容（、難以制作電感和大容量電容（200pF），直接耦合），直接耦合運放的組成：運放的組成：輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級偏置電路偏置電路偏置電路：偏置電路：提供合適的偏置電流、靜態(tài)工作點提供合適的偏置電流、靜態(tài)工作點輸入級：輸入級：高輸入電阻、抑制噪聲高輸入電阻、抑制噪聲輸出級：輸出級：提供足夠

5、的輸出功率給負載、小的輸出電阻提供足夠的輸出功率給負載、小的輸出電阻中間級：中間級：提供很大的放大倍數(shù)提供很大的放大倍數(shù)(上千上千)uiRC1R1T1增加增加R2 、RE2 : 用于設(shè)置合適的用于設(shè)置合適的Q點。點。問題問題 1 :前后級前后級Q點相互影響。點相互影響。直接耦合電路的特殊問題直接耦合電路的特殊問題uot0有時會將有時會將信號淹沒信號淹沒問題問題 2 :零點漂移。零點漂移。前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得當(dāng)當(dāng) ui 等于零時，等于零時， uo不等于零。不等于零。R2uoRC2T2RE2-VCC+VCC問題問題 3 :噪聲也會被放大噪

6、聲也會被放大Rb1+VCCRcC1C2uiuoIBQ-+RL+-Rb2Re減小零漂的措施減小零漂的措施(穩(wěn)定穩(wěn)定Q的措施的措施)采用負反饋采用負反饋用熱敏元件進行用熱敏元件進行 溫度補償溫度補償采用差動式放大電路采用差動式放大電路iE3.2 差分放大電路差分放大電路( (電壓放大電壓放大) )+-uo1TRb2Rc+-ui22RE-VEE+VCCT12RERbRcui1+-+VCC-VEEiEi1=ui2ui2=ui1u-iEo1=uo2uo1=uo2-uTT1RERb2-VEE+VCCRbRcRcui1ui2o1=uo2u近似近似=0+-uo1i1=10mvuE=50MR缺點：缺點：1、需要

7、旁路電容、需要旁路電容 2、噪聲、噪聲+-uo2一、電路特點一、電路特點b. 電路兩邊對稱電路兩邊對稱c. 兩管共用發(fā)射極電阻兩管共用發(fā)射極電阻REd. 具有兩個信號輸入具有兩個信號輸入端端, 兩個輸出端；兩個輸出端；a. 正負電源供電正負電源供電TT1RERb2-VEE+VCCRbRcRcui1ui2二、差模信號和共模信號二、差模信號和共模信號1、共模、共模( common mode) 信號信號i1=ui2u12CCuu0結(jié)論：結(jié)論：對共模信號具有很強的抑制作用對共模信號具有很強的抑制作用2、差模、差模(differential mode)信號信號i1=ui2u-ER0i12CCuu 結(jié)論：

8、結(jié)論：對差模信號具有放大作用對差模信號具有放大作用TT1RERb2-VEE+VCCRbRcRcui1ui211CCibbeuRuRr3、任意信號、任意信號i1i2uuTT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRc-1/2uid+i1iid2uuu2ici1i12()uuuic1d2ii1uuuic1d2ii2uuu結(jié)結(jié)論論2、分別分析差模、共模信號在放大電路的響應(yīng)，則、分別分析差模、共模信號在放大電路的響應(yīng)，則利利 用疊加原理用疊加原理就可完整描述差放對各種信號的響應(yīng)就可完整描述差放對各種信號的響應(yīng) 3 23-22mv3mv-2mv3mv+-1/2uidui2ui1uic+-+-1/2u

9、id-1/2uid+-uici1i25,1umv umv1、任意兩個信號，可分解為一對差模、一對共模信號、任意兩個信號，可分解為一對差模、一對共模信號i1i2i1ii211122()()uuuuui1i2i1ii221122()()uuuuu U od1 U od2 R L R L V 2 V 1 U id1 U id2 U id R C R C U od 輸入為差模正弦信號時，輸出端波形的相位關(guān)系輸入為差模正弦信號時，輸出端波形的相位關(guān)系差動放大電路的基本工作原理差動放大電路的基本工作原理1、 靜態(tài)工作點的計算：靜態(tài)工作點的計算：i1i2=0uu 忽略忽略Ib，有：有：UB1UB2 0VEQ

10、1EQ2Re1I= I=I2CE1CE2CCCCU= U= V-I R-(-0.7)CQ1CQ2EQ1I= I= IOC1C2U= U- U= 0VC1C2CCCCU= U= V-I R=1mA=0.5mA=9.7VeEERe-0.7-(-V)I=RTT1ReRb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcUC1UC26K 6K 11.3K -12V +12V UB1UB2IRe=9V靜態(tài)工作點的計算：靜態(tài)工作點的計算：EQ1EQ2Re1I= I=I2CQ1CQ2EQ1I= I= IC2CCCCU= V-I R=1mA=0.5mAeEERe-0.7-(-V)I=RTT1ReRb2-VEE+VCCRb

11、+-uoRcRcUC1UC26K 6K 11.3K -12V +12V UB1UB2IRe=9VCCC1CV- URC1+IC1LU=RCEQ1C1U=U-0.7CEQ2U=9V-0.7對靜態(tài)工作點的穩(wěn)定對靜態(tài)工作點的穩(wěn)定當(dāng)當(dāng)ui1 = ui2 = 0 時時溫度溫度TICIRE = 2ICIBIC自動穩(wěn)定自動穩(wěn)定長尾電阻長尾電阻RE的作用的作用 ： 抑制溫度抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。態(tài)工作點。TT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcui1+-+-ui2uo1uo2結(jié)論：結(jié)論：RE越大，抑制能力越強越大，抑制能力越強UBERE 具有強負反饋作用具有強負反饋作用URE

12、共模信號共模信號 ui1=ui2 =uic uid=0共模電壓放大倍數(shù)：共模電壓放大倍數(shù)： 因因ui1 = ui2，電路對稱電路對稱ocucic=0uAuTT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcui1+-+-ui2uo1uo2 uo= uo1 - uo2 =0 (理想理想) uo1 = uo2TT1ReRb2Rb+-uoRcRcui1+-+-ui2iRe 單端輸出單端輸出TT12ReRb2Rb+-uoRcRcui1+-+-ui2iRe2Reoco1ucici1=uuAuuLbbee=(1)2RRrRLe2RR 差模信號分析差模信號分析idi1i2uuu結(jié)論：結(jié)論：差模信號在差模信號

13、在RE上的電流為零上的電流為零虛地虛地 2、Re對差模信號相當(dāng)于短路對差模信號相當(dāng)于短路1、直流電壓源交流短路（接地）、直流電壓源交流短路（接地）3、負載、負載RL中點的交流電位中點的交流電位為零為零分析：分析：TT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcuid+-+-1/2uid1/2uid+差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)：odudid=uAuTT1Rb2Rb+-uoRcRcuid+-+-1/2uid1/2uid+o1uo2uudA =LCbbeR(R / /)2R +ro1o2idid1122uuuu （-）o1id2122uuo1id12uuber-+RCo1u-+icibRL

14、2bRib1/2uid差模輸入電阻差模輸入電阻ididbuRi輸出電阻輸出電阻oc2RR結(jié)論：結(jié)論：1、雙入雙出的差放放大量單臂的放大量；、雙入雙出的差放放大量單臂的放大量；2、負載電阻中點的電位為零；、負載電阻中點的電位為零；3、Re電阻大小對差模放大沒有任何的影響；電阻大小對差模放大沒有任何的影響；4、差分放大電路能夠放大差模信號；、差分放大電路能夠放大差模信號；bbe2Rrib122dui長尾式差放仿真結(jié)果：長尾式差放仿真結(jié)果：uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC恒流源式差放電路恒流源式差放電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu):IC3R2T3R1R3-UEE靜態(tài)分析

15、：靜態(tài)分析：主要分析主要分析T3管。管。VB3VE3 IE3 IC3T3 :放大區(qū)放大區(qū)恒流源恒流源 rce3 1M 恒流源式差放恒流源式差放rbe1=2Krbe2=2Krbe3=1Krce3=60K=30eFFce312ce3eRR= r(1+) =1MR / /R +r+RLucb1RA= -0.000067R +r+2(1+)RbeFF Ludb1R1A= -2 R +rbe+VCCT1RbT2RbRcRc+-1/2uid1/2uid_-VEET3R1R2Rei1iE35.3K6K6KFF+-uo靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：動態(tài)分析：動態(tài)分析：4K4K差動放大器的輸入輸出方式差動放大器的輸入輸出

16、方式 差動放大器共有四種輸入輸出方式差動放大器共有四種輸入輸出方式: 1. 雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出）雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出） 2. 雙端輸入、單端輸出（雙入單出）雙端輸入、單端輸出（雙入單出） 3. 單端輸入、雙端輸出（單入雙出）單端輸入、雙端輸出（單入雙出） 4. 單端輸入、單端輸出（單入單出）單端輸入、單端輸出（單入單出）主要討論的問題有：主要討論的問題有： 差模電壓放大倍數(shù)、差模電壓放大倍數(shù)、 共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù) 差模輸入電阻差模輸入電阻 、 輸出電阻輸出電阻TT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcuid+-+-1/2uid1/2uid+1、雙端輸入

17、、雙端輸入 雙端輸出雙端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù) cLudbbe1(R / /R )2A= -R + r（2）共模電壓放大倍數(shù)）共模電壓放大倍數(shù)ucA= 0（3）差模輸入電阻）差模輸入電阻idbbeR= 2 R + r（4）輸出電阻）輸出電阻oc2RR千萬不要畫微變等效電路idi1i2uuui2ui1ui20u令：2、單端輸入、單端輸入 雙端輸出雙端輸出3、雙端輸入、雙端輸入 單端輸出單端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù) cLudbbe(R / /R )1A= -2R + r（2）差模輸入電阻）差模輸入電阻idbbeR= 2 R + r（3）輸出電阻）輸出電阻ocR

18、RTT1RERb2-VEE+VCCRb+uoRcRcuid+-+-1/2uid1/2uid+RL-i20u令：4、單端輸入、單端輸入 單端輸出單端輸出Lucb1ERA= -R +r+2(1+)Rbe不同點不同點: 相同點相同點: 單出方式與雙出方式的靜態(tài)工作點及動態(tài)參數(shù)的單出方式與雙出方式的靜態(tài)工作點及動態(tài)參數(shù)的分析計算完全相同。分析計算完全相同。單出單出方式方式輸出端不僅有差模信號作用而得到的差模輸出電輸出端不僅有差模信號作用而得到的差模輸出電壓，而且還有共模信號作用而得到的共模輸出電壓壓，而且還有共模信號作用而得到的共模輸出電壓. (1)(1)差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)與單端輸入還是

19、雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)差動放大器動態(tài)指標(biāo)計算總結(jié)差動放大器動態(tài)指標(biāo)計算總結(jié) 雙端輸出時：雙端輸出時：LcudbbeR(R / /)2A= -R+ r 單端輸出時：單端輸出時：cLudbbe/ /2RRARr (2)(2)共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù) 雙端輸出時：雙端輸出時： 單端輸出時：單端輸出時：uc0AELuc2RRA (3)(3)差模輸入電阻差模輸入電阻雙端輸出時雙端輸出時: ocRRoc2RRidbbe2RRr (4)(4)輸出電阻輸出電阻單端輸出時單端輸出時: (5)(5)共模輸入電阻共模輸入電阻b1R +r +2(1+)R2i

20、CbeER(5)(5)共模抑制比共模抑制比LbbeCMR1Le / 2() / 2RRrKRRudCMRucAKA 雙端輸出時雙端輸出時: 加大加大Re，可以提高共模抑制比。，可以提高共模抑制比。單端輸出時：單端輸出時： 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一個綜合指標(biāo)。是差分放大器的一個綜合指標(biāo)。udCMRuc20lgdBAKA 為了衡量差動放大電路對差模信號的放大和對共模信為了衡量差動放大電路對差模信號的放大和對共模信號的抑制能力，我們引入共模抑制比號的抑制能力，我們引入共模抑制比KCMR。結(jié)論：結(jié)論：匹配精度越高、長尾電阻越大，共模抑制比越大匹配精度越高、長尾電阻越大，共模抑制比越

21、大ebbeRRrKCMR傳輸特性傳輸特性就是放大電路就是放大電路輸出信號輸出信號（電流或電（電流或電壓）與壓）與輸入差模信號輸入差模信號的函數(shù)關(guān)系。的函數(shù)關(guān)系。傳傳輸特性輸特性它可以用它可以用BJT的的be結(jié)電壓結(jié)電壓vBE與發(fā)射極電與發(fā)射極電流流iE的基本關(guān)系求出。的基本關(guān)系求出。)(2C1CuIdfii 、差模傳輸特性差模傳輸特性1-10246 2 4 6.0.10.9iC1VTuId/0.70.50.3結(jié)論：結(jié)論：QCoiI1、120iiiduuu 時時C1C20.5ooIIii 電路處于靜止?fàn)顟B(tài)電路處于靜止?fàn)顟B(tài)(Q)2、26()26()TidTmv Vumv V增加增加iduC1i增加

22、增加C2i減小減小C1i、C2i與與idu呈線性關(guān)系呈線性關(guān)系線性區(qū)線性區(qū)3、4TidVu 增加增加iduC1i趨于飽和趨于飽和C2i趨于零趨于零C1C2ii 幾乎不變幾乎不變截止、截止、飽和區(qū)飽和區(qū)C1C2oIiiiC2a. 采用電流源作為有源負載。采用電流源作為有源負載。b. 利用多個晶體管組成復(fù)合管，以得到較大的電利用多個晶體管組成復(fù)合管，以得到較大的電流放大系數(shù)流放大系數(shù) 值。值。集成運放獲得高電壓增益，通常采用的方法：集成運放獲得高電壓增益，通常采用的方法：復(fù)合管電路復(fù)合管電路規(guī)則：規(guī)則：1、串接點，保證電流連續(xù)、串接點，保證電流連續(xù)2、并接點，兩管電流同時流入或流出、并接點，兩管電

23、流同時流入或流出3、復(fù)合管類型由、復(fù)合管類型由T1決定決定前提：前提：首先要能夠保證兩個三極管都能夠處于放大首先要能夠保證兩個三極管都能夠處于放大同類復(fù)合管同類復(fù)合管T1T2CiC2iE2iE1iC1iB1i等效管等效管TBiCiEiCBE(a) 復(fù)合管的電流放大系數(shù)復(fù)合管的電流放大系數(shù) C2C1Ciii B1Bii E2Eii E1B2ii 而而由于由于C2C1Ciii B22B11ii E1B2ii B11)1(i B1)1(i B12B1)1(ii )1(121BC ii2121 21 (b) 復(fù)合管的輸入電阻復(fù)合管的輸入電阻rbeT1T2beubb1icebe1rc1ib11i c2i

24、b22i cibe2rb2ie1i 因為因為故故 復(fù)合管的輸入電阻復(fù)合管的輸入電阻be2b2be1b1beririu be2b11be1b1)1(riri b1bebeiur be21be1)1(rr cbeT1T2ibicbecibic晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。T1T2T1T2復(fù)合復(fù)合NPN型型復(fù)合復(fù)合PNP型型互補型復(fù)合管互補型復(fù)合管 1 2becbecrbe rbe1結(jié)論：結(jié)論：1、同類型組成的復(fù)合管，與原來相同，、同類型組成的復(fù)合管，與原來相同， 1 * 2rbe rbe1 +(1+ 1) rbe1 2、不類型組成的復(fù)合管，與第一個

25、相同，、不類型組成的復(fù)合管，與第一個相同， 1 * 2rbe rbe1單端輸出時：單端輸出時：注意輸入、輸出的相位關(guān)系。注意輸入、輸出的相位關(guān)系。 設(shè)從設(shè)從T1的基極輸入信號，的基極輸入信號，如果從如果從C1 輸出，相位相反；從輸出，相位相反；從C2 輸出相位相同。輸出相位相同。+-ui+-+-ui+2、共集組態(tài)、共集組態(tài)NPN管如果輸出電壓波形出現(xiàn)正半周的管如果輸出電壓波形出現(xiàn)正半周的削波失真，該失真為削波失真，該失真為 （飽和、截止失真）（飽和、截止失真）1、PNP管組成的共射放大電路，輸出電壓波形出管組成的共射放大電路，輸出電壓波形出現(xiàn)底部失真是（飽和失真、截止失真）?，F(xiàn)底部失真是（飽和

26、失真、截止失真）。運放的組成：運放的組成：輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級偏置電路偏置電路偏置電路：偏置電路：提供合適的偏置電流、靜態(tài)工作點提供合適的偏置電流、靜態(tài)工作點輸入級：輸入級：高輸入電阻、抑制噪聲高輸入電阻、抑制噪聲輸出級：輸出級：提供足夠的輸出功率給負載、小的輸出電阻提供足夠的輸出功率給負載、小的輸出電阻中間級：中間級：提供很大的放大倍數(shù)提供很大的放大倍數(shù)(上千上千)二、電流源電路二、電流源電路作用：作用： 用作放大電路的恒流偏置，提供合適的靜態(tài)電流；用作放大電路的恒流偏置，提供合適的靜態(tài)電流；取代電阻用作各種放大電路的負載，從而增大放取代電阻用作各種放大電路的負載，從而增大放

27、大電路的放大倍數(shù)；大電路的放大倍數(shù)；要求：要求： 有足夠大的動態(tài)內(nèi)阻；有足夠大的動態(tài)內(nèi)阻；對溫度的敏感度低；對溫度的敏感度低；能對抗電源電壓或其他外界的變化；能對抗電源電壓或其他外界的變化；即：即：電流源電路應(yīng)具有不受外界因素影響的恒流特性電流源電路應(yīng)具有不受外界因素影響的恒流特性1. 鏡像電流源鏡像電流源基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流：C2C1=II(當(dāng)當(dāng)BJT的的 足夠大時足夠大時)T1、T2的參數(shù)完全相同的參數(shù)完全相同C1RB2IIIRICCBER=VUIR=1mARC2II =1mA=IO鏡像精度鏡像精度特性：特性： 具有很好的溫度穩(wěn)定性，但抗電源變化能力比較差具有很好的溫度穩(wěn)定性，但抗電源變化能

28、力比較差I(lǐng)O2IBIC1+VCC11.3KR12VT1T2IR2IBIBRo=II相似程度相似程度IC2輸出電流輸出電流I IC2C2與參考電流與參考電流I IR R是鏡像關(guān)系是鏡像關(guān)系 2. 帶緩沖的鏡像電流源帶緩沖的鏡像電流源+VCCIRIO11.3KR2IBIBIBIC1REB3(1)=2BIIRoII鏡像精度鏡像精度21RoII2(1)BIoI21(1)RIRI特性：特性： 具有很好的溫度穩(wěn)定性，但抗電源變化能力比較差具有很好的溫度穩(wěn)定性，但抗電源變化能力比較差I(lǐng)B32coBIIIC2C1oIIIIC23 3、威爾遜電流源、威爾遜電流源IO=(+2+2)IBIR= IB+(+2+2)I

29、B(1-)IOIR特性：特性：+VCCIRIO8.6KRIBIBIC1(+2+2)IB(1-) )(+2+2)IB2IB具有好的溫度穩(wěn)定性、抗電源變化能力差具有好的溫度穩(wěn)定性、抗電源變化能力差I(lǐng)C22 2+2+2=2 2+2+2+21(1)=14 4、比例電流源、比例電流源R1BECCVUIRR1RIIE11UVE21UV2210.5VImARO20.5IImAO1R2IRIR特性：特性：IRIOIC1I2I1+VCC10.3KRR21T2TR11K2K+IB2B1IIB1IB2抗溫度變化能力強抗溫度變化能力強1mA5、 多支路比例電流源多支路比例電流源 IE0IC0IR IC1 IE1 則，

30、可得：則，可得： IRR0 IC1R1T0、T1管，電阻管，電阻R、R0和和R1構(gòu)成了比例電流源構(gòu)成了比例電流源IE0R0UBE0IE1R1UBE1所以：所以： IE0R0 IE1R11R0C1IRRI +VCCIRIC1RIC0R1IE10T1TR0IE0IC2IC3R2R3IE2IE32T3T因為：因為：UBE0UBE16、 微電流源微電流源2221RIUUEBEBE 2221RIUUEBEBE expVBECSTUII121212V (lnln)CCBEBETSSIIUUIIV lnCBETSIUI12V lnCTCII1222V lnCTCCII RI222VlnTRCCIIRI22R

31、IC ECRT1T2IC2IE2R2IRR1IE1工作在放大區(qū)的雙極型晶體管，工作在放大區(qū)的雙極型晶體管，當(dāng)當(dāng)UBE100mV時時 ECRT1T2IC2IE2R2根據(jù)需要的電流根據(jù)需要的電流IC2和參和參考電流決定發(fā)射極電阻：考電流決定發(fā)射極電阻：222VlnTRCCIRII一般設(shè)計中：一般設(shè)計中：REICR 222VlnTRCCIIRI222122)1 (cebebeOrRrrRr BE1BE2eUUROEIIBEeURTROeOlnVIIRI試探法：已知：試探法：已知：IR=1mA， Re=3k，VT=26mV求得：求得： IO28uAR Re e引入負反饋，引入負反饋，使使I IO O更

32、加穩(wěn)定。更加穩(wěn)定。Re使電流使電流IO減小減小特性：特性：抗溫度變化能力強、抗溫度變化能力強、輸出電阻大，抗負載變化能力強（帶負載能力強）輸出電阻大，抗負載變化能力強（帶負載能力強）T1相當(dāng)于二極管，相當(dāng)于二極管，T1在不燒毀的情況下，從在不燒毀的情況下，從0.6V到到0.8V，不論，不論VCC如何變化，如何變化，UB基本不變，基本不變，Ie基本不變，因此基本不變，因此Io不變不變+VCCIRIO11.3KRIC1ReIE1T2T 在放大系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推在放大系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、

33、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實際負載需要的功率很大。儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實際負載需要的功率很大。例：例： 擴音系統(tǒng)擴音系統(tǒng)功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取實際負載實際負載三、輸出級三、輸出級功率放大器：功率放大器： 能輸出較大交流功率能輸出較大交流功率電壓放大器電壓放大器放大電壓信號放大電壓信號 獲得大的輸出功率獲得大的輸出功率Au Ri RoPo=UoIo交流小信號交流小信號微微變等效電路分析法變等效電路分析法交流大信號交流大信號圖解法圖解法功率放大器功率放大器甲乙類甲乙類180360導(dǎo)電導(dǎo)電乙類乙類180導(dǎo)電導(dǎo)電 丙類丙類180導(dǎo)電導(dǎo)電甲類甲類360導(dǎo)電導(dǎo)電放

34、大電路的分類：放大電路的分類：一、一、 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)乙類互補對稱推挽功率放大電路乙類互補對稱推挽功率放大電路 乙類狀態(tài)的乙類狀態(tài)的NPN、 PNP射極跟隨器射極跟隨器 互補組成對稱式功放互補組成對稱式功放LRuVCCouiLRVCC2 2uoui-VCCLR2-VCCuoui電路主要特點電路主要特點(1) T1、T2參數(shù)相同參數(shù)相同 (2) 輸出電阻小輸出電阻小(3) 動態(tài)范圍大動態(tài)范圍大(4) 帶載能力強帶載能力強注意：注意：輸入信號為大信號輸入信號為大信號二、工作原理二、工作原理ic1 靜態(tài)時：靜態(tài)時：動態(tài)時動態(tài)時:(設(shè)設(shè)ui為正弦波為正弦波)T1、T2兩個管子交替工作，在負載上得到完整的正弦

35、波。兩個管子交替工作，在負載上得到完整的正弦波。ui = 0Vui 負負半周半周T1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 正半周正半周T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止io= ic1io=ic2形成形成uo正半周正半周形成形成uo負半周負半周ic2Po=0PT=0PE=0LRVCC2 2uoui-VCC Ic1=Ic2=0 uo = 0VuCEuo=VCC-uCEio= iCIom= Icm三、分析計算三、分析計算圖解法圖解法IcmUomuCEiC1iC2QVCCCCLVR uo= - uCE 負載上的最大不失真輸出電壓為負載上的最大不失真輸出電壓為(極限值）極限值）Uom= VCC - UCES VCC

36、UCES假設(shè)假設(shè)uCES1LRVCC2 2uoui-VCCui-VCCT1T2uo+VCCRLio輸入輸出波形圖輸入輸出波形圖乙類互補對稱功放的缺點乙類互補對稱功放的缺點存在交越失真存在交越失真交越失真：交越失真：輸入信號輸入信號 ui在零點在零點附近變化時，輸出信號出現(xiàn)失附近變化時，輸出信號出現(xiàn)失真，該失真便為交越失真。真，該失真便為交越失真。uiuouou o tttt交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓已類互補對稱電路仿真已類互補對稱電路仿真交越失真產(chǎn)生的原因交越失真產(chǎn)生的原因克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：給給T T1 1、T T2 2的發(fā)射結(jié)加一定的發(fā)射結(jié)加一定的直流偏置，使其工

37、在微的直流偏置，使其工在微導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通狀態(tài)。甲乙類互補功率放大電路甲乙類互補功率放大電路晶體管存在非線性，晶體管存在非線性，ui uT時晶體管截止。時晶體管截止。靜態(tài)時靜態(tài)時:動態(tài)時：動態(tài)時：電路中增加電路中增加 R1、D1、D2 、R2 、R3支路支路1.1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)甲乙類互補對稱電路工作原理甲乙類互補對稱電路工作原理功率、效率的計算套用乙類公式，功率、效率的計算套用乙類公式，誤差在允許的范圍內(nèi)。誤差在允許的范圍內(nèi)。ui 正半周，正半周，T1通、通、T2止；止；ui 負半周，負半周，T2通、通、T1止。止。2.2.基本原理基本原理R1D1D2R3+VCC-VCCuouiioRLT1T2R2

38、UBE1+| UBE2| = UD1+ UD2 = 0.7V+0.7V=1.4V兩管均處于微導(dǎo)通狀態(tài)兩管均處于微導(dǎo)通狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)Io=0 Uo=0設(shè)設(shè) ui 加入正弦信號加入正弦信號甲已類互補對稱電路仿真甲已類互補對稱電路仿真1.交流輸出功率交流輸出功率Po:oP2CCCESomaxL()=2VUPR極限：極限： Uom=VCC - UCES VCC時時LRVCC2 2uoui-VCComCC=UV令令:2omoL=2UPR則則:最大輸出功率：最大輸出功率：2CCL2VR2212CCLVR2omaxP2omL2URoo=U IomomL22UUR電源電壓利用系數(shù)電源電壓利用

39、系數(shù)一個管子的管耗一個管子的管耗oT1CCo0L1=() d()2uPVutR 2.管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗omCCom0Lsin1(sin) d()2UtVUttR2CComomL1()4V UURTT1=2PP 2CComomL2()4V UURLRVCC2 2uoui-VCC2max4()oP3.電源供給的功率電源供給的功率PE：EoT=PPPCComL2V UR2CCEmaxL2 VPR4.效率效率 oE=PPmax78.5 %4omCC UV時，極限：極限：omCC UV時，極限：極限：電源提供的功率最大：電源提供的功率最大： 效率最高：效率最高：omCC4UV5.5.三極管的最

40、大管耗三極管的最大管耗 2CComomT1L1()4V UUPRomaxL2CCT1max2 . 022 . 0PRVP Uom=？ PT1最大最大, PT1max=？將將Uom=0.64VCC代入代入PT1表達式：表達式：CComT1omLd1()d2VUPURCCom2VU得：得：極限：極限：omCC UV時，T1omax0.14PP0CC0.64V選功率管的原則：選功率管的原則：1、管子允許的最大管耗、管子允許的最大管耗LRVCC2 2uoui-VCCPCM PT1max =0.2Pomax2、管子允許的最大電流、管子允許的最大電流V(BR)CEO 2VCCCCCMLVIR3 3、管子的

41、耐壓、管子的耐壓無輸出變壓器電路無輸出變壓器電路OTLOTL +CCVT1uiLR1C+uCCVLROT12T2Cui1R2R1C+-c1ic2i無輸出電容電路無輸出電容電路OCLOCL T2uiLR1CLLLL2121=fRCCRf電容器的容量電容器的容量由放大電路的由放大電路的下限頻率確定下限頻率確定OTLOTL甲乙類互補對稱電路甲乙類互補對稱電路D1+uCCVLROT12C1Rui1C+-2T2RD2Rc1ic2iomaxP1.最大輸出功率最大輸出功率Po:極限：極限： Uom=VCC /2- UCES ， oomECC=4PUPV2.效率效率 max78.5 %42CCL8VR2CCC

42、ESL(/ 2)=2VURTT1=2PP 2CComomL2()4V UUR選功率管的原則：選功率管的原則：1、管子允許的最大管耗、管子允許的最大管耗PCM PT1max =0.2Pomax2、管子允許的最大電流、管子允許的最大電流V(BR)CEO VCC2CCCMLVIR3 3、管子的耐壓、管子的耐壓V VCCCC=20V=20V，R RL L=8=8，U UCESCES=2V=2VD1+uCCVLROT12C1Rui1C+-2T2RD2Rc1ic2iP Pomaxomax, , ,極限參數(shù)極限參數(shù) 1.輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓uiO 集成運算放大器的主要參數(shù)集成運算放大器的主要參數(shù)uo0u

43、io110mV 輸出電壓為零時，輸入端需要加的補償電壓。輸出電壓為零時，輸入端需要加的補償電壓。表征表征輸入級差分對管輸入級差分對管UBE的失配程度，的失配程度，110mV在零輸入時，差分輸入級的差分對管基極電流之差，在零輸入時，差分輸入級的差分對管基極電流之差， 2.輸入偏置電流輸入偏置電流IIB ：IBB1B212IIIIOB1B2III10nA1uA1nA0.1uAuo=0IB1IB2運放兩個輸入端偏置電流的平均值，運放兩個輸入端偏置電流的平均值，用于衡量差分放大對管輸入電流的大小。用于衡量差分放大對管輸入電流的大小。 3.輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO ：用于表征差分級輸入電流不對稱

44、的程度。用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。 1020uV/oC在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓的變化量在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓的變化量在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流的變化量在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流的變化量1nA/oC衡量溫漂的指標(biāo)衡量溫漂的指標(biāo) 4.輸入失調(diào)電壓溫漂輸入失調(diào)電壓溫漂 dUIO dT與溫度變化量之比。與溫度變化量之比。 5.輸入失調(diào)電流溫漂輸入失調(diào)電流溫漂dIIO /dT: 與溫度變化量之比。與溫度變化量之比。 6.最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Uidmax 7.最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Uicmax幾伏幾十伏幾伏幾十伏 運放兩輸入端能承受的最

45、大電運放兩輸入端能承受的最大電壓，超過此電壓時壓，超過此電壓時,差分管的發(fā)差分管的發(fā)射結(jié)將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。射結(jié)將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。在保證運放正常工作條件下，在保證運放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過此值時，共模抑制模電壓超過此值時，共模抑制能力顯著惡化。能力顯著惡化。 8.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod 9.差模輸入電阻差模輸入電阻rid ： 11.共模抑制比共模抑制比 KCMR ：ood-20lguAuu一般一般Aod在在100120dB左右，高增益運放可達左右，高增益運放可達140dB以上。以上。10. 輸出電阻輸出電阻ro

46、: 無反饋時的差模電壓增益。無反饋時的差模電壓增益。雙極型管輸入級約為雙極型管輸入級約為105106歐姆，場效應(yīng)管輸入歐姆，場效應(yīng)管輸入級可達級可達109歐姆以上。歐姆以上。 幾幾幾十幾十KCMR=20lg(Aud / Auc ) (dB)其典型值在其典型值在80dB80dB以上，性能好的高達以上，性能好的高達180dB180dB。 12.單位增益單位增益帶寬帶寬BW (f H )20lgAumf20lgAu3dBf HBW 13.轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR輸出電壓對時間的最大變化率輸出電壓對時間的最大變化率max( )SoRdu tdt與極間電容有關(guān)系與極間電容有關(guān)系增益增益帶寬積帶寬積u-u+

47、uo理想集成運算放大器的模型理想集成運算放大器的模型同相輸入端同相輸入端反相輸入端反相輸入端輸出端輸出端AudRidRic都是無窮大都是無窮大uo= Au(u+-u-)Ro零零KCMR無窮大無窮大虛斷虛斷 二二. 簡單的集成運放簡單的集成運放+T1Rc1sIRc2c3R2T4T5T3TVCC+EEV-u-u+ou反反 相相 輸輸 入入 端端同同 相相 輸輸 入入 端端輸輸入入級級中中間間級級輸輸出出級級 原理電路：原理電路：三三. 通用型集成運放通用型集成運放F007（5G24，m mA741)AB17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T

48、1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB偏置電路輸入級中間級輸出級17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kT3號（同相端）；號（同相端）；2號（反相端）；號（反相端）；6 號（輸出端）；號（輸出端）；7號（號（+VCC）；）；4號（號（-VEE）；）； 1號、號、5 號（調(diào)零端）；號（調(diào)零端）；8 號、號、 9號（補償端）。號（補償端）。管腳：管腳：17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB運放的組成：運放的組成：輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級偏置電路偏置電路偏置電路：偏置電路：提供合適的偏置