第4章集成運(yùn)算放大電路學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1第第4章集成運(yùn)算放大章集成運(yùn)算放大(fngd)電路電路第一頁，共39頁。第1頁/共39頁第二頁，共39頁。第2頁/共39頁第三頁，共39頁。與分立元件組成的放大電路相比，集成電路與分立元件組成的放大電路相比，集成電路(jchng-dinl)在電路在電路設(shè)計(jì)上具有以下特點(diǎn)：設(shè)計(jì)上具有以下特點(diǎn)：第3頁/共39頁第四頁，共39頁。第4頁/共39頁第五頁，共39頁。211BEBECBUUUU由圖可：由于(yuy)VT1與VT2結(jié)構(gòu)和參數(shù)都比較一致，故可以認(rèn)為 ，故RUVRUVRUVIBECCBCCCCCR21BBBIII21BCCIII21 ，BBBBCRIIIIII）（2221而當(dāng)2時, R

2、VIIIICCCCBR21圖圖4.1 4.1 鏡像電流源鏡像電流源第5頁/共39頁第六頁，共39頁。由圖可知(k zh)，222111RIURIUEBEEBE由于(yuy) 21BEBEUU2211RIRIEE222111)1 ()1 (RIRIBB故即當(dāng)1時，有222111RIRIBB2211RIRICC即故1212CCIRRI由于1CRII所以RCIRRI212圖圖4.2 4.2 比例電流源比例電流源 第6頁/共39頁第七頁，共39頁。由圖可知(k zh)eCeEBEBERIRIUU2221由于(yuy)二極管方程TBETBEUUSUUSCeIeII) 1(所以SCTBEIIUUln故eC

3、SCSCTBEBERIIIIIUUU2221121)ln(ln21SSII設(shè)則有212lnCCeTCIIRUI圖圖4.3 4.3 微電流源微電流源 第7頁/共39頁第八頁，共39頁。圖圖4.4 長尾式差分放大長尾式差分放大(fngd)電路電路 圖圖4.5 基本形式差分放大電路基本形式差分放大電路第8頁/共39頁第九頁，共39頁。(b)恒流源式差分放大恒流源式差分放大(fngd)電路等效電路電路等效電路 (a) 恒流源式差分放大電路電路恒流源式差分放大電路電路 圖圖4.6第9頁/共39頁第十頁，共39頁。 圖圖4.7 長尾式差分長尾式差分(ch fn)放大電路直流通路圖放大電路直流通路圖（a）

4、（b） 第10頁/共39頁第十一頁，共39頁。由圖可知(k zh)差分差分(ch fn)放大電路的基本分析方法放大電路的基本分析方法021111RIURIVBQBEQeEQEE所以有eBEQEEBQRRUVI)1 (21111由此得111BQCQII111CCQCCCQRIVU由于eCQEEEQRIVU112故)2(11111eCCQEECCEQCQCEQRRIVVUUU第11頁/共39頁第十二頁，共39頁。差分放大電路差分放大電路(dinl)的基本分析方法的基本分析方法2. 差分放大差分放大(fngd)電路對差模信號的放大電路對差模信號的放大(fngd)作用作用差分放大電路的輸入信號有兩種方

5、式差分放大電路的輸入信號有兩種方式(fngsh)：差模信號輸入和共模信號輸入。：差模信號輸入和共模信號輸入。長尾式差分放大電路，在差模信號輸入情況下電路如圖圖圖4.8 長尾式差分放大電路的交流通路圖長尾式差分放大電路的交流通路圖第12頁/共39頁第十三頁，共39頁。差分放大電路差分放大電路(dinl)的基本分析方法的基本分析方法2. 差分放大差分放大(fngd)電路對差模信號的放大電路對差模信號的放大(fngd)作用作用由圖4.8可知，長尾式差分(ch fn)放大電路半電路的主要參數(shù)如下：1111111111)2/()(RrRRRrIRIuuAbeLCbeBLCioubeirRR110CRR

6、對于雙端輸入對于雙端輸入/雙端輸出的差分放大電路，由于雙端輸出的差分放大電路，由于01020102uuuu1212iiidiuuuu此時，差模電壓放大倍數(shù)為此時，差模電壓放大倍數(shù)為111111)2/(22RrRRAuuuuAbeLCuiodioud第13頁/共39頁第十四頁，共39頁。差分放大電路差分放大電路(dinl)的基本分析方法的基本分析方法2. 差分放大電路差分放大電路(dinl)對差模信號的放大作用對差模信號的放大作用差模輸入電阻差模輸入電阻)(2211beidirRRR差模輸出電阻差模輸出電阻10022CddRRR 雙端輸入雙端輸出雙端輸入雙端輸出(shch)差分放大電路差分放大電

7、路的差模電壓放大倍數(shù)等于其半電路的電壓放大倍的差模電壓放大倍數(shù)等于其半電路的電壓放大倍數(shù)，即相當(dāng)于一個單管共射放大電路的放大倍數(shù)數(shù)，即相當(dāng)于一個單管共射放大電路的放大倍數(shù)。其差模輸入電阻和輸出。其差模輸入電阻和輸出(shch)電阻是半電電阻是半電路差模輸入電阻和輸出路差模輸入電阻和輸出(shch)電阻的電阻的2倍。倍。第14頁/共39頁第十五頁，共39頁。在共模信號輸入在共模信號輸入(shr)情況下，當(dāng)雙端輸入情況下，當(dāng)雙端輸入(shr)時，由于電路結(jié)構(gòu)的對稱性，兩個晶體管的集電極電位大小相等，極性相同，即負(fù)載時，由于電路結(jié)構(gòu)的對稱性，兩個晶體管的集電極電位大小相等，極性相同，即負(fù)載RL兩端電

8、位相同，故流過負(fù)載兩端電位相同，故流過負(fù)載RL的電流為零。的電流為零。衡量差分放大電路抑制共模信號能力的參數(shù)稱為共模抑制比衡量差分放大電路抑制共模信號能力的參數(shù)稱為共模抑制比，用，用KCMR表示，其定義為差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，一般用分貝表示，即：表示，其定義為差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，一般用分貝表示，即：ucudCMRAAKlg20 結(jié)論：結(jié)論：差分放大電路差分放大電路具有具有抑制零點(diǎn)漂移的抑制零點(diǎn)漂移的作用。作用。第15頁/共39頁第十六頁，共39頁。4. 對任意對任意(rny)輸入信號的放大特性輸入信號的放大特性如果在差分放大電路的兩個輸入端分別加上任大小、

9、任意極性的輸入電壓如果在差分放大電路的兩個輸入端分別加上任大小、任意極性的輸入電壓ui1和和ui2，這時可以，這時可以(ky)將他們認(rèn)為是某個差模輸入電壓和某個共模輸入電壓的組合，其中差模輸入電壓將他們認(rèn)為是某個差模輸入電壓和某個共模輸入電壓的組合，其中差模輸入電壓uid和共模輸入電壓和共模輸入電壓uic的值分別為的值分別為21iiiduuu)(2121iiicuuu當(dāng)用共模和差模信號表示兩個輸入電壓時，有當(dāng)用共模和差模信號表示兩個輸入電壓時，有21idiciuuu22idiciuuu第16頁/共39頁第十七頁，共39頁。(1)估算估算( sun)該放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。該放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

10、。 (2) (2) 當(dāng)在輸出端接當(dāng)在輸出端接RL=20k的負(fù)載時的負(fù)載時,求差模電壓放大倍數(shù)。求差模電壓放大倍數(shù)。 (3) (3) 估算估算( sun)差模輸入電阻和輸出電阻。差模輸入電阻和輸出電阻。圖圖4.9 例例4.1的圖的圖第17頁/共39頁第十八頁，共39頁。EEeEQEQWBEBQVRIIRURI221設(shè)設(shè)UBE=0.7V，則有，則有mAmARRRUVIWeBEEEBQ004. 0)5 . 05 . 0272(51107 . 012)5 . 02)(1 (故故mAmAIIBQCQ2 . 0004. 050VRIVUCCQCCCQ6302 . 012VRIUBQBQ04. 010004

11、. 0第18頁/共39頁第十九頁，共39頁。(2) 當(dāng)在輸出端接當(dāng)在輸出端接RL=20k的負(fù)載時的負(fù)載時,圖圖4.9所示電路圖的所示電路圖的交流交流(jioli)通路圖如圖通路圖如圖4.10所示。所示。圖圖4.10 圖圖4.9所示電路所示電路(dinl)交流通路圖交流通路圖 由圖由圖4.10可知，電路的差模電壓可知，電路的差模電壓(diny)放大倍數(shù)為放大倍數(shù)為: 2)1 (1WbeLudRrRRA式中式中kRRRLCL5 . 710/302/kImVrrEQbbbe93. 602. 0265130026)1 (16 .125 . 05 . 05193. 6105 . 750udA則則第19頁

12、/共39頁第二十頁，共39頁。(3) 輸入輸入(shr)輸出電阻輸出電阻kkRRkRrRRCOWbeid6030224 .59)5 . 05 . 05193. 610(22)1 ( 2第20頁/共39頁第二十一頁，共39頁。V0005. 51iuV9995. 42iuiduicudAu解：解：(1)差模輸入電壓差模輸入電壓(diny)和共模輸入電壓和共模輸入電壓(diny)V001. 0V9995. 4V0005. 521iiiduuuV5V9995. 4V0005. 5212121iiicuuu第21頁/共39頁第二十二頁，共39頁。CMRK410dB80udA0CMRKAAuducVVAu

13、AuuucicudidO1010001. 045CMR10100dBK當(dāng) 時則輸出(shch)電壓為：410dB80udA1 . 0CMRKAAuducVVVAuAuuucicudidO5 .101 . 0510001. 04第22頁/共39頁第二十三頁，共39頁。差分差分(ch fn)放大電路的輸入輸出端可以有四種不同的接法，即雙端輸入、雙端輸出；雙端輸入、單端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、單端輸出。放大電路的輸入輸出端可以有四種不同的接法，即雙端輸入、雙端輸出；雙端輸入、單端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、單端輸出。第23頁/共39頁第二十四頁，共39頁。圖圖4.11 差分放大電

14、路差分放大電路(dinl)的四種接法的四種接法第24頁/共39頁第二十五頁，共39頁。1. 集成集成(j chn)運(yùn)算放大器的中運(yùn)算放大器的中間級間級中間級的主要任務(wù)是為整個電路提供足夠大的中間級的主要任務(wù)是為整個電路提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。電壓放大倍數(shù)。一般采用有源負(fù)載的共射放大電路。為了提高一般采用有源負(fù)載的共射放大電路。為了提高放大倍數(shù)，并減小對輸入級的影響放大倍數(shù)，并減小對輸入級的影響(yngxing)，放大管往往采用復(fù)合管。，放大管往往采用復(fù)合管。有源負(fù)載是指利用雙極型三極管或場效應(yīng)管充當(dāng)有源負(fù)載是指利用雙極型三極管或場效應(yīng)管充當(dāng)負(fù)載電阻。負(fù)載電阻。第25頁/共39頁第二十六頁，共

15、39頁。(1) 求靜態(tài)工作點(diǎn)。 (2) 求差模電壓(diny)放大倍數(shù)。 (3) 當(dāng)RL=100k時, 求差模電壓(diny)放大倍數(shù)。 (4) 若輸出端從VT1管集電極輸出, 求差模電壓(diny)放大倍數(shù)。 圖圖4.12 題題4.3電路圖電路圖第26頁/共39頁第二十七頁，共39頁。VVVVRRRUEEEECCR13. 612248 . 62 . 22 . 2)(2111設(shè)UBE3=0.7V, 則VRIVUUIIIIAIIIAmAKRVUUICCCCCCcEcEEEEEEBERE15. 41000785. 012,5 .7821157157. 033127 . 013. 6)(112133

16、221132113mVRIUUAIIIsBBBCBB7 .15101057. 157. 1505 .784611112121VUUUUVUUUUECCECEBEBEE866. 4)716. 0(15. 4716. 07 . 0107 所以（所以(suy)一般估算時一般估算時, 認(rèn)為認(rèn)為UB0。）。） 第27頁/共39頁第二十八頁，共39頁。2)1 (1111WbesLudRrRRAcLRR 其中(qzhng)8 .1541 . 05119170785. 0265130026)1 (111udEbbbeAkIrr (3) 當(dāng)當(dāng)RL=100 k時

17、：時： 56.511 . 05119.17103 .33503 .3350/1002/1udLcLAkRRR第28頁/共39頁第二十九頁，共39頁。2)1 (211WbesLudRrRRA單kRRRLcL50/其中其中(qzhng)故故 71.381 . 05119.1710505021udA(4) 當(dāng)單端輸出當(dāng)單端輸出(shch)時時(從從V1管管c1極輸出極輸出(shch): 第29頁/共39頁第三十頁，共39頁。1. 集成集成(j chn)運(yùn)算放大器的中間級運(yùn)算放大器的中間級-復(fù)合管復(fù)合管圖圖4.13復(fù)合管及其等效復(fù)合管及其等效(dn xio)類型類型212111)1 (BCII211)

18、1 (bebeberrr第30頁/共39頁第三十一頁，共39頁。4.4集成運(yùn)算集成運(yùn)算(yn sun)放大器的中間級和放大器的中間級和輸出級輸出級集成運(yùn)放的輸出級主要集成運(yùn)放的輸出級主要(zhyo)是提供足夠的輸是提供足夠的輸出功率以滿足負(fù)載的需求，多采用互補(bǔ)電路。出功率以滿足負(fù)載的需求，多采用互補(bǔ)電路。圖圖4.14 互補(bǔ)型射隨器互補(bǔ)型射隨器圖圖4.15 交越失真產(chǎn)生的原因及波形交越失真產(chǎn)生的原因及波形第31頁/共39頁第三十二頁，共39頁。4.4集成運(yùn)算集成運(yùn)算(yn sun)放大器的中間級和放大器的中間級和輸出級輸出級 圖圖4.16 克服交越失真的互補(bǔ)電路克服交越失真的互補(bǔ)電路(a)二極管

19、偏置方式二極管偏置方式 (b)模擬模擬(mn)電壓源偏置方式電壓源偏置方式 第32頁/共39頁第三十三頁，共39頁。圖圖4.17通用的集成電路通用的集成電路(jchng-dinl)F007電路原理圖電路原理圖第33頁/共39頁第三十四頁，共39頁。1. 運(yùn)算運(yùn)算(yn sun)放大器的符號放大器的符號圖圖4.18 運(yùn)算運(yùn)算(yn sun)放大器的符號放大器的符號第34頁/共39頁第三十五頁，共39頁。4.6集成運(yùn)算集成運(yùn)算(yn sun)放大器的主要性能放大器的主要性能指標(biāo)指標(biāo)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: 指集成指集成(j chn)運(yùn)放在無外加反饋運(yùn)放在無外加反饋 回路的情況下的差模電壓放大倍數(shù)回路的情況下的差模電壓放大倍數(shù) 差模輸入電阻差模輸入電阻rid和和輸出電阻輸出電阻ro共模抑制比共模抑制比KCMR輸入失調(diào)電壓溫漂和輸入失調(diào)電流溫漂輸入失調(diào)電壓溫漂和輸入失調(diào)電流溫漂輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓UIO和輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓U