組合放大電路

1、第四章第四章 組合放大電路組合放大電路 4.1 一般組合一般組合放大電路放大電路 4.4 集成運(yùn)集成運(yùn)放的參數(shù)及實(shí)際電路模型放的參數(shù)及實(shí)際電路模型 4.2 差動(dòng)差動(dòng)放大電路放大電路 4.3 集成運(yùn)放的典型集成運(yùn)放的典型電路電路 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路一、組合放大電路的級(jí)間耦合一、組合放大電路的級(jí)間耦合直接直接耦合耦合A1A2電路簡單，能放大交、直流電路簡單，能放大交、直流信號(hào)，信號(hào)，“Q” 互相影響，零點(diǎn)互相影響，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重。漂移嚴(yán)重。阻容阻容耦合耦合A1A2各級(jí)各級(jí) “Q” 獨(dú)立，只放大交獨(dú)立，只放大交流流信號(hào)，信號(hào)頻率低時(shí)耦合電信號(hào)，信號(hào)頻率低時(shí)耦合電容容抗大。

2、容容抗大。變壓變壓 器器耦合耦合A1A2用于選頻放大器、功率放用于選頻放大器、功率放大器等。大器等。(1-3)1. 阻容耦合阻容耦合 阻容耦合是通過電容器將后級(jí)電路與前級(jí)相連接，阻容耦合是通過電容器將后級(jí)電路與前級(jí)相連接，其方框圖所示。其方框圖所示。阻容耦合放大電路的方框圖阻容耦合放大電路的方框圖單級(jí)阻容耦合放大電路單級(jí)阻容耦合放大電路兩極阻容耦合放大電路兩極阻容耦合放大電路 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-4) 1）各級(jí)的直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立各級(jí)的直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立。由于電容器隔直流而。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(dú)立的，這通交流，所以它們

3、的直流通路相互隔離、相互獨(dú)立的，這樣就給設(shè)計(jì)、調(diào)試和分析帶來很大方便。樣就給設(shè)計(jì)、調(diào)試和分析帶來很大方便。 2）在傳輸過程中，交流信號(hào)損失少。在傳輸過程中，交流信號(hào)損失少。只要耦合電容選得只要耦合電容選得 足夠大，則較低頻率的信號(hào)也能由前級(jí)幾乎不衰減地加到后足夠大，則較低頻率的信號(hào)也能由前級(jí)幾乎不衰減地加到后級(jí)，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)放大。級(jí)，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)放大。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 3）電路的溫漂小。電路的溫漂小。 4）體積小，成本低。體積小，成本低。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：2）低頻特性差；低頻特性差；1）無法集成；無法集成；3）只能使信號(hào)直接通過，而不能改變其參數(shù)。只能使信號(hào)直接通過，而不能改變其參數(shù)。 4.1 4.1 一般組合

4、放大電路一般組合放大電路(1-5)2. 變壓器耦合變壓器耦合 變壓器可以通過磁路的耦合把原邊的交流信號(hào)傳變壓器可以通過磁路的耦合把原邊的交流信號(hào)傳送到副邊，因此可以作為耦合元件。送到副邊，因此可以作為耦合元件。變壓器耦合放大器變壓器耦合放大器 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-6) 其工作原理其工作原理是變壓器在傳送交流信號(hào)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)是變壓器在傳送交流信號(hào)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。電流、電壓以及阻抗變換。r1r221221:)(NNnrRnrRLL 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-7) 1）變壓器耦合多級(jí)放大電路前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是

5、相變壓器耦合多級(jí)放大電路前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是相互獨(dú)立、互不影響的?；オ?dú)立、互不影響的。因?yàn)樽儔浩鞑荒軅魉椭绷餍盘?hào)。因?yàn)樽儔浩鞑荒軅魉椭绷餍盘?hào)。2）變壓器耦合多級(jí)放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。變壓器耦合多級(jí)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(hào)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電流、變壓器在傳送交流信號(hào)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。電壓以及阻抗變換。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。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-8)3. 直接耦合直接耦合 直接耦合是將前后級(jí)直接想連的一種

6、耦合方式。直接耦合是將前后級(jí)直接想連的一種耦合方式。直接耦合放大電路直接耦合放大電路 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-9)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1）電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)。由于由于級(jí)間是直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直級(jí)間是直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)。流信號(hào)。 2）便于集成便于集成。由于電路中只有晶體管和電阻，沒有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。電容器和電感器，因此便于集成。 1）各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立，相互影響。各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立，相互影響。會(huì)給設(shè)

7、計(jì)、會(huì)給設(shè)計(jì)、計(jì)算和調(diào)試帶來不便。計(jì)算和調(diào)試帶來不便。 2）引入了零點(diǎn)漂移問題。引入了零點(diǎn)漂移問題。零點(diǎn)漂移對(duì)直接耦合放零點(diǎn)漂移對(duì)直接耦合放大電路的影響比較嚴(yán)重。大電路的影響比較嚴(yán)重。 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-10)二、組合放大電路的增益二、組合放大電路的增益Au1第一級(jí)第一級(jí)Au2第二級(jí)第二級(jí)Aun末末 級(jí)級(jí)uiuo1RLRSuousuo2ui2uiniiiouuAu nuuuuuuuuioi3o32i2oi1o. = Au1Au2 AunAu1(dB) = Au1 (dB) + Au2 (dB) + + Aun (dB) 考慮級(jí)與級(jí)之間的相互影響，計(jì)算各級(jí)電壓

8、放大考慮級(jí)與級(jí)之間的相互影響，計(jì)算各級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)，應(yīng)把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載處理倍數(shù)時(shí)，應(yīng)把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載處理! 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-11)三、共源三、共源-共射放大電路共射放大電路前級(jí)前級(jí):場效應(yīng)管場效應(yīng)管共源極放大器共源極放大器后級(jí)后級(jí):晶體管晶體管共射極放大器共射極放大器+UCC=15VRS1.3MR11KUi2.4KC2C3R4R3RLRE260K20K2K2KUo3KC1RCT1RE1CE2T2USCE1RD5KR2200KRE2100Rg47MIDSS=6mA;UGS(off) =-2V =50 4.1 4.1 一般組合放大

9、電路一般組合放大電路(1-12)1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析+UCC=15V1.3MR12.4KR4R3RE260K20K2K3KRCT1RE1T2RD5KR2200KRE2100Rg47MDEDSGIRIVVV4 . 2221GSVVRRRVG2CC2122GS(off)GSDSSD)1 (VVIIVUmAIGSQ07. 1,28. 1DQVRRIVUEDQCC53. 5)(1DDSQmSUUUIgoffGSGSQoffGSDSS79. 2)1 (2)()(mV.VRRRVCCB753434mA.RRVVIIEEBEBEQCQ45122VRRRIVRRIRIVVEE6 . 7)()(2E2cEQC

10、C2E2EcCQCCCEQA.IICQBQ514KIUrrTbb245. 126)1001 (200)mA()1 (EQbe 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-13)2. 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析ir2iror 畫出微變等效電路畫出微變等效電路R3R4RCRLRSR2sU iU oU R1RDIbIdrbeIcUGSRgRE2ri2= R3/ R4/ rbe+(1+) RE2 =6.7 k 首先計(jì)算第二級(jí)的輸入電阻首先計(jì)算第二級(jí)的輸入電阻 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-14)ir2irorR3R4RCRLRSR2sU iU oU R1RDIbIdrbeIcU

11、GSRgRE2 計(jì)算各級(jí)放大倍數(shù)計(jì)算各級(jí)放大倍數(shù)Au1=- gmRL1=-gm (RD /ri2)=-2.79(5/6.7)=-822)1 (/EbeLCuRrRRA2=-12.4Au= Au1.Au2=99 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-15)ir2irorR3R4RCRLRSR2sU iU oU R1RDIbIdrbeIcUGSRgRE2 計(jì)算輸入輸出電阻計(jì)算輸入輸出電阻47M/RRRR21gi3KRRCO 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-16)四、共射四、共射-共基共基-共集放大電路共集放大電路1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析+VCCrSR1C2R6V

12、T3RLC1VT2R5uSC3R4R2R3VT1+-+-uLB1B2B3CC3213B1VRRRRUCC32132B2VRRRRRU5BE1QB1E1QRUUIE1QC1QE2QC2QIIII6B3Q3BE3Q4B3QC2QCC.R)I(1U).RI(I-V 由由634BE3Q4C2QCCB3Q)R(1RURIVI 得得B3QE3QC3Q)I(1IIB1B2BE1QB1BE2QB2CE1QUU)U(U)U(UU)U(U)RI(IVUBE2QB24B3QC2QCCCE2Q6E3QCCCE3QRIVU 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-17)2. 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 畫出微變等效

13、電路畫出微變等效電路ri2= rbe2/(1+2) 首先計(jì)算第二、三級(jí)的輸入電阻首先計(jì)算第二、三級(jí)的輸入電阻 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路ir3irorR4R6RLrSR3R2rbe2uS+-rbe11ib1ib1ib22ib2ib33ib3u0+-2or2irrbe3ri3= rbe3+(1+3)（R R6 6/R/RL L）(1-18) 計(jì)算各級(jí)放大倍數(shù)計(jì)算各級(jí)放大倍數(shù)A Au1u1=-=-1 1r ri2i2/r/rbe1be1A Au u= A= Au1u1.A.Au2u2.A.Au3u3 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路ir3irorR4R6RLr

14、SR3R2rbe2uS+-rbe11ib1ib1ib22ib2ib33ib3u0+-2or2irrbe3A Au2u2= =2 2(R(R4 4/r/ri3i3)/r)/rbe2be2A Au3u3=(1+=(1+3 3)(R)(R6 6/R/RL L)/r)/rbe3be3+ (1+ (1+3 3)(R)(R6 6/R/RL L)(1-19) 計(jì)算輸入輸出電阻計(jì)算輸入輸出電阻132bei/r/RRR 42RRO 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路ir3irorR4R6RLrSR3R2rbe2uS+-rbe11ib1ib1ib22ib2ib33ib3u0+-2or2irrbe33

15、436323611Rr/RRr/RRbeObeO(1-20) 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路 直接耦合放大電路直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移的零點(diǎn)漂移主要原因主要原因:溫度變化引起溫度變化引起,也也 稱稱溫漂溫漂。零漂零漂：輸入短路時(shí)，輸出輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。壓產(chǎn)生。溫漂指標(biāo)溫漂指標(biāo)：溫度每升高溫度每升高1度時(shí)，輸出漂移電壓按電壓增益度時(shí)，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。(1-21)例如例如 100,=V1A若第一級(jí)漂了若第一級(jí)漂了100 uV，則輸出漂移則輸出漂移 1 V。若第二級(jí)也漂了若第二

16、級(jí)也漂了100uV，則輸出漂移則輸出漂移 10 mV。假設(shè)假設(shè)F 第一級(jí)是關(guān)鍵第一級(jí)是關(guān)鍵。 1= 100,=V3V2AA3. 減小零漂的措施減小零漂的措施F 用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償F 調(diào)制解調(diào)方式。如調(diào)制解調(diào)方式。如“斬波穩(wěn)零放大器斬波穩(wěn)零放大器”F 采用差分式放大電路采用差分式放大電路漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路(1-22)一、基本差動(dòng)放大電路一、基本差動(dòng)放大電路1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理靜態(tài)（靜態(tài)（ui1=ui2=0)

17、21CECE=VVCCV).(RIVCCCC70CCRIEVIIICBB21 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路VVVBE7 . 0=EEIII21=C2C1E2/ )(RVVEEERCRCIE(1-23)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路ui1 = ui2uod = uo1 uo2 =2 uo1 ic1 = ic2 uo1= uo2uid = ui1 ui2 =2 ui1（1） 差模輸入差模輸入差放電阻差放電阻RE對(duì)差模信號(hào)不起對(duì)差模信號(hào)不起作用。作用。RCRCRCRC(1-24) 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)beCrRi1o

18、122uu Rid = 2rbe差模輸入電阻差模輸入電阻 Ro = 2RC (雙端輸出雙端輸出)輸出電阻輸出電阻idodduuAubeC2rRi1o12uuido1d1uuAu雙端輸出單端輸出 Ro =RC (單端輸出單端輸出)(1-25) 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路（2） 共模輸入與共模交流通路共模輸入與共模交流通路 ui1 = ui2= uic2. 共模共模輸入與輸入與共模抑共模抑制比制比ue =2 ie1RE= ie1（2RE）(1-26) 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路2. 共模共模輸入與輸入與共模抑共模抑制比制比共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)共模輸入電阻共模

19、輸入電阻輸出電阻輸出電阻0icocucuuAicocucuuA11EbecR)(rR21雙端輸出單端輸出R)(rREbeic2121 Ro = 2RC (雙端輸出雙端輸出) Ro =RC (單端輸出單端輸出)(1-27)ucudCMRAAK dBAAKucudCMRlg20雙端輸出，理想情況雙端輸出，理想情況CMRK 單端輸出單端輸出EbecbecCMR)R(rRrRK122越越大大， CMRK抑制零漂能力越強(qiáng)抑制零漂能力越強(qiáng) 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路（3） 共模抑制比共模抑制比 beEr)R( 1越大， ER(1-28)以電流源代替發(fā)射極公共電阻以電流源代替發(fā)射極公共電阻RE

20、 ，從而提高共模抑制能力。，從而提高共模抑制能力。 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路(1-29)例：例：如右圖所示的差動(dòng)放大電路如右圖所示的差動(dòng)放大電路( (1) )求靜態(tài)工作點(diǎn)；求靜態(tài)工作點(diǎn)；( (2) )求電路的差模求電路的差模 Aud，Rid，Ro。 解解 ( (1) ) 求求“Q”21BE4EEREFRRUVI 1 . 02 . 67 . 06 32REF0 RRII mA 84. 0 (mA) 84. 0 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IOV3V4IREF+6 V 6 V100 100 7.5 k 7.5 k 6

21、.2 k 100 = 100(1-30)ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0mA 42. 0 UCQ1 = UCQ2 = 6 0.42 7.5 = 2.85 (V)( (2) )求求 Aud，Rid，Ro)( 452642. 026101200be2 be1 rrp21beCd)1( RrRAu 6505. 010145. 65 . 7100 )1( 2p21beidRrR k 23Ro = 2RC = 15 (k ) 4.2 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IOV3V4IREF+6 V 6 V100 100 7.5 k 7.5 k 6

22、.2 k 100 = 100(1-31) 4.3 4.3 集成運(yùn)放的典型電路集成運(yùn)放的典型電路集成運(yùn)放的典型內(nèi)部組成原理框圖集成運(yùn)放的典型內(nèi)部組成原理框圖(1-32) 4.3 4.3 集成運(yùn)放的典型電路集成運(yùn)放的典型電路通用集成運(yùn)放的電路原理圖通用集成運(yùn)放的電路原理圖(1-33)輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí) 4.3 4.3 集成運(yùn)放的典型電路集成運(yùn)放的典型電路簡化電路原理圖簡化電路原理圖n 輸入級(jí)：輸入級(jí)： V1、V3 和和 V2、V4構(gòu)成構(gòu)成 共集共集-共基組合差分電路；共基組合差分電路； V5、V6構(gòu)成有源負(fù)載。構(gòu)成有源負(fù)載。 為雙端變單端電路為雙端變單端電路 n 中間級(jí)：中間級(jí)：

23、 V7 和和V8構(gòu)成復(fù)合管構(gòu)成復(fù)合管共發(fā)射極放大電路。共發(fā)射極放大電路。 提供高增益提供高增益 。 n 輸出級(jí)：輸出級(jí)： V9 V13構(gòu)成甲乙類構(gòu)成甲乙類 OCL電路。電路。(1-34)3. 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Vidmax5. 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Vicmax 4.44.4 集成運(yùn)放的參數(shù)及實(shí)際電路模型集成運(yùn)放的參數(shù)及實(shí)際電路模型一、集成運(yùn)放的主要參數(shù)一、集成運(yùn)放的主要參數(shù)1. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益AVO2. 差模輸入電阻差模輸入電阻Rid4. 共模抑制比共模抑制比KCMR6. 開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW (fH)7. 單位增益帶寬單位增益帶寬GBW (fT)8

24、. 輸入偏置電流輸入偏置電流IIB(1-35)9. 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR 4.44.4 集成運(yùn)放的參數(shù)及實(shí)際電路模型集成運(yùn)放的參數(shù)及實(shí)際電路模型11. 輸入失調(diào)電輸入失調(diào)電流流IIO12.輸入失調(diào)電壓溫漂輸入失調(diào)電壓溫漂 VIO / T13.輸入失調(diào)電流溫漂輸入失調(diào)電流溫漂 IIO / T10. 輸入失調(diào)電輸入失調(diào)電 壓壓VIO14.共模輸入電阻共模輸入電阻Ric、輸出電阻、輸出電阻RO、最大輸出電流、最大輸出電流IOMAX及靜態(tài)功耗及靜態(tài)功耗PV等。等。(1-36) 4.44.4 集成運(yùn)放的參數(shù)及實(shí)際電路模型集成運(yùn)放的參數(shù)及實(shí)際電路模型 實(shí)際運(yùn)放的運(yùn)放參數(shù)表明，運(yùn)放在非精密運(yùn)算時(shí)可以用實(shí)際運(yùn)放的運(yùn)放參數(shù)表明，運(yùn)放在非精密運(yùn)算時(shí)可以用理想模型；在要求精確運(yùn)算時(shí)，要考慮運(yùn)放的非理想因素。理想模型；在要求精確運(yùn)算時(shí)，要考慮運(yùn)放的非理想因素。二、集成運(yùn)放的實(shí)際電路模型二、集成運(yùn)放的實(shí)際電路模型N+RidROAVDVidVidVOAVCVic+ -+-VIOIIB-IIO/2IIB+IIO/2P(1-37) 4.44.4 集成運(yùn)放的參數(shù)及實(shí)際電路模型集成運(yùn)放的參數(shù)及實(shí)際電路模型1.AVD、Rid、Ro為有限值的影響為有限值的影響R1RFRLR