章多級放大電路和集成電路運算放大器PPT學習教案

1、會計學1級間耦合問題級間耦合問題多級放大電路的分析多級放大電路的分析3.1多級放大電路多級放大電路第1頁/共70頁引言引言第2頁/共70頁極間耦合形式極間耦合形式：直接直接耦合耦合A1A2電路簡單，能放大交、直流電路簡單，能放大交、直流信號，信號，“Q” 互相影響，零互相影響，零點點漂移嚴重。漂移嚴重。阻容阻容耦合耦合A1A2各級各級 “Q” 獨立，只放大交獨立，只放大交流流信號，信號頻率低時耦合電信號，信號頻率低時耦合電容容抗大。容容抗大。變壓變壓 器器耦合耦合A1A2用于選頻放大器、用于選頻放大器、功率放大器等。功率放大器等。第3頁/共70頁1、阻容耦合、阻容耦合阻容耦合是通過電容器將后級

2、電路與前級相連接，其阻容耦合是通過電容器將后級電路與前級相連接，其方框圖所示。方框圖所示。阻容耦合放大電路的方框圖第4頁/共70頁單級阻容耦合放大電路兩極阻容耦合放大電路第5頁/共70頁1）各級的直流工作點相互獨立。由于電容器隔直流而 通交流，所以它們的直流通路相互隔離、相互獨立的，這樣就給設計、調(diào)試和分析帶來很大方便。 2）在傳輸過程中，交流信號損失少。只要耦合電容選得 足夠大，則較低頻率的信號也能由前級幾乎不衰減地 加到后 級，實現(xiàn)逐級放大。優(yōu)點：優(yōu)點：3）電路的溫漂小。4）體積小，成本低。第6頁/共70頁缺點缺點：2）低頻特性差；1）無法集成；3）只能使信號直接通過，而不能改變其參數(shù)。2

3、、 變壓器耦合變壓器耦合變壓器可以通過磁路的耦合把一次側(cè)的交流信號傳送到二次側(cè)，因此可以作為耦合元件。變壓器耦合的兩級放大電路第7頁/共70頁為什么要講變壓器耦合？為什么要講變壓器耦合？因為變壓器在傳送交流信號的因為變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。同時，可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。圖4-5 變壓器的等效電路工作原理：n1II, nUU2121L22222211LRnIUnnInUIUR第8頁/共70頁優(yōu)點優(yōu)點：1）變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態(tài)變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態(tài)工作點是相互獨立、互不影響的。工作點是相互獨立、互不影響的。因為變壓器不能傳送直流

4、信號。2）變壓器耦合多級放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。變壓器耦合多級放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。3）變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)電流、）變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。電壓以及阻抗變換。缺點：缺點： 1）高頻和低頻性能都很差；）高頻和低頻性能都很差；2）體積大，成本高，無法集成。）體積大，成本高，無法集成。第9頁/共70頁3 直接耦合直接耦合直接耦合和兩級放大電路存在兩個問題存在兩個問題：1）第一級的靜態(tài)工作點已接近飽和區(qū)。2）由于采用同種類型的管子，級數(shù)不能太多。（1）直接耦合的具體形式第10頁/共70頁為了解決第一個問題：可以采用如下的辦法。為了解決第一個

5、問題：可以采用如下的辦法。（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a) 加入電阻加入電阻RE2第11頁/共70頁RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC（b）在）在T2的發(fā)射極加入穩(wěn)壓管的發(fā)射極加入穩(wěn)壓管第12頁/共70頁RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+為了解決第二個問題：可以在電路中采用不同類型為了解決第二個問題：可以在電路中采用不同類型的管子，即的管子，即NPN和和PNP管配合使用，如下圖所示管配合使用，如下圖所示。利用利用NPN型管和型管和PNP型管進行電平移動型管進行電平移動第13頁/共70頁（1）電路可以放大緩慢變化的信號和直流

6、信號電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號。由于級間是直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號。（2）便于集成便于集成。由于電路中只有晶體管和電阻，沒有電容器和電感器，因此便于集成。缺點缺點：優(yōu)點優(yōu)點：（1）各級的靜態(tài)工作點不獨立，相互影響。會給設計、計算和調(diào)試帶來不便。（2）引入了零點漂移問題。零點漂移對直接耦合放大電路的影響比較嚴重。（2）直接耦合放大電路的優(yōu)缺點）直接耦合放大電路的優(yōu)缺點第14頁/共70頁（3）直接耦合放大電路中的零點漂移問題）直接耦合放大電路中的零點漂移問題1）何謂零點漂移？）何謂零點漂移？2）產(chǎn)生零點漂移的原因）產(chǎn)生零點漂移的原因3）零點漂移的嚴重性及其抑制方

7、法）零點漂移的嚴重性及其抑制方法電阻，管子參數(shù)的變化，電源電壓的波動。如果采用高精度電阻并經(jīng)經(jīng)過老化處理和采 用高穩(wěn)定度的電源，則晶體管參數(shù)隨溫度的變化將成為產(chǎn)生零點漂移的主要原晶體管參數(shù)隨溫度的變化將成為產(chǎn)生零點漂移的主要原因。因。如果零點漂移的大小足以和輸出的有用信號相比擬，就無法正確地將兩者加以區(qū)分。因此，為了使放大電路能正常工作，必須有效地抑制零點漂移。第15頁/共70頁注意：為什么只對直接耦合多級放大電注意：為什么只對直接耦合多級放大電路提出這一問題呢？原來溫度的變化和路提出這一問題呢？原來溫度的變化和零點漂移都是隨時間緩慢變化的，如果零點漂移都是隨時間緩慢變化的，如果放大電路各級之

8、間采用阻容耦合，這種放大電路各級之間采用阻容耦合，這種緩慢變化的信號不會逐級傳遞和放大，緩慢變化的信號不會逐級傳遞和放大，問題不會很嚴重。但是，對直接耦合多問題不會很嚴重。但是，對直接耦合多級放大電路來說，輸入級的零點漂移會級放大電路來說，輸入級的零點漂移會逐級放大，在輸出端造成嚴重的影響。逐級放大，在輸出端造成嚴重的影響。特別時當溫度變化較大，放大電路級數(shù)特別時當溫度變化較大，放大電路級數(shù)多時，造成的影響尤為嚴重。多時，造成的影響尤為嚴重。第16頁/共70頁抑制零點漂移的方法抑制零點漂移的方法：1）采用恒溫措施，使晶體管工作溫度穩(wěn)定。需要恒溫室或槽，因此設備復雜，成本高。2）采用溫度補償法。

9、就是在電路中用熱敏元件或二極管（或晶體管的發(fā)射結(jié)）來與工作管的溫度特性互相補償。最有效的方法是設計特殊形式的放大電路，用特性相同的兩個管子來提供輸出，使它們的零點漂移相互抵消。這就是“差動放大電路”的設計思想。3）采用直流負反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點。4）各級之間采用阻容耦合。第17頁/共70頁3、三種耦合方式放大電路的應用場合、三種耦合方式放大電路的應用場合阻容耦合放大電路：用于交流信號的放大。阻容耦合放大電路：用于交流信號的放大。變壓器耦合放大電路：用于功率放大及調(diào)諧放大。變壓器耦合放大電路：用于功率放大及調(diào)諧放大。直接耦合放大電路：一般用于放大直流信號或緩慢直接耦合放大電路：一般用于放大直流信號

10、或緩慢變化的信號。變化的信號。集成電路中的放大電路都采用直接耦合方式。為了抑制集成電路中的放大電路都采用直接耦合方式。為了抑制零漂，它的輸入級采用特殊形式的差動放大電路。零漂，它的輸入級采用特殊形式的差動放大電路。第18頁/共70頁3.2.1 差分放大電路的工作原理差分放大電路的工作原理3.2.3 具有恒流源差分放大電路具有恒流源差分放大電路3.2.2 差分放大電路的輸入輸出形式差分放大電路的輸入輸出形式第19頁/共70頁3.2.1 差動放大電路的工作原理差動放大電路的工作原理( (Differential Amplifier) )一一 電路組成及抑制零漂的工作原理電路組成及抑制零漂的工作原理

11、1、電路組成、電路組成 特點：特點： a.兩只完全相同的管兩只完全相同的管子；子； b.兩個輸入端，兩個輸入端， 兩個輸出端；兩個輸出端； c.元件參數(shù)對稱；元件參數(shù)對稱；第20頁/共70頁2、抑制零漂的工作原理、抑制零漂的工作原理 原理：原理：靜態(tài)時，輸入信號為零，即將輸入端和靜態(tài)時，輸入信號為零，即將輸入端和短接。由于兩管特性相同，所以當溫度或其他外界短接。由于兩管特性相同，所以當溫度或其他外界條件發(fā)生變化時，兩管的集電極電流條件發(fā)生變化時，兩管的集電極電流ICQ1和和ICQ2的變化的變化規(guī)律始終相同，結(jié)果使兩管的集電極電位規(guī)律始終相同，結(jié)果使兩管的集電極電位UCQ1、UCQ2始終相等，從

12、而使始終相等，從而使UOQ=UCQ1-UCQ20，因此消除了零點，因此消除了零點漂移。漂移。具體實踐：具體實踐：在實踐中，兩個特性相同的管子采用“差分對管”，兩半電路中對應的電阻可用電橋精密選配，盡可能保證阻值對稱性精度滿足要求。結(jié)論：結(jié)論：可想而知，即使采取了這些措施，差動放大電路的兩半電路仍不可能完全對稱，也就是說，零點漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。第21頁/共70頁3、信號的輸入方式和電路的響應、信號的輸入方式和電路的響應（1）差模輸入方式）差模輸入方式Ui1=Uid，Ui2=Uid差模輸入信號為差模輸入信號為Ui1 Ui2=2 Uid差模輸入方式若Ui1的瞬時極性與參考極性一致

13、，則Ui2的瞬時極性與參考極性相反。則有：ui1ib1 ic1 uc1ui2 ib2 ic2 uc2 輸出電壓uO= uC1 uC20，而是出現(xiàn)了信號，記為Uod。定義：定義：Ad=Uod/2Uid第22頁/共70頁1 i1od1uUUA2i2od2uUUAbe1C1BbeBbebeC1 i1 i1 i1od2u1urRRRRrRrrRUUUUAAid1uid2uid1u2od1ododUA2)U(AUAUUU1uidoddAU2UA結(jié)論：差模電壓放大倍數(shù)結(jié)論：差模電壓放大倍數(shù)等于半電路電壓放大倍數(shù)等于半電路電壓放大倍數(shù)。第23頁/共70頁（2）共模輸入方）共模輸入方式式Ui1=Ui2=Uic

14、在共模輸入信號作用下，差放兩半電路中的電流和電壓的變化完全相同。ui1=ui2=0，uo=0Ui1=Ui2=Uic時，時，Uoc=0。定義：定義：Ac=Uoc/Uic共模輸入方式下的差放電路第24頁/共70頁Ac叫做共模電壓放大倍數(shù)。理論上講，叫做共模電壓放大倍數(shù)。理論上講，Ac為為0，實際上，實際上由于電路不完全對稱，可能仍會有不大的由于電路不完全對稱，可能仍會有不大的Uoc，一般，一般Ac1。既然UOC=0或者UOC很小，為什么還要討論共模輸入呢？差放的兩半電路完全對稱，又處于同一工作環(huán)境，這時溫度變化以及其它干擾因素對這兩半電路都有完全相同的影響和作用，都等效成共模輸入信號。如果在Uic

15、作用下，Uoc=0或Ac=0，則說明差放有效地抑制了因溫度變化而引起的零漂。第25頁/共70頁（3）任意輸入方式）任意輸入方式 輸入端分別接Ui1和Ui2，這種輸入方式帶有一般性，叫“任意輸入方式”。Uic = (Ui1+ Ui2 ) / 2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若若則則Uid = (Ui1- Ui2 ) / 2任意輸入方式第26頁/共70頁（3）任意輸入方式）任意輸入方式 輸入端分別接Ui1和Ui2，這種輸入方式帶有一般性，叫“任意輸入方式”。Uic = (Ui1+ Ui2 ) / 2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若若則則Uid = (Ui1-

16、 Ui2 ) / 2例如例如：Ui1=10mVUi2=6mV則則 Uid=2mV Uic=8mV利用疊加原理得到利用疊加原理得到：Uo=Ad2Uid+AcUic= Ad（ Ui1- Ui2 ）結(jié)論：在任意結(jié)論：在任意輸入方式下，輸入方式下，被放大的是輸被放大的是輸入信號入信號Ui1和和Ui2的差值。這的差值。這也是這種電路也是這種電路為什么叫做為什么叫做“差動放大的原差動放大的原因因”。第27頁/共70頁（4）存在的問題及改進的方案）存在的問題及改進的方案以上研究的是基本的差動放大電路，它實際上不可能完全抑制以上研究的是基本的差動放大電路，它實際上不可能完全抑制零漂，因為兩半電路不會完全對稱。

17、另外，如果從一管輸出，零漂，因為兩半電路不會完全對稱。另外，如果從一管輸出，則與單管放大電路一樣，對零漂毫無抑制能力，而這種則與單管放大電路一樣，對零漂毫無抑制能力，而這種“單端單端輸出輸出”方式的形式又是經(jīng)常采用的。方式的形式又是經(jīng)常采用的。穩(wěn)定靜態(tài)工作點，就是要減小穩(wěn)定靜態(tài)工作點，就是要減小ICQ的變化，而抑制零點漂移也同樣是的變化，而抑制零點漂移也同樣是減小減小ICQ的變化。即抑制零點漂移和穩(wěn)定靜態(tài)工作點是一回事。因此的變化。即抑制零點漂移和穩(wěn)定靜態(tài)工作點是一回事。因此可以借鑒工作點穩(wěn)定電路中采用過的方法，在管子的射極上接一電阻可以借鑒工作點穩(wěn)定電路中采用過的方法，在管子的射極上接一電阻

18、。這樣，基本的差動放大電路就改進為如圖。這樣，基本的差動放大電路就改進為如圖4-15所示。所示。 圖4-15第28頁/共70頁可以想見，可以想見，RE越大，則工作點越穩(wěn)定，零點漂移也越小越大，則工作點越穩(wěn)定，零點漂移也越小。但，但，RE太大，在一定的工作電流下，太大，在一定的工作電流下，RE上的壓降太大，上的壓降太大，管子的動態(tài)范圍就會變小，如圖管子的動態(tài)范圍就會變小，如圖4-16所示。為了保證一所示。為了保證一定的靜態(tài)工作電流和動態(tài)范圍，而定的靜態(tài)工作電流和動態(tài)范圍，而RE又希望取得大些，又希望取得大些，常采用雙電源供電，用電源常采用雙電源供電，用電源VEE提供提供RE上所需的電壓。上所需的

19、電壓。采用雙電源供電后的的負載線也如圖采用雙電源供電后的的負載線也如圖4-16所示，可以看所示，可以看出在同一個出在同一個ICQ下，輸出電壓的動態(tài)范圍大多了。下，輸出電壓的動態(tài)范圍大多了。第29頁/共70頁第30頁/共70頁改進后的電路叫射極耦合差動放大電路也叫長尾電路。改進后的電路叫射極耦合差動放大電路也叫長尾電路。射極耦合差動放大電路射極耦合差動放大電路第31頁/共70頁因為有負電源因為有負電源VEE提供發(fā)射極正偏所需要的電壓，所以提供發(fā)射極正偏所需要的電壓，所以RB可可以去掉。以去掉。VT1和和VT2的射極之間還接入了電位器的射極之間還接入了電位器RW，用于電，用于電路調(diào)零。路調(diào)零。二、

20、二、 射極耦合差動放大電路的動態(tài)分析射極耦合差動放大電路的動態(tài)分析以雙端輸入雙端輸出為例。以雙端輸入雙端輸出為例。第32頁/共70頁在討論基本差動放大電路時已經(jīng)討論過在討論基本差動放大電路時已經(jīng)討論過（1）Ad=Ad1（2）對于任意輸入信號）對于任意輸入信號Ui1和和Ui2，可以用一個差模信號和，可以用一個差模信號和一個共模信號疊加來表示。其中一個共模信號疊加來表示。其中Uid = (Ui1- Ui2 ) / 2Uic = (Ui1+ Ui2 ) / 2因此總是分別求電路的差模電壓放大倍數(shù)和共模因此總是分別求電路的差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)。電壓放大倍數(shù)。第33頁/共70頁1、差模電壓

21、放大倍數(shù)、差模電壓放大倍數(shù)關鍵在于畫出差模信號作用下，半電路的交流通路和微變關鍵在于畫出差模信號作用下，半電路的交流通路和微變等效電路。等效電路。A、對差模信號，若一管的射極電流增大、對差模信號，若一管的射極電流增大I，則另一管的射極電流必然減小則另一管的射極電流必然減小I，因而流過，因而流過射極電阻射極電阻RE的總電流不變，即的總電流不變，即RW的滑動端的滑動端C點的電位恒定，相當于交流接地。點的電位恒定，相當于交流接地。B、負載、負載RL中點電位為交流地電位。中點電位為交流地電位。第34頁/共70頁解釋原因。解釋原因。由此畫出半電路的交流通路如圖所示。由此畫出半電路的交流通路如圖所示。圖4

22、-192Rw)1 (rRRAbe1Ld2RRRLCL第35頁/共70頁2、共模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)在理想情況下，共模電壓放大倍數(shù)在理想情況下，共模電壓放大倍數(shù)Ac=0。3、差模輸入電阻、差模輸入電阻Rid圖4-20 差模輸入電阻的等效電路第36頁/共70頁Rid=2R1+rbe+(1+)Rw/24、差模輸出電阻、差模輸出電阻Rod=2RC5、共模輸入電阻、共模輸入電阻 R2)1 (r 21I2UIUREbe1icicicicic6、共模輸出電阻、共模輸出電阻Roc=2RC第37頁/共70頁10、差動放大電路的電壓傳輸特性、差動放大電路的電壓傳輸特性差放雙入雙出電壓傳輸特性差放雙入雙出

23、電壓傳輸特性7、共模抑制比、共模抑制比KCMR= Ad/Ac 用分貝表示： 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。8、最大共模輸入電壓、最大共模輸入電壓UICM9、最大差模輸入電壓、最大差模輸入電壓UIDM第38頁/共70頁第39頁/共70頁1.雙端輸入雙端輸出雙端輸入雙端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù) （2）共模電壓放大倍數(shù)）共模電壓放大倍數(shù)0vcA（3）差模輸入電阻）差模輸入電阻（4）輸出電阻）輸出電阻co2RR輸入幅值不同，如何處理2)1 (besid2PRrRR2)1(besLcd2/PRrRRRA第

24、40頁/共70頁2. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出 這種方式適用于將差分信號轉(zhuǎn)換為單端輸出的信號。(1)差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù) （2）差模輸入電阻）差模輸入電阻（3）輸出電阻）輸出電阻coRR2)1 (besLcd2/PRrRRRA2)1 (besid2PRrRR第41頁/共70頁（4）共模電壓放大倍數(shù)）共模電壓放大倍數(shù)共模等效電路：共模等效電路：ICOC1c=vvAvebebL2)1 (=RrRReL2RR第42頁/共70頁2)1(besLcd2/PRrRRRAvi1 = vi2 = vi /2計算同雙端輸入雙端輸出：計算同雙端輸入雙端輸出：0vcAco2RR2)1 (besi

25、d2PRrRR2)1(besLcd2/PRrRRRA第43頁/共70頁2)1 (besLcd2/PRrRRRA 計算同雙入單出：計算同雙入單出： eLc2RRAvcoRR差動放大電路小結(jié)動畫演示差動放大電路小結(jié)動畫演示注意放大倍數(shù)的正負號：注意放大倍數(shù)的正負號： 設從設從T1的基極輸入信號，如果從的基極輸入信號，如果從C1 輸出，為負號；從輸出，為負號；從C2 輸出為正號。輸出為正號。2)1 (besid2PRrRR第44頁/共70頁 差動放大器動態(tài)參數(shù)計算總結(jié)差動放大器動態(tài)參數(shù)計算總結(jié) 雙端輸出時：雙端輸出時： 單端輸出時：單端輸出時： (2)(2)共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù) 與單端輸

26、入還是雙端輸入無關，只與輸出方式有關與單端輸入還是雙端輸入無關，只與輸出方式有關： 雙端輸出時：雙端輸出時： 單端輸出時：單端輸出時：0vcAeLc2RRAv2)1 (besLcd2/PRrRRRA第45頁/共70頁 (3)(3)差模輸入電阻差模輸入電阻 不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。是基本放大電路的兩倍。 單端輸出時，單端輸出時， 雙端輸出時，雙端輸出時， coRR co2RR (4)(4)輸出電阻輸出電阻2)1 (besid2PRrRR第46頁/共70頁(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCM

27、R是差分放大器的一個重要指標是差分放大器的一個重要指標。cdCMRvvAAKdBlg20cdCMRvvAAK，或 雙端輸出時雙端輸出時KCMR可認為等于無窮大，可認為等于無窮大， 單端輸出時共模抑制比：單端輸出時共模抑制比：2)1 (PSECMRRrRRcAdAKbe第47頁/共70頁3.2.3 具有恒流源差分放大電路具有恒流源差分放大電路1、電路的組成和工作原理、電路的組成和工作原理ELCCR2RRAKCMR= Ad/Ac從以上兩式看出要減小從以上兩式看出要減小Ac，提高共模抑制比，應增大，提高共模抑制比，應增大RE，但，但RE不能太大，因為不能太大，因為RE上的壓降由上的壓降由VEE提供。

28、在提供。在保持保持VT1、VT2兩管的工作電流為一定值時，要加大兩管的工作電流為一定值時，要加大RE，必須提高，必須提高VEE，這是有困難的。能不能找到這樣一種，這是有困難的。能不能找到這樣一種元器件，它的直流電阻很小，而它的交流電阻卻很大元器件，它的直流電阻很小，而它的交流電阻卻很大，這樣靜態(tài)時不需要很大的，這樣靜態(tài)時不需要很大的VEE，動態(tài)時的，動態(tài)時的AC卻很小卻很小，KCMR很大？很大？第48頁/共70頁2、電流源電路、電流源電路減少共模放大倍數(shù)的思路：減少共模放大倍數(shù)的思路： 增大增大 REE用恒流源代替用恒流源代替 REE特點：特點：直流電阻為有限值直流電阻為有限值動態(tài)電阻很大動態(tài)

29、電阻很大1. 三極管電流源三極管電流源簡化畫法簡化畫法電流源電流源代替差代替差分電路分電路中的中的 REE+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V3ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI0第49頁/共70頁3.具有電流源的差分放大電路具有電流源的差分放大電路簡化簡化畫法畫法ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEEI0ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IC3V3V4IREFIC4R1第50頁/共70頁V3、V4 構(gòu)成比例電流源電路構(gòu)成比例電流源電路21BE4EEC4REFRRUVII 32REF

30、0C3 RRIII 能調(diào)零的能調(diào)零的差分電路差分電路ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEEI0RP第51頁/共70頁 3.3 集成電路運算放大集成電路運算放大器器3.3.1集成運放基本知識集成運放基本知識第52頁/共70頁3.3.1 集成運放基本知識集成運放基本知識一、通用型集成運放一、通用型集成運放( (Operational Amplifier) )的組成的組成1. 模擬集成電路的特點模擬集成電路的特點1) ) 直接耦合：直接耦合：采用差分電路形式，元件相對誤差小；采用差分電路形式，元件相對誤差?。?) ) 大電阻大電阻用恒流源代替，大電容外接；用恒流源代替，大電容外接；3) )

31、二極管用三極管代替二極管用三極管代替( (B、C 極接在一起極接在一起) )；4) ) 高增益、高輸入電阻、低輸出電阻。高增益、高輸入電阻、低輸出電阻。 第53頁/共70頁2. 組成方框圖組成方框圖輸入級：輸入級：差分電路，大大減少溫漂。差分電路，大大減少溫漂。中間級：中間級： 采用采用有源負載的共發(fā)射極電路，增益大。有源負載的共發(fā)射極電路，增益大。輸出級：輸出級： OCL 電路，帶負載能力強電路，帶負載能力強偏置電路偏置電路：鏡像電流源，微電流源。鏡像電流源，微電流源。輸入級輸入級偏置電路偏置電路中間級中間級輸出級輸出級+ uo uid第54頁/共70頁輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級輸

32、入級輸入級V1、V3 和和 V2、V43. 通用型集成運算放大器通用型集成運算放大器 741 簡化電路簡化電路第55頁/共70頁共集共集-共基組合差分電路共基組合差分電路V5、V6有源負載有源負載構(gòu)成雙端變單端電路構(gòu)成雙端變單端電路中間級中間級V7、V8復合管，共發(fā)射極復合管，共發(fā)射極 具有高增益具有高增益輸出級輸出級甲乙類互補對稱甲乙類互補對稱功率放大電路功率放大電路 ( (OCL) )V11 V13采用單電源采用單電源( (OTL) )時，輸入端靜態(tài)電位應為時，輸入端靜態(tài)電位應為 0.5VCC。第56頁/共70頁二、集成運算放大器電路符號及理想化條件二、集成運算放大器電路符號及理想化條件1

33、. 運放的符號運放的符號習慣用符號習慣用符號uid+VCCVEE國家標準符號國家標準符號uouid+VCCVEE8直流電源接法直流電源接法(VCC = VEE )第57頁/共70頁等效電路等效電路uouidui+u+uoRidAud uidRoiu+ 同相端輸入電同相端輸入電壓壓u 反相端輸入電壓反相端輸入電壓uid 差模輸入電壓差模輸入電壓uid = u u+Aud 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) uo = Aud(u+ u )第58頁/共70頁1) ) Aud 2. 運放特性的理想化運放特性的理想化6) )UIO 0，IIO 0理想運放：理想運放：4) ) KCMR 5) )BW

34、 2) ) Rid 3) )Ro 0傳輸特性傳輸特性理想理想線線性性區(qū)區(qū)OuiduoUomaxUomax實際實際uouidui+u+uoRidAud uidRoi第59頁/共70頁1) ) Aud 2. 運放特性的理想化運放特性的理想化6) )UIO 0，IIO 0理想理想運放：運放：4) ) KCMR 5) )BW 2) ) Rid 3) )Ro 0傳輸特性傳輸特性OuiduoUomaxUomax理想理想線線性性區(qū)區(qū)實際實際3. 理想運放工作在線性區(qū)的兩個特點理想運放工作在線性區(qū)的兩個特點1) ) u+ u( (虛短虛短) )證：證：uo = Aud (u+ u) = Aud uidu+ u = uo/Aud 02) ) i+ i 0 ( (虛斷虛斷) )證：證：i+ = uid / Rid 0同理同理 i 0uouidui+u+uoRidAud uidRoi第60頁/共70頁4. 理想運放工作在非線性區(qū)的兩個特點理想運放工作在非線性區(qū)的兩個特點1) )u+ u時，時， uo = Uomaxu+ 80 dB第64頁/共