差放電路和集成運放(第16講)2014

1、1第四章第四章 組合放大電路組合放大電路 4.2 差動放大電路差動放大電路 4.2.3 4.2.3 恒流源式差放電路恒流源式差放電路 4.2.4 4.2.4 差放電路的幾種接法差放電路的幾種接法 4.2.5 4.2.5 差動放大電路的傳輸特性差動放大電路的傳輸特性 4.3 集成運算放大器集成運算放大器 4.3.1 4.3.1 集成運放的典型電路集成運放的典型電路 4.3.2 4.3.2 集成運放的主要參數(shù)集成運放的主要參數(shù) 4.3.3 4.3.3 集成運放使用時應注意問題集成運放使用時應注意問題2 共模輸入共模輸入R RE E對共模信號有抑制作用（原理同靜態(tài)分析，即由對共模信號有抑制作用（原理

2、同靜態(tài)分析，即由于于R RE E的負反饋作用，使的負反饋作用，使I IE E基本不變）基本不變） 。uCic1 、 ic2 iRE 、 uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE 3共共模信號通路模信號通路: :uocRCT1RBRCT2RB2REuc1 uoc2 uoc1ic1 ic2uc22RE4T T1 1單邊微變等效電路單邊微變等效電路EbBccoccR)(rRRuuA1211112cARCRB2REic1uc1uoc1ib1 ib1ie1rbe15KCMRR AC 0問題：問題：負載影響共模放大倍數(shù)嗎？負載影響共模放大倍

3、數(shù)嗎？111ccocuAu222ccocuAu021ocococuuu不影響！不影響！6E1bec1c1oc1cR)1 ( 2rRuuAKCMR =1c1dAA1beErR)1 (雙端輸入單端輸出：雙端輸入單端輸出：1beC2d1ddr2RA21A21A7RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC4.2.3 4.2.3 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-UEE8 rce3 1M 恒流源恒流源T T3 3 : :放大區(qū)放大區(qū)333cceceIUrRRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+

4、UCCIC3R2T3R1R3-UEEuCEIB3iCUCE3IC3Q UCE3靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：主要分析主要分析T T3 3管。管。VB3VE3 IE3 IC391. 1. 恒流源相當于阻值很大的電阻恒流源相當于阻值很大的電阻。2. 2. 恒流源不影響差模放大倍數(shù)。恒流源不影響差模放大倍數(shù)。3. 3. 恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當于阻值為無窮的電理想的恒流源相當于阻值為無窮的電阻，所以共模抑制比是無窮。阻，所以共模抑制比是無窮。恒流源的作用恒流源的作用10例例4.2.14.2.

5、1 圖示為具有電流源的差動放大電路，圖中所有圖示為具有電流源的差動放大電路，圖中所有三極管的三極管的 =50=50，U UBEQBEQ=0.7V=0.7V，r rcece=200K=200K ，求差模電壓，求差模電壓增益增益A Ad d、A Ad2d2(R(RL L接到接到VTVT2 2的集電極與地之間的集電極與地之間) )、差模輸、差模輸入電阻入電阻R Ridid、差模輸出電阻、差模輸出電阻R Ro o、共模輸入電阻、共模輸入電阻R Ricic和共和共模抑制比模抑制比K KCMRCMR。11V615464VRRRUEE2122R解解: : (1)(1)靜態(tài)情況靜態(tài)情況分析分析mA14 . 5

6、7 . 06RUUII3EQ3BE2RQ3EQ3CmA5 . 0I21IIQ3CQ2CQ1C12K85. 2I26)1 (rrrQ1Ebb2be1beK53. 1I26)1 (rrQ3Ebb3be1326rr)2R/R(uuA1beSLCidod(2)(2)動態(tài)情況動態(tài)情況分析分析: : 雙端輸出時，雙端輸出時，差模電壓放差模電壓放大倍數(shù)為大倍數(shù)為K7 .25rrrrR2bes1besidK40R2RCo差模輸入電阻差模輸入電阻差模輸出電阻差模輸出電阻140uuAicoC共模電壓放共模電壓放大倍數(shù)為大倍數(shù)為M306R2)1 (rr 21R3o1besicM6RR/RrR1 rR3E213be3

7、Ece3O共模輸入電阻共模輸入電阻其中，電流源其中，電流源交流輸出電阻交流輸出電阻(P86)共模抑制比共模抑制比CMRK155 .19)rr ( 2)R/R(uuA2beSLCid2o2d單端輸出時單端輸出時: :差模電壓放大倍數(shù)為差模電壓放大倍數(shù)為差模輸入電阻差模輸入電阻K7 .25rrrrR2bes1besidK20RRCo差模輸出電阻差模輸出電阻1633o2besLCic2o2c1083. 0R2)1 (rr)R/R(uuA共模電壓放大倍數(shù)為共模電壓放大倍數(shù)為dB4 .871083. 05 .19lg20AAlg20K32c2dCMR共模抑制比共模抑制比174.2.4 4.2.4 差放電

8、路的幾種接法差放電路的幾種接法輸入端輸入端 接法接法雙端雙端單端單端輸出端輸出端 接法接法雙端雙端單端單端雙端輸入雙端輸出：雙端輸入雙端輸出： Ad = Ad1雙端輸入單端輸出：雙端輸入單端輸出：121ddAA ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE18雙端輸出：雙端輸出：Ad = Ad1單端輸出：單端輸出：121ddAA 對對A Ad d而言，雙端而言，雙端輸入與單端輸入輸入與單端輸入效果是一樣的。效果是一樣的。ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE ib2 ib1ud = ui , uc = 0雙端輸入：雙

9、端輸入：ui1 = -ui2 =0.5udud = ui , uc = 0.5ui 單端輸入：單端輸入：ui1 =-ui ，ui2 = 021iiduuu221iicuuu19EBbeLccoccRRrRRuuA)1(2)/(1111雙端（單端）輸入雙端（單端）輸入 單端輸出單端輸出(c1端輸出端輸出)：)(2)/(2121121BbeLCdddRrRRAAA雙端（單端）輸入雙端（單端）輸入 雙端輸出雙端輸出：BbeLCdddRrRRAAA121)2/(0coccuuA204.2.5 4.2.5 差動放大電路的傳輸特性差動放大電路的傳輸特性 前幾節(jié)的討論屬于前幾節(jié)的討論屬于u ui id d很

10、小時很小時的差分放大電路的情況。的差分放大電路的情況。 在大信號作用情況下，輸出在大信號作用情況下，輸出信號信號i ic c( (i ic1 c1 , ,i ic2c2) )隨輸入信號隨輸入信號u ui id d的的變化曲線稱為變化曲線稱為傳輸特性。傳輸特性。21TidUuEEEceIii111 簡化差分放大電路如圖所示。簡化差分放大電路如圖所示。TidUuEEEceIii122T1BEUuS1EeIiT2BEUuS2EeIiTidT2BE1BEUuUuu2E1EeeiiEE2E1EIii22 差模傳輸特性曲線差模傳輸特性曲線)U2u(thI1e1eIiiiTidEEUuUuEE2c1ccTi

11、dTid雙端輸出時雙端輸出時23 當當u ui id d=0=0時，時， i iC1C1= =I IEEEE/2/2，i iC2C2= =I IEEEE/2/2 當當- -U UT T u ui id d 1M1M 運放的特點：運放的特點：K KCMR CMR 很大很大 R Ro o 小：?。簬讕?- -幾十幾十 A A o o 很很大大: 10: 105 5 10 107 7理想運放：理想運放： Ri KCMR Ro 0 0Ao 運放符號：運放符號：uu+ uo u u+ uoAo國際符號國際符號國內(nèi)符號國內(nèi)符號344.3.2 集成運放的主要參數(shù)集成運放的主要參數(shù) 評價集成運放好壞的參數(shù)很多

12、，它們是評價集成運放好壞的參數(shù)很多，它們是描述一個實際運放與理想放大器件接近程描述一個實際運放與理想放大器件接近程度的數(shù)據(jù)，這里僅介紹其中主要的幾種。度的數(shù)據(jù)，這里僅介紹其中主要的幾種。為了合理地選用和正確地運用運算放大器為了合理地選用和正確地運用運算放大器必須了解各主要參數(shù)的意義。必須了解各主要參數(shù)的意義。 351.1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)A Aodod ：運放在無外加反：運放在無外加反饋條件下，工作在線性區(qū)的直流差模增益。饋條件下，工作在線性區(qū)的直流差模增益。一般在一般在10105 5 10107 7之間。理想運放的之間。理想運放的A Aodod為為 。2.2.差模輸入

13、電阻差模輸入電阻R Ridid ：輸入差模信號時，運放的：輸入差模信號時，運放的輸入電阻。輸入電阻。R Ridid1M1M , , 有的可達有的可達100100M M 以上。以上。 3.3. 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓U Uididmaxmax ：運放兩輸入端能：運放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時, ,差差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。 一般在一般在5V5V左右，左右，橫向橫向PNPPNP管可達正負管可達正負30V30V。364.4.共模抑制比共模抑制比 K KCMRCMR ：與差分放大電路中的定義：與差分放大電路中的

14、定義相同，是差模電壓增益相同，是差模電壓增益 與共模電壓增益與共模電壓增益 之之比。反映各級參數(shù)對稱程度。一般為比。反映各級參數(shù)對稱程度。一般為100-100-160dB160dB。 K KCMRCMR 20lg|20lg|A Avdvd / / A Avcvc | (dB) | (dB) 5. 5. 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓U Uicicmaxmax ：在保證運放正常：在保證運放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過此值時，輸入差分對管出現(xiàn)飽和，模電壓超過此值時，輸入差分對管出現(xiàn)飽和，放大器失去共模抑制能力。放大器失去共模抑制能力。

15、 376.6.開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BWBW：又稱為又稱為-3dB-3dB帶寬，是指開環(huán)差帶寬，是指開環(huán)差模電壓增益下降模電壓增益下降3dB3dB時對應的頻率時對應的頻率f fH H。7. 7. 單位增益帶寬單位增益帶寬GBWGBW ：是指開環(huán)差模電壓增益：是指開環(huán)差模電壓增益下降下降0dB0dB時所對應的頻率。時所對應的頻率。8. 8. 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率S SR R ：是指集成運放在閉環(huán)狀態(tài)下，：是指集成運放在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號（如階躍）時，輸出電壓隨時輸入為大信號（如階躍）時，輸出電壓隨時間的最大變化速率。間的最大變化速率。A741A741的的S SR R=0.5V/s=0.5V/s389

16、.9. 輸入偏置電流輸入偏置電流I IIBIB ：運放兩個輸入端偏置電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流的平均值，用于衡量差分放大對管輸入電流的大小。通常，電流的大小。通常， I IIBIB為為0.10.110A 10A 。高的在高的在1nA1nA以下以下10.10.輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓U UIOIO ：輸入電壓為零時，將：輸入電壓為零時，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。端的失調(diào)電壓。 U UIOIO是表征運放內(nèi)部電路對是表征運放內(nèi)部電路對稱性的指標。典型值為稱性的指標。典型值為2mV 2mV 。 3911.1

17、1.輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流I IIOIO ：在零輸入時，差分輸：在零輸入時，差分輸入級的差分對管基極電流之差的絕對值，入級的差分對管基極電流之差的絕對值，用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。一般為一般為2020100nA 100nA 。 12.12.輸出電阻輸出電阻R Ro o： R Ro o = =幾幾 - -幾十幾十 。 其他參數(shù)可查閱有關(guān)集成電路手冊。其他參數(shù)可查閱有關(guān)集成電路手冊。 運放是直流放大器，運放是直流放大器， 也可放大低頻也可放大低頻信號，不適用于高頻信號。信號，不適用于高頻信號。404.3.3 集成運放使用時應注意問題集成運放使用時應注

18、意問題1 1 選用元件選用元件集成運算放大器類型很多，同一類集成運算放大器類型很多，同一類型按其技術(shù)指標又分有許多型號。實際型按其技術(shù)指標又分有許多型號。實際應用中，一定要根據(jù)需要認真的選型選應用中，一定要根據(jù)需要認真的選型選號。元件確定后，還應進行參數(shù)測試以號。元件確定后，還應進行參數(shù)測試以便掌握器件的實際數(shù)據(jù)與廠家給定的典便掌握器件的實際數(shù)據(jù)與廠家給定的典型數(shù)據(jù)之間的差距，作到心中有數(shù)，這型數(shù)據(jù)之間的差距，作到心中有數(shù)，這對縮短調(diào)試周期十分有益。對縮短調(diào)試周期十分有益。 412 2 消振消振 由于集成運放是一個高增益的多級放大器，由于集成運放是一個高增益的多級放大器，雖然它是在負反饋條件下

19、工作的，但由于在雖然它是在負反饋條件下工作的，但由于在高頻區(qū)將產(chǎn)生附加相移，這就可能使負反饋高頻區(qū)將產(chǎn)生附加相移，這就可能使負反饋變?yōu)檎答?，在一定條件下會產(chǎn)生自激振蕩，變?yōu)檎答?，在一定條件下會產(chǎn)生自激振蕩，從而使運放無法穩(wěn)定地工作。從而使運放無法穩(wěn)定地工作。在電路中人為地加一些在電路中人為地加一些RCRC串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)來串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)來改變電路的相頻特性或幅頻特性，破壞自激改變電路的相頻特性或幅頻特性，破壞自激條件，這就是相位校正或相位補償技術(shù)。條件，這就是相位校正或相位補償技術(shù)。一般運放出廠時，廠家都己給出相位校正一般運放出廠時，廠家都己給出相位校正端子及不同閉環(huán)增益下補償元件端子及不同閉環(huán)

20、增益下補償元件RCRC的數(shù)據(jù)，的數(shù)據(jù)，可由產(chǎn)品手冊上查到?？捎僧a(chǎn)品手冊上查到。 423.3.調(diào)零調(diào)零 對一個單片集成運放輸入為零時，輸出可能不為對一個單片集成運放輸入為零時，輸出可能不為零。主要原因是運放中第一級差動放大電路存在著零。主要原因是運放中第一級差動放大電路存在著失調(diào)電壓和失調(diào)電流，以及使用過程中電路上某些失調(diào)電壓和失調(diào)電流，以及使用過程中電路上某些不合理之處引起的。為了減小偏差電壓，就要求：不合理之處引起的。為了減小偏差電壓，就要求：1 1失調(diào)電壓、失調(diào)電流盡可能地小；失調(diào)電壓、失調(diào)電流盡可能地?。?2 2兩個輸入端的直流電阻一定要相等；兩個輸入端的直流電阻一定要相等； 3 3輸入

21、端總串聯(lián)電阻不能過大；輸入端總串聯(lián)電阻不能過大；4 4偏流應盡可能的減小。偏流應盡可能的減小。 這幾條減小偏差的要點是使用運放中十分重要的這幾條減小偏差的要點是使用運放中十分重要的問題。實際運放都有偏差調(diào)整端子。這里要注意偏問題。實際運放都有偏差調(diào)整端子。這里要注意偏差調(diào)整電路（調(diào)零電路）僅能人為做到零輸入時零差調(diào)整電路（調(diào)零電路）僅能人為做到零輸入時零輸出，而溫度變化產(chǎn)生的失調(diào)溫漂并不能通過調(diào)零輸出，而溫度變化產(chǎn)生的失調(diào)溫漂并不能通過調(diào)零電路來消除。電路來消除。434.4.保護保護 集成運放的電源電壓接反或電源電壓突變，輸入集成運放的電源電壓接反或電源電壓突變，輸入電壓過大，輸出短路等，都可能造成運放損壞，因電壓過大，輸出