第3章多級(jí)放大電路及集成運(yùn)算放大器解讀

1、第第3章章 多級(jí)放大電路及集成運(yùn)多級(jí)放大電路及集成運(yùn)算放大器算放大器 3.1多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路 3.2 差動(dòng)式放大電路差動(dòng)式放大電路3.3 功率放大電路功率放大電路 3.4 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介 3.1多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路 在實(shí)際的電子設(shè)備中，為了得到足夠大的放大倍數(shù)或者使輸入電阻和輸出電阻達(dá)到指標(biāo)要求，一個(gè)放大電路往往由多級(jí)組成。多級(jí)放大電路由輸入級(jí)、中間級(jí)及輸出級(jí)組成，如圖3.1所示。于是，可以分別考慮輸入級(jí)如何與信號(hào)源配合，輸出級(jí)如何滿足負(fù)載的要求，中間級(jí)如何保證放大倍數(shù)足夠大。各級(jí)放大電路可以針對(duì)自己的任務(wù)來(lái)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求，本章只討論由輸入級(jí)到輸出級(jí)組成的

2、多級(jí)小信號(hào)放大電路。信號(hào)源輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)負(fù)載多級(jí)放大電路 圖3.1 多級(jí)放大電路框圖 3.1.1 級(jí)間耦合方式級(jí)間耦合方式 多級(jí)放大電路是將各單級(jí)放大電路連接起來(lái)，這種級(jí)間連接方式稱為耦合。要求前級(jí)的輸出信號(hào)通過(guò)耦合不失真地傳輸?shù)胶蠹?jí)的輸入端。常見(jiàn)的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合及直接耦合三種形式。下面分別介紹三種耦合方式。 1. 阻容耦合阻容耦合 阻容耦合是利用電容器作為耦合元件將前級(jí)和后級(jí)連接起來(lái)。這個(gè)電容器稱為耦合電容，如圖3.2所示。第一級(jí)的輸出信號(hào)通過(guò)電容器C2和第二級(jí)的輸入端相連接。 V1V2Ui.C1Rb1Rc1C2Rb2Rc2C3Uo.UCC(a) 圖3.2 阻容耦合兩級(jí)放

3、大電路 (a)電路; (b)直流通路 圖3.2 阻容耦合兩級(jí)放大電路 (a)電路; (b)直流通路V1V2Rb1Rc1Rb2Rc2 UCC(b) 阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)是：前級(jí)和后級(jí)直流通路彼此隔開(kāi)，每一級(jí)的靜態(tài)工件點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。便于分析和設(shè)計(jì)電路。因此，阻容耦合在多級(jí)交流放大電路中得到了廣泛應(yīng)用。 阻容耦合的缺點(diǎn)是：信號(hào)在通過(guò)耦合電容加到下一級(jí)時(shí)會(huì)大幅衰減，對(duì)直流信號(hào)（或變化緩慢的信號(hào)）很難傳輸。在集成電路里制造大電容很困難，不利于集成化。所以，阻容耦合只適用于分立元件組成的電路。 2. 變壓器耦合變壓器耦合 變壓器耦合是利用變壓器將前級(jí)的輸出端與后級(jí)的輸入端連接起來(lái)，這種耦合方式稱為變壓器

4、耦合，如圖3.3所示。將V1的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)變壓器T1送到V2的基極和發(fā)射極之間。V2的輸出信號(hào)經(jīng)T2耦合到負(fù)載RL上。Rb11、Rb12和Rb21、Rb22分別為V1管和V2管的偏置電阻，Cb2是Rb21和Rb22的旁路電容，用于防止信號(hào)被偏置電阻所衰減。 V1V2Ui.C1Rb11Ce1UCCRb12Re1Cb2Rb21Rb22Re2Ce2RLT1T2 圖3.3 變壓器耦合兩級(jí)放大電路 變壓器耦合的優(yōu)點(diǎn)是：由于變壓器不能傳輸直流信號(hào)，且有隔直作用，因此各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。變壓器在傳輸信號(hào)的同時(shí)還能夠進(jìn)行阻抗、電壓、電流變換。變壓器耦合的缺點(diǎn)是：體積大、笨重等，不能實(shí)現(xiàn)集成化應(yīng)用

5、。 3. 直接耦合直接耦合 直接耦合是將前級(jí)放大電路和后級(jí)放大電路直接相連的耦合方式，這種耦合方式稱為直接耦合，如圖3.4所示。直接耦合所用元件少，體積小，低頻特性好，便于集成化。直接耦合的缺點(diǎn)是：由于失去隔離作用，使前級(jí)和后級(jí)的直流通路相通，靜態(tài)電位相互牽制，使得各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。另外還存在著零點(diǎn)漂移現(xiàn)象?，F(xiàn)討論如下： （1）靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制。如圖3.4所示，不論V1管集電極電位在耦合前有多高，接入第二級(jí)后，被V2管的基極鉗制在0.7V左右，致使V2管處于臨界飽和狀態(tài)，導(dǎo)致整個(gè)電路無(wú)法正常工作。 V1V2Ui.Rb1Rc1Rb2Rc2Uo. UCC 圖3.4 直接耦合放大電路 (2)

6、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。由于溫度變化等原因，使放大電路在輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因是由于溫度變化而引起的。因而，零點(diǎn)漂移的大小主要由溫度所決定。 要使用直接耦合的多級(jí)放大電路，必須解決靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響和零點(diǎn)漂移問(wèn)題，解決方法我們將在差動(dòng)式放大電路中討論。 3.1.2耦合對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊戱詈蠈?duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?1. 信號(hào)源和輸入級(jí)之間的關(guān)系信號(hào)源和輸入級(jí)之間的關(guān)系 信號(hào)源接放大電路的輸入級(jí)，輸入級(jí)的輸入電阻就是它的負(fù)載，因此可歸結(jié)為信號(hào)源與負(fù)載的關(guān)系。如圖3.5所示，放大電路的輸入電壓和輸入電流可用下面兩式計(jì)算： iSSSiiSiSiRRRIIRRRUU(31)

7、 (32) RSUS.RiUi.輸入級(jí)RSRi輸入級(jí)(a)Ii.(b)IS. 圖3.5 信號(hào)源內(nèi)阻、放大電路輸入電阻對(duì)輸入信號(hào)的影響(a)信號(hào)源內(nèi)阻降低輸入電壓; (b)信號(hào)源內(nèi)阻降低輸入電流 2. 各級(jí)間關(guān)系各級(jí)間關(guān)系 中間級(jí)級(jí)間的相互關(guān)系歸結(jié)為：前級(jí)的輸出信號(hào)為后級(jí)的信號(hào)源，其輸出電阻為信號(hào)源內(nèi)阻，后級(jí)的輸入電阻為前級(jí)的負(fù)載電阻。如圖3.6所示,第二級(jí)的輸入電阻為第一級(jí)的負(fù)載，第三級(jí)的輸入電阻為第二級(jí)的負(fù)載，依次類推。 1）多級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù) 因?yàn)?)1(3221222111,nionioiiinonuniouiouUUUUUUUUAUUAUUA 所以總的電壓放大倍數(shù)為 unuuio

8、nuAAAUUA 211 即總的電壓放大倍數(shù)為各級(jí)放大倍數(shù)的連乘積。 2）多級(jí)放大電路的輸入、輸出電阻 多級(jí)放大電路的輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻，其輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻，如圖3.6所示。 例例3.1電路如圖3.2所示，已知UCC=6V，Rb1=430，Rc1=2k，Rb2=270k，Rc2=1.5k，rbe2=1.2k，1=2=50,C1=C2=C3=10F，rbe1=1.6k，求：(1)電壓放大倍數(shù)；(2)輸入電阻、輸出電阻。 解解 (1)電壓放大倍數(shù) 5 .1462)5 .62()4 .23(5 .622 . 15 . 1504 .236 . 175. 05075. 02 .

9、1/2/2 . 12 . 1/270/21222111211222uuubecubeLuicLbebiAAAkkrRAkkrRAkkkrRRkkkrRr 在工程上電壓放大倍數(shù)常用分貝表示，折算公式為uuAdBAlg20)()( 3 .639 .356 .27)()(9 .355 .62lg20)()(4 .274 .23lg20)()()(lg20lg20)lg(20lg20)(21112111dBdBAdBdBAdBdBAdBAdBAAAAAAbBAuuuuuuuuuuu上題用分貝可表示為 (2）輸入電阻、輸出電阻 2111/cobebiiRrrRRr 3.1.3組合放大電路組合放大電路 根

10、據(jù)前面分析：三種基本組態(tài)電路的性能各有特點(diǎn)，根據(jù)三種組態(tài)電路不同的特點(diǎn)，將其中任意兩種組態(tài)相組合，可以構(gòu)成不同的放大電路，使其更適合實(shí)際電路的需要。下面介紹幾種常見(jiàn)的組合放大電路。 1.共集共射極組合電路共集共射極組合電路 如圖3.7所示，電路增益主要由共射極電路提供，共集電極電路主要用來(lái)提高輸入電阻。 輸入電阻22111111/)1 (/bebeLLebirRRRRrRrLcLbeLuuuuuubbbRRRrRAAAAAARRR/1/22222212122212電壓放大倍數(shù) 因?yàn)?所以 式中 V1V2Ui.C1Rb1C2Rb21Rc2C3 UCC(a)Re1Rb22Re2Ce2RL 圖3.7

11、共集共射極組合電路(a)共集共射極組合電路; (b)共集共射極組合電路交流通路 圖3.7共集共射極組合電路(a)共集共射極組合電路; (b)共集共射極組合電路交流通路V1V2Rb1(b)Rb2Rc2Rc1RLri 2. 共射共射共基極組合放大電路共基極組合放大電路 如圖3.8所示，由于后級(jí)的輸入電阻為前級(jí)的輸出負(fù)載電阻，而共基極組態(tài)電路的輸入電阻很小，使前級(jí)共射極組態(tài)電路的電壓增益減小，因此，組合電路的電壓增益主要由共基電路提供。 V1V2Ui.C1Rb11Ce1Rb21Rc2C3 UCC(a)Re1Rb22Ce2RLRb12C2Rc1圖3.8共射共基極組合放大電路 (a)共射共基極組合電路;

12、 圖3.8共射共基極組合放大電路 (b)共射共基極組合電路交流通路輸入電阻 V1V2Rb1(b)Re2Rc2Rc1RLriLcLbeLubeecLbeLuuuubebebiRRRrRArRRRrRAAAArrRr/)1 (/222222222111111211111 3.1.4 放大電路的頻率特性放大電路的頻率特性 在實(shí)際應(yīng)用中，放大器所放大的信號(hào)并非單一頻率，例如，語(yǔ)言、音樂(lè)信號(hào)的頻率范圍在2020000Hz，圖像信號(hào)的頻率范圍在06MHz，還有其它范圍。所以，要求放大電路對(duì)信號(hào)頻率范圍內(nèi)的所有頻率都具有相同的放大效果，輸出才能不失真地重顯輸入信號(hào)。實(shí)際電路中存在的電容、電感元件及三極管本身

13、的結(jié)電容效應(yīng)，對(duì)交流信號(hào)都具有一定的影響。所以，對(duì)不同頻率具有不同的放大效果。因這種原因所產(chǎn)生的失真稱為頻率失真。 1. 幅頻特性幅頻特性 共射極放大電路的幅頻特性如圖3.9所示。從幅頻特性曲線上可以看出，在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，曲線平坦，這個(gè)頻率范圍稱為中頻區(qū)。在中頻區(qū)之外的低頻區(qū)和高頻區(qū)，放大倍數(shù)都要下降。 引起低頻區(qū)放大倍數(shù)下降的原因是由于耦合電容C1、C2及Ce的容抗隨頻率下降而增大所引起。Rb11C1RcC2RL UCCUi.VRb12ReCe(a)|Au|Aum0.707Aum0fLfHf(b) 圖3.9共射極放大電路的幅頻特性 (a)電路；(b)幅頻特性 高頻區(qū)放大倍數(shù)的下降原因

14、是由于三極管結(jié)電容和雜散電容的容抗隨頻率增加而減小所引起。結(jié)電容通常為幾十到幾百皮法，雜散電容也不大，因而頻率不高時(shí)可視為開(kāi)路。在高頻時(shí)輸入的電流被分流，使得IC減小，輸出電壓降低，導(dǎo)致高頻區(qū)電壓增益下降，如圖3.10所示。Ui.RcCcRLRbCcbCbe 圖3.10 高頻通路 2. 通頻帶通頻帶 把放大倍數(shù)Aum下降到 時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率稱為下限頻率fL和上限頻率fH，夾在上限頻率和下限頻率之間的頻率范圍稱為通頻帶fBW。umA21LHBWfff(34) 兩級(jí)放大電路的幅頻特性如圖3.11所示。由圖可見(jiàn)，多級(jí)放大電路雖然提高了中頻區(qū)的放大倍數(shù)，但通頻帶變窄了，這是一個(gè)重要的概念。 Aum10.7

15、07Aum10fLfHfAum1|Au1|(a) 圖3.11 兩級(jí)放大電路的通頻帶 圖3.11 兩級(jí)放大電路的通頻帶 (b)Aum20.707Aum20fLfHfAum2|Au2| 圖3.11 兩級(jí)放大電路的通頻帶 Aum Aum Aum2Aum0.707Aum0fLfHf|Au|(c)0.49Aum3.2 差動(dòng)式放大電路差動(dòng)式放大電路 前面提到了在多級(jí)放大電路中采用直接耦合存在著兩個(gè)特殊問(wèn)題，一是靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響，二是零點(diǎn)漂移。為了解決這兩個(gè)問(wèn)題，可采用差動(dòng)式放大電路。 3.2.1 基本差動(dòng)式放大電路基本差動(dòng)式放大電路 圖3.12所示為基本差動(dòng)式放大電路，它由兩個(gè)完全相同的單管共射極電路

16、組成。差動(dòng)式放大電路有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端，要求電路對(duì)稱，即V1、V2的特性相同，外接電阻對(duì)稱相等，各元件的溫度特性相同，即Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，RS1=RS2。V1Ui1Rb1Rc1Rc2Rb2UoRS1RS2Ui2 UCCV2 圖3.12 基本差動(dòng)式放大電路 1.工作原理工作原理 1) 靜態(tài)分析 靜態(tài)時(shí)Ui1=Ui2=0。由于電路左右對(duì)稱，輸入信號(hào)為零時(shí)，IC1=IC2，UC1=UC2，則輸出電壓 Uo=UC1-UC2=0 當(dāng)電源電壓波動(dòng)或溫度變化時(shí)，兩管集電極電流和集電極電位同時(shí)發(fā)生變化。輸出電壓仍然為零?？梢?jiàn)，盡管各管的零漂存在，但輸出電壓為零，從而使得零漂得到抑制。 2)

17、 動(dòng)態(tài)分析 （1）差模輸入。放大器的兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等極性相反的信號(hào)(即Ui1=-Ui2)，這種輸入方式稱為差模輸入。差模輸入信號(hào)21212121212221,2122ccccodidiidiiiiiidUUUUUUUUUUUUUU差模輸出電壓 )21/(2212111LcLSbeLudSbecuuduuiCidodudRRRRrRARrRAAAAUUUUA差模電壓放大倍數(shù) 即差動(dòng)式放大電路的差模電壓放大倍數(shù)等于單管共射極電路的電壓放大倍數(shù)。 由于Rbrbe，如果接上RL，則式中 由于兩管對(duì)稱，RL的中點(diǎn)電位不變相當(dāng)于交流的地電位，對(duì)于單管來(lái)講負(fù)載是RL的一半，即 RL。輸入電阻 ri

18、=2(RS+rbe) (36) 因此輸入回路經(jīng)兩個(gè)管的發(fā)射極和兩個(gè)RS，則 輸出電阻 ro=2Rc (37） 因此輸出端經(jīng)過(guò)兩個(gè)Rc 。 (2)共模輸入。在差動(dòng)式放大電路的兩個(gè)輸入端，分別加入大小相等極性相同的信號(hào)(即Ui1=Ui2)，這種輸入方式稱為共模輸入。共模輸入信號(hào)用Uic表示。共模輸入時(shí)(Uic=Ui1=Ui2)的輸出電壓與輸入電壓之比稱為共模電壓放大倍數(shù)，用Ac表示。在電路完全對(duì)稱的情況下，輸入信號(hào)相同，輸出端電壓Uo=Uo1-Uo2=0,故Ac=Uo/Ui=0,即輸出電壓為零，共模電壓放大倍數(shù)為零。這種情況稱為理想電路。 (3)抑制零點(diǎn)漂移的原理。在差動(dòng)式放大電路中，無(wú)論是電源電

19、壓波動(dòng)或溫度變化都會(huì)使兩管的集電極電流和集電極電位發(fā)生相同的變化,相當(dāng)于在兩輸入端加入共模信號(hào)。由于電路的完全對(duì)稱性,使得共模輸出電壓為零，共模電壓放大倍數(shù)Ac=0，從而抑制了零點(diǎn)漂移。這時(shí)電路只放大差模信號(hào)。 3.共模抑制比共模抑制比 在理想狀態(tài)下，即電路完全對(duì)稱時(shí)，差動(dòng)式放大電路對(duì)共模信號(hào)有完全的抑制作用。實(shí)際電路中，差動(dòng)式放大電路不可能做到絕對(duì)對(duì)稱，這時(shí)Uo0，Ac0，即共模輸出電壓不等于零。共模電壓放大倍數(shù)不等于零，Ac=Uo/Ui。為了衡量差動(dòng)式電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力,引入共模抑制比，用KCMRR表示。cdCMRRAAK(38) 共模抑制比的大小反映了差動(dòng)式放大電路差模電壓放大倍數(shù)

20、是共模電壓放大倍數(shù)的KCMRR倍，cdCMRRAAKlg20(39) 由上式可以看出，KCMRR越大，差動(dòng)式放大電路放大差模信號(hào)（有用信號(hào)）的能力越強(qiáng)，抑制共模信號(hào)（無(wú)用信號(hào)）的能力越強(qiáng)，即KCMRR越大越好。理想差動(dòng)式電路的共模抑制比KCMRR。后面我們將討論如何提高共模抑制比。由于KCMRR|Ad/Ac|,即在保證Aud不變的情況下，如何降低Ac，從而提高KCMRR。 3.2.2 帶帶Re的差動(dòng)式放大電路的差動(dòng)式放大電路 上面介紹的基本差動(dòng)式放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制是靠電路兩側(cè)的對(duì)稱性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但對(duì)于各管自身的工作點(diǎn)漂移沒(méi)有抑制作用，若采用單端輸出，則差模和共模放大倍數(shù)相等，這時(shí)KCMRR

21、1，失去了差動(dòng)式放大電路的作用。即使是雙端輸出，由于實(shí)際電路的不完全對(duì)稱性，仍然有共模電壓輸出。改進(jìn)方法是在不降低Aud的情況下，降低Ac從而提高共模抑制比。帶公共Re的差動(dòng)式放大電路如圖3.13所示，這種電路也稱為長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路。由于KCMRR是由差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)共同決定的，下面分別分析Re對(duì)共模電壓放大倍數(shù)和差模電壓放大倍數(shù)的影響。 Ui1Rc1Rc2UoRS1RS2Ui2 UCCRe UEE圖3.13 帶Re的差動(dòng)式放大電路 1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 如圖3.14所示，由于流過(guò)Re的電流為IE1和IE2之和，又由于電路的對(duì)稱性，則IE1=IE2，流過(guò)Re的電流為2IE

22、1。 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算： eEQcCQEECCCEQBQCQeSBEQEEBQBQEQEEeEQBEQSBQRIRIUUUIIRRUUIIIURIURI2)1 (2)1 (2Rc1Rc2RS1RS2 UCCRe UEE(a)Rc1Rc2RS1RS2 UCC2Re UEE(b)2ReV1V2V1V2 圖3.14直流等效電路（a）直流偏置電路；（b）直流等效電路 2. 穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過(guò)程穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過(guò)程 加Re后，當(dāng)溫度上升時(shí)，由于IC1和IC2同時(shí)增大，穩(wěn)定過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)負(fù)反饋過(guò)程，關(guān)于負(fù)反饋在第四節(jié)講解。 T(C) IC1 IC1 IC2 IC2 IEUReUEUBE1IB1 UBE2

23、IB2 Re越大工作點(diǎn)越穩(wěn)定，但Re過(guò)大會(huì)導(dǎo)致過(guò)UE高使靜態(tài)電流減小，加入負(fù)電源-UEE可補(bǔ)償Re上的壓降。 3.動(dòng)態(tài)分析 （1）Re對(duì)差模信號(hào)的影響。如圖3.15所示，加入差模信號(hào)時(shí)由于Ui1=-Ui2，則IE1=-IE2，流過(guò)Re的電流IE=IE1+IE2=0。對(duì)差模信號(hào)來(lái)講，Re上沒(méi)有信號(hào)壓降，即Re對(duì)差模電壓放大倍數(shù)沒(méi)有影響。 差模電壓放大倍數(shù) beSLudrRRAV1Ui1Rc1Rc2UoRS1RS2Ui2 UCCRe UEEIE1IE2V2 圖3.15 Re對(duì)差模放大倍數(shù)的影響 （2）Re對(duì)共模信號(hào)的影響。如圖3.16加入共模信號(hào)時(shí)，由于Ui1=Ui2，則IE1=IE2，流過(guò)Re1

24、的電流IE=IE1+IE2=2IE1，UE=2IE1Re，對(duì)于共模信號(hào)可以等效成每管發(fā)射極接入2Re的電阻。 cobeSiLcLRrrRrRRR2)(2)2/(其中 輸入電阻輸出電阻 即Re使共模電壓放大倍數(shù)減小，而且Re越大，Ac越 小，KCMRR越大。共模電壓放大倍數(shù)為 beSccebeSccrRRARrRRA)1 (2不加Re時(shí) V1Rc1Rc2RS1RS2 UCCRe UEE(a)IE1UoV2Ui1Ui2IE2 圖3.16 輸入共模信號(hào) 圖3.16 輸入共模信號(hào) V1Rc1Rc2RS1RS2 UCC2Re UEE(b)2ReUi1Ui2UoV2 3.2.3 具有恒流源的差動(dòng)式放大電路

25、具有恒流源的差動(dòng)式放大電路 通過(guò)對(duì)帶Re的差動(dòng)式放大電路的分析可知，Re越大，KCMRR越大，但增大Re，相應(yīng)的UEE也要增大。顯然，使用過(guò)高的UEE是不合適的。此外,Re直流能耗也相應(yīng)增大。所以，靠增大Re來(lái)提高共模抑制比是不現(xiàn)實(shí)的。 設(shè)想，在不增大UEE時(shí)，如果Re，Ac0,則KCMRR，這是最理想的。為解決這個(gè)問(wèn)題，用恒流源電路來(lái)代替Re，電路如圖3.17(a)所示。V3管采用分壓式偏置電路，無(wú)論V1、V2管有無(wú)信號(hào)輸入，Ib3恒定，IC3恒定，所以V3稱為恒流管。 圖3.17 具有恒流源的差動(dòng)式放大電路(a)V1Ui1Rb1Rc1Rc2UoRS1RS2Ui2 UCCV2V3Rb2Re

26、UEE圖3.17 具有恒流源的差動(dòng)式放大電路(b)V1Ui1Rc1Rc2UoRS1RS2Ui2 UCCV2 UEEIS 圖3.17中IC3=IE3，由于IC3恒定，IE3恒定，則IE0，這時(shí)動(dòng)態(tài)電阻rd為 恒流源對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)呈現(xiàn)出高達(dá)幾兆歐的電阻，而直流壓降不大，可以不增大UEE。rd相當(dāng)于Re，所以對(duì)差模電壓放大倍數(shù)Ad無(wú)影響。對(duì)共模電壓放大倍數(shù)Ac相當(dāng)于接了一個(gè)無(wú)窮大的Re，所以Ac0，這時(shí)KCMRR。實(shí)現(xiàn)了在不增加UEE的同時(shí)，提高了共模抑制比的目的。恒流源電路可用恒流源符號(hào)表示，如圖3.17(b)所示。 33EEdIUr 3.2.4 差動(dòng)式放大電路的輸入輸出方式差動(dòng)式放大電路的輸入輸出方

27、式 由于差動(dòng)式放大電路有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端,所以信號(hào)的輸入和輸出有四種方式，這四種方式分別是雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。根據(jù)不同需要可選擇不同的輸入、輸出方式。 1. 雙端輸入雙端輸出雙端輸入雙端輸出 電路如圖3.18所示，其中,差模電壓放大倍數(shù)為 )2/(LcLbeSLudRRRrRRA式中 此電路適用于輸入、輸出不需要接地，對(duì)稱輸入， 對(duì)稱輸出的場(chǎng)合。 cobeSiRrrRr2)(2輸入電阻輸出電阻 V1Ui1Rc1Rc2RLRS1RS2Ui2 UCCV2 UEEIS 圖3.18 雙端輸入雙端輸出 2. 單端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出 如圖

28、3.19所示，信號(hào)從一只管子（指V1）的基極與地之間輸入，另一只管子的基極接地,表面上似乎兩管不是工作在差動(dòng)狀態(tài)，但是，若將發(fā)射極公共電阻Re換成恒流源，那么，IC1的任何增加將等于IC2的減少，也就是說(shuō)，輸出端電壓的變化情況將和差動(dòng)輸入（即雙端輸入）時(shí)一樣。此時(shí)，V1、V2管的發(fā)射極電位UE將隨著輸入電壓Ui而變化，變化量為Ui/2，于是，V1管的Ube=Ui-Ui/2=Ui/2，V2管的Ube=0-Ui/2=-Ui/2。這樣來(lái)看，單端輸入的實(shí)質(zhì)還是雙端輸入，可以將它歸結(jié)為雙端輸入的問(wèn)題。所以，它的Ad、ri、ro的估算與雙端輸入雙端輸出的情況相同。 此電路適用于單端輸入轉(zhuǎn)換成雙端輸出的場(chǎng)合

29、。 3. 單端輸入單端輸出單端輸入單端輸出 圖3.20為單端輸入單端輸出的接法。信號(hào)只從一只管子的基極與地之間接入，輸出信號(hào)從一只管子的集電極與地之間輸出，輸出電壓只有雙端輸出的一半，電壓放大倍數(shù)Aud也只有雙端輸出時(shí)的一半。 cobeiLcLbecLdRrrrRRRrRRA2/)(2式中 輸入電阻 輸出電阻 （310） (312)(311) 此電路適用于輸入輸出均有一端接地的場(chǎng)合。V1UiRc1Rc2RLRS1RS2 UCCV2 UEEIS 圖3.20 單端輸入單端輸出 4. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出 圖3.21所示電路，其輸入方式和雙端輸入相同，輸出方式和單端輸出相同，它的Ad、i

30、i、ro的計(jì)算和單端輸入單端輸出相同。此電路適用于雙端輸入轉(zhuǎn)換成單端輸出的場(chǎng)合。 從幾種電路的接法來(lái)看，只有輸出方式對(duì)差模放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻有影響，不論哪一種輸入方式，只要是雙端輸出，其差模放大倍數(shù)就等于單管放大倍數(shù)，單端輸出差模電壓放大倍數(shù)為雙端輸出的一半。 V1Ui1Rc1Rc2RLRS1RS2 UCCV2 UEEUi2IS 圖3.21 雙端輸入單端輸出 3.3 功率放大電路功率放大電路 功率放大電路與電壓放大器的區(qū)別是，電壓放大器是多級(jí)放大器的前級(jí)，它主要對(duì)小信號(hào)進(jìn)行電壓放大，主要技術(shù)指標(biāo)為電壓放大倍數(shù)、輸入阻抗及輸出阻抗等。而功率放大電路則是多級(jí)放大器的最后一級(jí)，它要帶動(dòng)一定負(fù)載

31、，如揚(yáng)聲器、電動(dòng)機(jī)、儀表、繼電器等，所以，功率放大電路要求獲得一定的不失真輸出功率。 3.3.1 功率放大電路的特點(diǎn)及分類功率放大電路的特點(diǎn)及分類 1. 特點(diǎn)特點(diǎn) （1）輸出功率足夠大。為獲得足夠大的輸出功率，功放管的電壓和電流變化范圍應(yīng)很大。為此，它們常常工作在大信號(hào)狀態(tài)，接近極限工作狀態(tài)。 （2）效率高。功率放大器的效率是指負(fù)載上得到的信號(hào)功率與電源供給的直流功率之比。對(duì)于小信號(hào)電壓放大器來(lái)講，由于輸出功率較小，電源供給的直流功率也小，因此效率問(wèn)題就不需要考慮。 （3）非線性失真小。功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，電壓、電流擺動(dòng)幅度很大，極易超出管子特性曲線的線性范圍而進(jìn)入非線性區(qū)造成輸出

32、波形的非線性失真。因此，功率放大器比小信號(hào)的電壓放大器的非線性失真問(wèn)題嚴(yán)重。在實(shí)際應(yīng)用中，有些設(shè)備對(duì)失真問(wèn)題要求很嚴(yán)，因此，要采取措施減小失真，使之滿足負(fù)載的要求。 (4)保護(hù)及散熱。功放管承受高電壓、大電流，因而功放管的保護(hù)及散熱問(wèn)題也應(yīng)重視。功率放大器工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)范圍大，因此只適宜用圖解法進(jìn)行分析。 2. 功率放大器的分類功率放大器的分類 功率放大器一般是根據(jù)功放管工作點(diǎn)選擇的不同進(jìn)行分類的。有甲類、乙類及甲乙類功率放大器。當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)在負(fù)載線性段的中點(diǎn)，整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)都有電流IC通過(guò)時(shí)，如圖3.22（a）所示，稱為甲類功放。若將靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)在橫軸上，則IC僅在半個(gè)信號(hào)周期內(nèi)通過(guò)，其

33、輸出波形被削掉一半，如圖3.22（b）所示，稱為乙類功放。若將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)在線性區(qū)的下部靠近截止區(qū)，則其IC的流通時(shí)間為多半個(gè)信號(hào)周期，輸出波形被削掉一部分。如圖3.22（c）所示，稱為甲乙類功放。 iCQUCCuCE(a)O 圖3.22功率放大器的分類（a）甲類功放;（b）乙類功放;（c）甲乙類功放 圖3.22功率放大器的分類（a）甲類功放;（b）乙類功放;（c）甲乙類功放 iCQUCCuCEO(b) 圖3.22功率放大器的分類（a）甲類功放;（b）乙類功放;（c）甲乙類功放 iCQUCCO(c)uCE 3.3.2 乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放 如果電路處在甲類放大狀態(tài)，則靜態(tài)工作電流大

34、，因而效率低。若用一個(gè)管子組成甲乙類或乙類放大電路，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的失真現(xiàn)象。乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放，既可保持靜態(tài)時(shí)功耗小，又可減小失真，如圖3.23所示。 uiV1V2uoRL UCC圖3.24 ui為正半周時(shí)的工作情況 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 選用兩個(gè)特性接近的管子，使之都工作在乙類狀態(tài)。一個(gè)在正弦信號(hào)的正半周工作，另一個(gè)在負(fù)半周工作，便可得到一個(gè)完整的正弦波形。 2. 分析計(jì)算分析計(jì)算 由于在正?；パa(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中，V1、V2管交替對(duì)稱各工作半周，因此，分析V1、V2管工作的半周情況，可推知整個(gè)放大器的電壓、電流波形?，F(xiàn)以V1管工作的半周情況為例進(jìn)行分析。 當(dāng)ui=0時(shí)，

35、iB1=iB=0，iC1=iC=0，uCE1=uCE=UCC。電路工作在Q點(diǎn)，如圖3.24所示，當(dāng)ui0時(shí)，交流負(fù)載線的斜率為-1/Rc。因此，過(guò)Q點(diǎn)作斜率為-1/RL的直線即為交流負(fù)載線。如輸入信號(hào)ui足夠大，則可求出Ic的最大幅值Icm和Uce的最大幅值Ucem=UCC-Uces=IcmRLUCC。根據(jù)以上分析，可求出工作在乙類的互補(bǔ)對(duì)稱電路的輸出功率Po、管耗PV、直流電源供給的功率PU和效率。 iCAUCCOBUCESQuCEIcmUcem圖3.24 ui為正半周時(shí)的工作情況 （1）輸出功率Po。輸出功率用輸出電壓有效值和輸出電流有效值的乘積來(lái)表示。設(shè)輸出電壓的幅值為Uom，則 LCC

36、LomoCCcesCComLomomLomoooRURUPUUUURUURUUIP22222222因?yàn)?即 (2）管耗PV。設(shè)uo=Uomsint時(shí)，則V1管的管耗為)4(12)4(1)(sin)sin(21)()(2122120021omomCCLVVVomomCCLLomomCCLooCCVVUUURPPPUUURtdRtUtUUtdRuuUPP兩管管耗 （3）直流供給功率PU。直流電源供給的功率包括負(fù)載得到的功率和V1、V2管消耗的功率兩部分。 %5 .78442)4(1220, 0222UOCComUOLCCUomomCCLLomVOUUCPPUUPPRUPUUURRUPPPPi當(dāng)ui

37、=0時(shí)： 當(dāng)ui0時(shí)： 則 （4）效率。 當(dāng)UomUCC時(shí)： 由于UomUCC忽略了管子的飽和壓降Uces，所以實(shí) 際效率比這個(gè)數(shù)值要低一些。 3.3.3 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路 乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路效率比較高，但由于三極管的輸入特性存在有死區(qū)，而形成交越失真。采用甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路(如圖3.25所示)，可以克服交越失真問(wèn)題。其原理是靜態(tài)時(shí)，在V1、V2管上產(chǎn)生的壓降為V3、V4管提供了一個(gè)適當(dāng)?shù)恼妷海怪幱谖?dǎo)通狀態(tài)。由于電路對(duì)稱，靜態(tài)時(shí)iC1=iC2，io=0，Uo=0。有信號(hào)時(shí)，由于電路工作在甲乙類，即使ui很小，也基本上可線性放大。 uiuoRL UCCV1V2R2VD

38、2VD1R1RWb1b2 UEE圖3.25 二極管偏置互補(bǔ)對(duì)稱電路 但上述偏置方法的偏置電壓不易調(diào)整，而在圖3.26所示電路中，設(shè)流入V4管的基極電流遠(yuǎn)小于流過(guò)R1、R2的電流，則可求出Uce4=UBE4（R1+R2）/R2。因此，利用V4管的UBE4基本為一固定值（0.60.7V），只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2的比值，就可改變V1、V2管的偏壓值。這種方法常稱為UBE擴(kuò)大電路，在集成電路中經(jīng)常用到。 uiV2uoRL UCCV1 UCCV3Re3R1R2Rc3V4 圖3.26 擴(kuò)大電路 3.3.4 采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 1. 復(fù)合管復(fù)合管 在功率放大電路

39、中，如果負(fù)載電阻較小，并要求得到較大的功率，則電路必須為負(fù)載提供很大的電流。如RL=4，額定功率PN=16W，則由PN=I2RL可得負(fù)載電流有效值為2A，若管子的=20，則基極電流IB=100mA。一般很難從前級(jí)獲得這樣大的電流，因此需設(shè)法進(jìn)行電流放大。通常在電路中采用復(fù)合管。 所謂復(fù)合管就是把兩只或兩只以上的三極管適當(dāng)?shù)剡B接起來(lái)等效成一只三極管。連接時(shí)，應(yīng)遵守兩條規(guī)則：在串聯(lián)點(diǎn)，必須保證電流的連續(xù)性；在并接點(diǎn)，必須保證總電流為兩個(gè)管子電流的代數(shù)和。復(fù)合管的連接形式共有四種，如圖3.27所示。 Ib1Ib112Ib1bce12(a)圖3.27 復(fù)合管的四種連接形式 圖3.27 復(fù)合管的四種連接

40、形式 Ib11Ib112Ib1bce12(b)圖3.27 復(fù)合管的四種連接形式 Ib1Ib112Ib1bce12(c)Ib11Ib112Ib1bce(d )圖3.27 復(fù)合管的四種連接形式 觀察圖3.27可知： (1)復(fù)合管的極性取決于推動(dòng)級(jí)。即V1為NPN型，則復(fù)合管就為NPN型。 (2)輸出功率的大小取決于輸出管V2。 (3)若V1和V2管的電流放大系數(shù)為1、2，則復(fù)合管的電流放大系數(shù)12。 2. 復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 利用圖3.27（a）、（b）形式的復(fù)合管代替圖3.25中的V和V管，就構(gòu)成了采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)，如圖3.28所示。它可以降低對(duì)前級(jí)推

41、動(dòng)電流的要求，不過(guò)其直接為負(fù)載RL提供電流的兩個(gè)末級(jí)對(duì)管V3、V4的類型截然不同。在大功率情況下，兩者很難選配到完全對(duì)稱。圖3.29則與之不同，其兩個(gè)末級(jí)對(duì)管是同一類型，因此比較容易配對(duì)。這種電路被稱為準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路。電路中Re1、Re2的作用是使V3和V管能有一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。uoRL UCCV1V3R2VD2VD1R1R UEEuiV2V4 圖3.28 復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱電路 uoRL UCCV1V3R2VD2VD1R1R UEEuiV2V4Re2Re1 圖3.29 準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路 3.3.5 集成功率放大電路集成功率放大電路 隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展，集成功率放大器產(chǎn)品越來(lái)越多。由于集成功

42、放成本低，使用方便，因而被廣泛地應(yīng)用在收音機(jī)、錄音機(jī)、電視機(jī)及直流伺服系統(tǒng)中的功率放大部分。下面介紹幾種常用的集成功率放大器。 1. 單片音頻功率放大器單片音頻功率放大器5G37 5G37是一塊集成音頻功率放大器，其最大不失真輸出功率為23W，可作為收音機(jī)、錄音機(jī)、電唱機(jī)的功率放大器，也可用于電視機(jī)的輸出電路，應(yīng)用非常廣泛。其內(nèi)部電路如圖3.30所示。圖中，V1、V2管互補(bǔ)組成PNP型復(fù)合管，構(gòu)成整個(gè)放大器的前置輸入級(jí)；V3、V4管組成PNP型復(fù)合管，構(gòu)成放大器的激勵(lì)級(jí)；V8、V9、V10、V11、V12管構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)推挽輸出級(jí)。V5、V6、V7管是消除小信號(hào)交越失真而設(shè)的二極管偏置電路。 圖3

43、.31為5G37的典型應(yīng)用電路。腳為輸入端，經(jīng)耦合電容C1輸入信號(hào)。腳接正電源，電阻R1、R2 的作用是決定中點(diǎn)電位。調(diào)節(jié)RP，可使加到兩個(gè)推挽管子上的集電極與發(fā)射極之間電壓相等,亦即使腳的直流電位值等于UCC/2。負(fù)載RL為8揚(yáng)聲器，其一端經(jīng)耦合電容C5接腳，另一端接正電源。C3為消振電容，用來(lái)防止高頻自激。R3、C2支路與片內(nèi)的反饋電阻共同構(gòu)成交流負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，改變R3可以調(diào)節(jié)放大器的增益。 圖3.3 05G37內(nèi)部電路圖 R2R3V8R5V11V5V6V7R1V1V2V3V4V9V10R4R6V12R3V5V6V7V8,11V9,10,12V3,4R15G37V1,2C3 68 pFR31

44、00 C2100 F / 10 VR420 k500 F / 15 VC58 R122 kC15 F/ 10 VR220 k10 kRPui18 V 圖3.315 G37應(yīng)用電路 2. LM386 LM386是一種通用型寬帶集成功率放大器，適用的電源電壓為410V，常溫下功耗在660mW左右,適用于收音機(jī)、對(duì)講機(jī)、函數(shù)發(fā)生器等。LM386的、兩腳為增益設(shè)定端。C2為消除自激，C4為電源退耦。R2、C3支路組成容性負(fù)載，抵消揚(yáng)聲器的感性負(fù)載，防止信號(hào)突變時(shí)揚(yáng)聲器上呈現(xiàn)較高的瞬時(shí)電壓而使其損壞。圖3.32所示為L(zhǎng)M386的應(yīng)用接線。 12348765R11.2 kC110 FLM386100 RP

45、ui2.1 pFC2C4100 FUCCR2C30.1 FC5RL470 F8 10 圖3.32 LM386應(yīng)用接線 3.3.6 功率放大器的應(yīng)用實(shí)例功率放大器的應(yīng)用實(shí)例 1. OCL功率放大電路功率放大電路 圖3.33為一高保真功率放大器的典型應(yīng)用電路，其中V1、V2、V3管組成的恒流源差動(dòng)放大器為前置放大級(jí)，除了對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大外，還有溫度補(bǔ)償和抑制零漂的作用。V4、V5管構(gòu)成中間放大級(jí)。V7到V10管為準(zhǔn)互補(bǔ)OCL電路，作為輸出級(jí)。Re7Re10可使電路穩(wěn)定。V6管及Re4、Re5構(gòu)成“UBE擴(kuò)大電路”，調(diào)節(jié)Re4可改變加在V7、V8管基極間的電壓，以消除交越失真。Rf、C1和Rb2構(gòu)

46、成串聯(lián)負(fù)反饋，以提高電路穩(wěn)定性并改善性能。RfV722 kC147 FRb2620 Rc 4*V3V2Re3680 330 Rc5V5Re5150 V6V8Rc8220 0.5 Re10V10V4V9Re4150 Rc12.2 kR10 kV1Rb 1*uiVD1VD2Re7220 0.5 Re9RL8 (24 V) UCCuo(24 V) UCC圖3.33 OCL功率放大器應(yīng)用電路 2. OTL功率放大電路功率放大電路 圖3.34所示電路是一個(gè)OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，用作電視機(jī)伴音功放。其中V1管構(gòu)成前置電壓放大級(jí)，信號(hào)經(jīng)C3耦合至V2構(gòu)成的推動(dòng)級(jí)，R14形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋，以改善放大性

47、能。C2、C4、C7為相位補(bǔ)償元件，用以防止高頻自激。V3、V4管構(gòu)成互補(bǔ)功率輸出級(jí)。C6將信號(hào)耦合到負(fù)載RL上。R11、R12為限流電阻，防止開(kāi)機(jī)時(shí)功放管中電流過(guò)大而燒壞功放管。V3、V4管的靜態(tài)工作點(diǎn)由V2管的靜態(tài)電流及R6、R7、R8、R9決定。其中R8是熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小，可穩(wěn)定功放管的靜態(tài)電流。電阻R10連接在V2管的基極與電容C6的正極之間，構(gòu)成直流負(fù)反饋，以穩(wěn)定C6正極的電位為UCC/2。R1200 kR32.2 kC268 pFC310 FR55.6 kV23DG15C43300 pFR1010 kR633 C5100 FV33DG12R111 R1333 12

48、VC6200 FC70.22 FR121 R7150 V43AX83R91 kR8t330 V1R4100 R230 k10 FC1ui10 kR14RL圖3.34 OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器實(shí)用電路 3.TDA7050T集成功放實(shí)用電路集成功放實(shí)用電路 TDA7050T的外形為8腳扁平塑封裝，圖3.35（a）為立體聲工作狀態(tài)。外接元件只有兩只47F電解電容，電壓增益為26dB。UCC=3V，RL=32時(shí)，Pom=36mW。圖3.35（b）所示為BTL工作狀態(tài)，無(wú)需外接元件。UCC=3V，RL=32時(shí)，Pom=140mW，電壓增益為32dB。82122 kUCC73465(左)22 k(右)47

49、 FRL47 FRLTDA 7050T 圖3.35 TDA7050T的外接線圖 圖3.35 TDA7050T的外接線圖 81222 kUCC74365RLTDA 7050T 3.3.7功率放大器應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題功率放大器應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題 1. 功放管散熱問(wèn)題功放管散熱問(wèn)題 功率放大器的工作電壓、電流都很大。功放管一般工作在極限狀態(tài)下，所以在給負(fù)載輸出功率的同時(shí)，功放管也要消耗部分功率，使管子升溫發(fā)熱，致使晶體管損壞。為此，應(yīng)注意功放管的散熱措施，通常是給功放管加裝由銅、鋁等導(dǎo)熱性良好的金屬材料制成的散熱片，由于功放管管殼很小，溫升的熱量主要通過(guò)散熱片傳送。 2. 功放管的二次擊穿問(wèn)題功放管的二

50、次擊穿問(wèn)題 圖3.36所示為晶體管擊穿特性曲線。AB段為一次擊穿，是由于Uce過(guò)大引起的雪崩擊穿，是可逆的，當(dāng)外加電壓減小或消失后管子可恢復(fù)原狀。若在一次擊穿后，iC繼續(xù)增大，管子將進(jìn)入二次擊穿BC段，二次擊穿是不可逆的，致使管子毀壞。防止功放管二次擊穿的主要措施為：改善管子散熱情況，使其工作在安全區(qū)；應(yīng)用時(shí)避免電源劇烈波動(dòng)，輸入信號(hào)突然大幅度增加，負(fù)載開(kāi)路或短路等，以免出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流；在負(fù)載兩端并聯(lián)二極管和電容，以防止負(fù)載的感性引起功放管過(guò)壓或過(guò)流。在功放管的c、e端并聯(lián)穩(wěn)壓管以吸收瞬時(shí)過(guò)壓。OAiCCB二次擊穿一次擊穿uCE(a) 圖3.36 晶體管二次擊穿曲線 圖3.36 晶體管二次擊穿

51、曲線OiCuCE二次擊穿后曲線二次擊穿臨界曲線iB為常數(shù)(a)3.4 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介 運(yùn)算放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)多級(jí)直接耦合的高增益放大器。由于初期運(yùn)算放大器主要用于數(shù)學(xué)運(yùn)算，所以，至今仍保留這個(gè)名稱。集成運(yùn)算放大器是利用集成工藝，將運(yùn)算放大器的所有元件集成在同一塊硅片上，封裝在管殼內(nèi)，通常簡(jiǎn)稱為集成運(yùn)放。隨著集成技術(shù)的飛速發(fā)展，集成運(yùn)放的性能不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了數(shù)學(xué)運(yùn)算的范圍。在自動(dòng)控制、儀表、測(cè)量等領(lǐng)域，集成運(yùn)放都發(fā)揮著十分重要的作用。 3.4.1 集成運(yùn)放內(nèi)部電路簡(jiǎn)介集成運(yùn)放內(nèi)部電路簡(jiǎn)介 集成運(yùn)放的內(nèi)部電路分為輸入級(jí)、偏置電路、中間級(jí)及輸出級(jí)四部分，如圖3.3

52、7所示?，F(xiàn)以國(guó)產(chǎn)F007型號(hào)為例，對(duì)各部分電路的功能作以介紹，其內(nèi)部電路如圖3.38所示。 F007共有九個(gè)引線端。、端為輸入端，端為輸出端。由于端和端相位相反，因而端稱為反相輸入端，端和端相位相同，稱為同相輸入端。端和端為正、負(fù)電源端，端和端為調(diào)零端，端和端為補(bǔ)償端。 輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路UoUi 圖3.37 集成運(yùn)放的框圖 VD1R1050 15 VVD225 R9V14UoR74.5 kR87.5 kV15V18V19V17V1630 pFV13V12R539 kV11V10R43 k 15 VV91 kR3V6R250 kR11 kV5V3V4V7V1V2Ui1Ui2V8 圖3.

53、38 F007內(nèi)部電路 1. 輸入級(jí)輸入級(jí) 輸入級(jí)是決定電路性能的關(guān)鍵一級(jí)。如輸入電阻、輸入電壓范圍、共模抑制比等，主要由輸入級(jí)來(lái)決定。 圖3.38中，F(xiàn)007的輸入級(jí)由V1V7管及R1、R2、R3組成。其中V1V4管構(gòu)成復(fù)合差動(dòng)式放大電路，V5、V6、V7管構(gòu)成V3、V4管的有源負(fù)載。 2. 偏置電路偏置電路 1) 鏡像電流源電路 鏡像電流源電路如圖3.39所示。V1和V2管是做在同一塊硅片上的相鄰的三極管，因此兩者性能參數(shù)相同，由于UBE1=UBE2=UBE，因此電流也對(duì)稱相等，即IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IC。由圖3.39，可看出流過(guò)R的電流為 )21 (22111CCCBC

54、REECCRIIIIIIRUUI根據(jù)分流關(guān)系 RV1IB1UCCV2IB2IC1IC2IR2IB圖3.39 鏡像電流源 由式(313)可以看出，IC2=IR，一旦IR確定，IC2也隨之確定，IR穩(wěn)定，IC2也隨之穩(wěn)定，IR和IC2成為一種鏡像關(guān)系，因而稱為鏡像電流源。RUUIIEECCRC2(313) 當(dāng)2時(shí)，IBIC1+IC2，所以 2)恒流源偏置電路 在集成運(yùn)算放大器中，為減小功耗，限制溫升，應(yīng)降低各管的靜態(tài)電流。因此，集成運(yùn)放多數(shù)都采用恒流源電路作為偏置電路。F007的偏置電路由V8V13管及R4、R5組成，如圖3.40所示。V8、V9、V12和V13管構(gòu)成的電路稱為鏡像電流源。因?yàn)閂10和V11管構(gòu)成微電流源，由于流過(guò)R5的電流IR是V12和V13、V10和V1