模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第6章-多級(jí)放大電路和集成運(yùn)算放大器課件

1、共119頁(yè) 第1頁(yè)第6章 多級(jí)放大電路和集成運(yùn)算放大器6.1 多級(jí)放大電路的耦合方式與集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介6.2 集成電路運(yùn)算放大器中的電流源6.3 差分放大電路 6.4 直接耦合多級(jí)放大電路及簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路分析 6.5 集成電路運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)和集成運(yùn)放的選擇 6.6 集成運(yùn)放的傳輸特性及理想運(yùn)放電路的分析依據(jù) 6.7 集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)問(wèn)題 共119頁(yè) 第2頁(yè)多個(gè)基本的單級(jí)放大電路合理地連接起來(lái)構(gòu)成多級(jí)放大電路，能夠滿足放大電路多個(gè)方面的性能要求。各級(jí)放大電路之間的連接方式稱為耦合方式 6.1 多級(jí)放大電路的耦合方式與集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介本節(jié)主要包括：6.1.1 多級(jí)放大電路的

2、耦合方式6.1.2 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介共119頁(yè) 第3頁(yè)1.直接耦合:前級(jí)的輸出直接接到后級(jí)的輸入6.1.1 多級(jí)放大電路的耦合方式6.1 多級(jí)放大電路的耦合方式與集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介共119頁(yè) 第4頁(yè)1.直接耦合6.1.1 多級(jí)放大電路的耦合方式優(yōu)點(diǎn)：低頻特性好，易于集成；缺點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重NPN和PNP管混合使用共119頁(yè) 第5頁(yè)2.阻容耦合6.1.1 多級(jí)放大電路的耦合方式優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立，分析設(shè)計(jì)方便，第一級(jí)的零點(diǎn)漂移被耦合電容阻斷，不能傳輸?shù)较录?jí)。缺點(diǎn)：低頻特性差，不易集成；共119頁(yè) 第6頁(yè)6.1.1 多級(jí)放大電路的耦合方式 直接耦合 阻容耦合共1

3、19頁(yè) 第7頁(yè)6.1.2 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介采用半導(dǎo)體工藝，將三極管、二極管、電阻、電容以及它們之間的連線所組成的整個(gè)電路集成在一塊半導(dǎo)體基片上，加上適當(dāng)?shù)姆庋b，構(gòu)成一個(gè)完整的具有一定功能的電路,稱為集成電路（IC）。 集成電路按功能分為：數(shù)字集成電路和模擬集成電路。模擬集成電路種類繁多，主要有：運(yùn)算放大器、寬頻帶放大器、功率放大器、模擬乘法器、模擬鎖相環(huán)、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電源和音像設(shè)備中常用的其它模擬集成電路等。 在模擬集成電路中，集成運(yùn)算放大器（集成運(yùn)放）是應(yīng)用最為廣泛的一種。本章主要討論多級(jí)放大電路的組成，集成運(yùn)放的基本單元電路，典型集成運(yùn)放電路及其性能指標(biāo)。介紹幾種專用集成運(yùn)放，

4、并對(duì)集成運(yùn)放使用中的問(wèn)題作簡(jiǎn)要介紹。 共119頁(yè) 第8頁(yè) 電路結(jié)構(gòu)與參數(shù)具有對(duì)稱性 用有源器件代替無(wú)源器件 采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的電路 級(jí)間采用直接耦合方式 電路中使用的二極管，多用作溫度補(bǔ)償元件或用作電 位移動(dòng)，大多由BJT的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。 集成電路運(yùn)算放大器的特點(diǎn)：6.1.2 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介共119頁(yè) 第9頁(yè)集成電路運(yùn)算放大器的一般構(gòu)成 6.1.2 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介共119頁(yè) 第10頁(yè) 1) 偏置電路給放大部分提供穩(wěn)定的偏置電流，在集成電路中，該偏置電流由電流源這種單元電路來(lái)構(gòu)成，同時(shí)電流源電路常作為放大電路中的有源負(fù)載，因此電流源電路是集成電路中的一種基本電路。 2) 為了克服集成電路中由于

5、級(jí)間直接耦合帶來(lái)的零點(diǎn)漂移問(wèn)題，集成電路中的輸入級(jí)一般采用差分式電路結(jié)構(gòu)，因此差分電路的分析和計(jì)算是本章的重點(diǎn)。 3) 作為電氣工程師，大多數(shù)情況下，是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用適當(dāng)?shù)募呻娐穪?lái)實(shí)現(xiàn)要求的功能，因此，掌握集成電路的外特性及其參數(shù)，對(duì)集成電路的應(yīng)用至關(guān)重要。6.1.2 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介共119頁(yè) 第11頁(yè)6.1 多級(jí)放大電路及集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介-小結(jié) 6.1.1 多級(jí)放大電路的耦合方式 直接耦合 阻容耦合 6.1.2 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介共119頁(yè) 第12頁(yè)6.2 集成放大電路中的電流源 主要內(nèi)容： 6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源鏡像電流源微電流源比例電流源多路電流源 6.2.2 電流源的

6、應(yīng)用 電流源作為偏置電路電流源作有源負(fù)載 共119頁(yè) 第13頁(yè)恒流特性分析：設(shè)T0，T1參數(shù)對(duì)稱，則： 無(wú)論RL的值如何，IC1的電流值將保持不變。表現(xiàn)出恒流特性。同時(shí)可把IC1看成IC0的鏡像，故稱為鏡像電流源。 6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 1. 鏡像電流源當(dāng)BJT的比較大時(shí)，基極電流IB可以忽略，則：共119頁(yè) 第14頁(yè)交流電阻（輸出電阻） 由于T2的集電極電流基本不變。所以變化量很小一般ro在幾百千歐以上6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 共119頁(yè) 第15頁(yè)6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 本電路的問(wèn)題： 當(dāng)不是足夠大時(shí)，基極電流就不能忽略， IC0（IC1）和IR就存在一定的差別，為此引入帶

7、有緩沖級(jí)的鏡像電流源，如圖。共119頁(yè) 第16頁(yè)6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 利用T2的電流放大作用，由IE2向T0，T1提供合適的基極電流，同時(shí)減小了對(duì)IB2的要求，使IR和IC0更加接近。 以上電路適合于較大負(fù)載電流（mA級(jí)）的場(chǎng)合，若需要較小的電流值，就需要R的值很大，在集成電路中難以實(shí)現(xiàn)，因此需要能提供微電流的恒流源。 共119頁(yè) 第17頁(yè)由于很小，所以IC1也很小2. 微電流源6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 解之：共119頁(yè) 第18頁(yè)6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 3.比例電流源共119頁(yè) 第19頁(yè)4. 多路電流源 6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 多路輸出的電流源電路如圖,基準(zhǔn)電流為IR，

8、求IC1，IC2和IC3 當(dāng)較大時(shí)，共119頁(yè) 第20頁(yè)6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 由于各管的 相同，則 所以 當(dāng)IR確定后，改變各射極電阻，可以獲得不同比例的輸出電流。共119頁(yè) 第21頁(yè)6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 MOS管多路電流源共119頁(yè) 第22頁(yè)6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 多集電極管構(gòu)成的多路電流源共119頁(yè) 第23頁(yè)例：F007中的電流源6.2.2 電流源的應(yīng)用 共119頁(yè) 第24頁(yè)6.2.2 電流源的應(yīng)用 1. 電流源作為偏置電路 共119頁(yè) 第25頁(yè)6.2.2 電流源的應(yīng)用 2電流源作有源負(fù)載 如圖，T1構(gòu)成共射極放大電路，T2，T3和R構(gòu)成T1的集電極有源負(fù)載，其電壓增

9、益： 在此電路中，rce2就是恒流源的輸出電阻，可認(rèn)為是，則其電壓增益：當(dāng)T1的集電極電阻為Rc時(shí)，共119頁(yè) 第26頁(yè)6.2.2 電流源的應(yīng)用 2電流源作有源負(fù)載 做差分電路的有源負(fù)載。 共119頁(yè) 第27頁(yè)本 節(jié) 小 結(jié) 6.2 集成電路運(yùn)算放大器中的電流源6.2.1 幾種常見(jiàn)的電流源 鏡像電流源微電流源比例電流源多路電流源 6.2.2 電流源的應(yīng)用 1.電流源作為偏置電路 2.電流源作有源負(fù)載共119頁(yè) 第28頁(yè)6.3 差分放大電路 6.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第29頁(yè)6.3.1 直接耦

10、合放大電路的零點(diǎn)漂移直接耦合多級(jí)放大電路如圖，級(jí)和級(jí)之間采用直接連接，沒(méi)有耦合電容，因此其低頻響應(yīng)特性很好，下限截止頻率幾乎可以到零，因此，很適合放大變化緩慢或直流信號(hào)。 1直接耦合放大電路共119頁(yè) 第30頁(yè) 2.直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移 零點(diǎn)漂移：輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生的現(xiàn)象。6.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移共119頁(yè) 第31頁(yè)主要原因：溫度變化引起三極管參數(shù)波動(dòng)，電源電壓波動(dòng)引起輸出波動(dòng)，并逐級(jí)傳遞和放大，也稱溫漂或零漂。衡量溫漂大小的指標(biāo)：溫度每升高1度時(shí)，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效電壓值。問(wèn)題：阻容耦合電路有無(wú)零點(diǎn)漂移問(wèn)題？6.3.1 直接耦合放

11、大電路的零點(diǎn)漂移共119頁(yè) 第32頁(yè)例如，直接耦合電路如圖 若若第一級(jí)漂移了100 uV，則最后的輸出漂移為 1 V。若第二級(jí)也漂了100 uV，則輸出要再漂移 10 mV。由于第一級(jí)出現(xiàn)的零漂被逐級(jí)放大，對(duì)整個(gè)輸出的影響最大，所以抑制零漂，第一級(jí)是關(guān)鍵。6.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移共119頁(yè) 第33頁(yè)3. 減小零漂的措施 采用負(fù)反饋：如工作點(diǎn)穩(wěn)定電路 用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償 采用差分式放大電路4差分放大電路抑制零點(diǎn)漂移基本原理 線性放大電路中，若有兩個(gè)獨(dú)立的輸入端和一個(gè)輸出端，輸入信號(hào)分別為 ，輸出信號(hào)為 ，在電路理想對(duì)稱的情況下，輸出電壓為：其中： 為兩個(gè)輸入電壓的差，稱為差模

12、輸入電壓，簡(jiǎn)稱差模輸入。 為差模電壓增益。6.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移共119頁(yè) 第34頁(yè)而定義：為兩個(gè)輸入電壓的算術(shù)平均值，稱為兩個(gè)輸入電壓的共模電壓，簡(jiǎn)稱共模輸入。6.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移共119頁(yè) 第35頁(yè)若已知實(shí)際中,輸出不僅與差模輸入有關(guān),也與共模輸入有關(guān), 在差模電壓和共模電壓共同作用下，放大電路的輸出為各自輸出的和，即其中： , 分別為差模電壓增益和共模電壓增益。 這種電路稱為差分式放大電路，簡(jiǎn)稱差分電路。差分電路為什么能夠抑制零點(diǎn)漂移？6.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移共119頁(yè) 第36頁(yè)若能做到 或很小，由于零點(diǎn)漂移屬于兩個(gè)輸入端均有的共模電壓，且

13、兩個(gè)輸入端中的這部分電壓相同，則放大電路輸出只與輸入的差成比例，輸入端相同的電壓在輸出端中不反映，即抑制了零點(diǎn)漂移。 6.3.1 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移共119頁(yè) 第37頁(yè)1. 電路組成及工作原理用兩只特性完全相同的管子，組成兩半完全相同的共射極放大電路，使信號(hào)從兩管的基極輸入，從集電極輸出，組成了一種基本的差動(dòng)放大電路。 6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 共119頁(yè) 第38頁(yè)1. 電路組成及工作原理如果T1和T2的特性（包括溫度特性）完全一致，這樣的一對(duì)管子稱為差分對(duì)管。6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 共119頁(yè) 第39頁(yè)1. 電路組成及工作原理電路對(duì)差模信號(hào)，輸出為各

14、單端輸出 的求差，為了提高每半邊電路對(duì)差模信號(hào)的放大能力，將Re合并，使其上的電壓變化不反映差模信號(hào),得右圖電路。 則只對(duì)共模信號(hào)有負(fù)反饋，可以降低共模放大倍數(shù)，對(duì)差模信號(hào)無(wú)負(fù)反饋，提高了差模放大倍數(shù)。6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 共119頁(yè) 第40頁(yè)1. 電路組成及工作原理為便于調(diào)節(jié)，也為使信號(hào)源和電源共地，進(jìn)一步簡(jiǎn)化得長(zhǎng)尾式差分放大電路。6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 共119頁(yè) 第41頁(yè)1. 電路組成及工作原理當(dāng)T1，T2有相同的漂移時(shí)，即 , 則因?yàn)? 輸出無(wú)漂移。即對(duì) 中變化方向相同的部分，輸出 為零,即抑制了零點(diǎn)漂移，這種變化模式相同的兩個(gè)信號(hào)稱為共模信號(hào)。

15、而對(duì) 中變化方向相反的部分，輸出 不為零,這種變化模式不同的兩個(gè)信號(hào)稱為差模信號(hào)。此差分放大電路對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力，而對(duì)差模信號(hào)具有放大能力。6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 共119頁(yè) 第42頁(yè)1. 電路組成及工作原理為了進(jìn)一步提高射極的動(dòng)態(tài)電阻，以降低對(duì)共模信號(hào)的放大作用，常用恒流源代替Re, 得下圖電路，其中恒流源的動(dòng)態(tài)電阻記為r0。這種電路以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力。6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 共119頁(yè) 第43頁(yè)1. 電路組成及工作原理實(shí)用中，電路很難達(dá)到完全對(duì)稱，因此，在輸入為0的情況下，為使輸出也為0，常采用如圖的調(diào)零電路。計(jì)算時(shí)，調(diào)零電阻在每半邊

16、各有一半的電阻值。6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 共119頁(yè) 第44頁(yè)1. 電路組成及工作原理常見(jiàn)的差分電路：6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 共119頁(yè) 第45頁(yè)6.3.2 差分放大電路的組成及靜態(tài)分析 2差分放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)分析：共119頁(yè) 第46頁(yè)輸入 從T1和T2的之間送入,即從差分電路的雙端輸入,如圖。則每一端的輸入為：1.雙端輸入、雙端輸出負(fù)載跨接在兩個(gè)集電極之間，對(duì)差模輸入，負(fù)載中間電位不變，在差模信號(hào)等效電路中該點(diǎn)電位為0.6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第47頁(yè)，由于電路對(duì)稱，所以： 差模電壓增益： 對(duì)差模信號(hào)，射極電位不變，故對(duì)差模

17、信號(hào)，射極相當(dāng)于直接接地，同時(shí)直流電源接地，由此得差模信號(hào)等效電路如圖。 6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第48頁(yè)故可先求出每半邊電路的放大倍數(shù)。對(duì)半邊電路，負(fù)載電阻RL 的中點(diǎn)為差模信號(hào)的電位零點(diǎn)。故半邊電路的微變等效電路如圖。 6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第49頁(yè)若負(fù)載開路，則 差模電壓增益：6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第50頁(yè)共模電壓增益：共模輸入引起的 大小及方向相同，故為零，即共模輸出信號(hào)為零，則共模電壓增益： 6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第51頁(yè)共模抑制比:對(duì)雙端輸入、雙端輸出情形，由于 1. 雙端

18、輸入、雙端輸出則：6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算輸出電阻：輸入電阻：輸出電阻：共119頁(yè) 第52頁(yè)2. 雙端輸入、單端輸出差模輸入情況：差模增益：6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算輸入電阻：輸出電阻：共119頁(yè) 第53頁(yè)共模輸入情況：共模等效電路： 6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第54頁(yè)當(dāng)：1 1 共模增益則： 6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第55頁(yè)共模抑制比(負(fù)載開路)6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第56頁(yè)若雙端輸出，則差模、共模電壓放大倍數(shù)及其他參數(shù)與雙端輸入、雙端輸出時(shí)相同。若單端輸出，則結(jié)果和雙端輸入、單端輸出時(shí)相

19、同。3.單端輸入、雙端輸出差模輸入：共模輸入：6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第57頁(yè)若為任意輸入，則可分解為共模輸入和差模輸入的疊加。4.單端輸入、單端輸出5.共模、差模信號(hào)同時(shí)輸入的情況6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第58頁(yè)如： 則： 如圖。 若差分電路對(duì)稱，則不會(huì)有共模輸出，只有差模輸出，其值為：若差分電路不完全對(duì)稱，則既有差模輸出，也有共模輸出，其值為：6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第59頁(yè)6.應(yīng)用舉例。電路如圖。其中 其他電阻值已知。求：a) 求RL接在C1與C2 之間時(shí)的輸出電壓b) 求RL接在C1與地之間時(shí)的輸出電壓6.3

20、.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第60頁(yè)解：由于輸入中差模、共模電壓同時(shí)存在，因此輸出為：為此需要求出 及 ，需要用到 ，因此，需要先進(jìn)行靜態(tài)分析。雙端輸出時(shí)：?jiǎn)味溯敵鰰r(shí)：6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第61頁(yè) 靜態(tài)分析：在輸入回路有：接地解之：6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第62頁(yè)則：有： 6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第63頁(yè)2.動(dòng)態(tài)分析： 作用，直流電源接地。將輸入分解成差模分量和共模分量：a) 雙端輸出時(shí)：差模電壓增益：雙端輸出時(shí)，共模電壓增益：輸出電壓： 6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第64頁(yè)

21、b) 單端輸出時(shí)：差模電壓增益：共模電壓增益：?jiǎn)味溯敵鲭妷海汗材Ｒ种票龋?.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第65頁(yè)輸出方式雙出單出雙出單出4幾種輸出方式的指標(biāo)比較雙端輸入單端輸入共119頁(yè) 第66頁(yè)提高差模增益的途徑：用有源負(fù)載代替原來(lái)的無(wú)源負(fù)載Rc，電路如圖。差模電壓增益為： 簡(jiǎn)化電路6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算共119頁(yè) 第67頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的差分放大電路 雙端輸入、雙端輸出時(shí)，差模電壓增益為： 共模電壓增益為： 6.3.3 輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算雙端輸入、單端輸出時(shí)，差模電壓增益為： 共119頁(yè) 第68頁(yè)6.3 差分放大電路-小 結(jié)6.3.1 直接耦合放大電

22、路的零點(diǎn)漂移6.3.2 差分放大電路的構(gòu)成及靜態(tài)分析 1. 差分放大電路的構(gòu)成 2. 差分放大電路的靜態(tài)分析6.3.3.輸入輸出方式及主要指標(biāo)計(jì)算 1.雙端輸入雙端輸出 2.雙端輸入單端輸出 3.單端輸入雙端輸出 4.單端輸入單端輸出提高差模增益的途徑幾種輸出方式的指標(biāo)比較共119頁(yè) 第69頁(yè)6.4 多級(jí)放大電路及簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路6.4.1 多級(jí)放大電路6.4.2 簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路共119頁(yè) 第70頁(yè)6.4 多級(jí)放大電路及簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路6.4.1 多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路的放大倍數(shù)是組成它的各級(jí)放大電路放大倍數(shù)的乘積。計(jì)算前級(jí)的放大倍數(shù)時(shí)，后級(jí)電路的輸入電阻均應(yīng)作為前級(jí)電路的負(fù)載

23、；當(dāng)計(jì)算后級(jí)的放大倍數(shù)時(shí)，前級(jí)作為后級(jí)的信號(hào)源，該信號(hào)源的內(nèi)阻為前級(jí)放大電路的輸出電阻。 共119頁(yè) 第71頁(yè)6.4 多級(jí)放大電路及簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路6.4.1 多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路的輸入電阻是其第一級(jí)的輸入電阻: 多級(jí)放大電路的輸出電阻是其最后一級(jí)的輸出電阻:當(dāng)共集放大電路作為輸入級(jí)時(shí)，它的輸入電阻與其負(fù)載，即第二級(jí)的輸入電阻有關(guān)；而當(dāng)共集放大電路作為輸出級(jí)時(shí)，它的輸出電阻與其信號(hào)源內(nèi)阻，即倒數(shù)第二級(jí)的輸出電阻有關(guān)。共119頁(yè) 第72頁(yè)例: 已知 。求電壓增益, 輸入電阻和輸出電阻。6.4.1 多級(jí)放大電路1.阻容耦合多級(jí)放大電路共119頁(yè) 第73頁(yè)解： 求電壓增益其中：6.4.1 多

24、級(jí)放大電路a) 第一級(jí)增益共119頁(yè) 第74頁(yè)帶入得：6.4.1 多級(jí)放大電路共119頁(yè) 第75頁(yè)c) 整體增益b) 第二級(jí)增益6.4.1 多級(jí)放大電路共119頁(yè) 第76頁(yè)2) 輸入電阻3) 輸出電阻6.4.1 多級(jí)放大電路共119頁(yè) 第77頁(yè)6.4.1 多級(jí)放大電路1).直接耦合多級(jí)放大電路的組成2).電路分析計(jì)算求電路總的增益2.直接耦合多級(jí)放大電路共119頁(yè) 第78頁(yè)2). 電路分析計(jì)算6.4.1 直接耦合多級(jí)放大電路a）交流小信號(hào)等效電路 共119頁(yè) 第79頁(yè)2. 電路分析計(jì)算6.4.1 直接耦合多級(jí)放大電路b）求增益 共119頁(yè) 第80頁(yè)2. 電路分析計(jì)算第二級(jí)和第三極的輸入電阻為6

25、.5.1 直接耦合多級(jí)放大電路共119頁(yè) 第81頁(yè)1雙極結(jié)型晶體管構(gòu)成的集成運(yùn)放2場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成的集成運(yùn)放6.4.2 簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路集成電路運(yùn)算放大器主要由以下幾部分組成共119頁(yè) 第82頁(yè)F007集成電路運(yùn)算放大器的原理圖如圖6.4.2 簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路1雙極結(jié)型晶體管構(gòu)成的集成運(yùn)放共119頁(yè) 第83頁(yè)F007集成電路運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)化原理圖6.4.2 簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路共119頁(yè) 第84頁(yè) 2場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成的集成運(yùn)放6.4.2 簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路共119頁(yè) 第85頁(yè)由此可見(jiàn)，運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入端, 即反相輸入端N和同相輸入端P，一個(gè)輸出端。與此相對(duì)應(yīng)，運(yùn)算放大器的代表符號(hào)

26、如圖6.4.2 簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路共119頁(yè) 第86頁(yè)1雙極結(jié)型晶體管構(gòu)成的集成運(yùn)放2場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成的集成運(yùn)放6.4.2 簡(jiǎn)單集成運(yùn)算放大電路-小結(jié)共119頁(yè) 第87頁(yè)6.5 集成電路運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)和集成運(yùn)放的選擇6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)6.5.2 集成電路運(yùn)算放大器的低頻等效電路6.5.3 集成電路運(yùn)算放大器的分類6.5.4 集成電路運(yùn)算放大器的選擇共119頁(yè) 第88頁(yè)6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo) 是指集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，無(wú)負(fù)反饋情況下差模輸出電壓與差模輸入電壓的比值: 與輸出電壓的大小有關(guān)，通常是在規(guī)定的輸出電壓幅度（如=

27、10V）下測(cè)得的值。 又是頻率的函數(shù)，頻率高于某一數(shù)值后，數(shù)值開始下降。運(yùn)放的 常用對(duì)數(shù)表示, 單位為分貝(dB)，通常可達(dá)105以上，約為1000dB。1.開環(huán)差模電壓增益共119頁(yè) 第89頁(yè)6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo) 2.差模輸入電阻 差模輸入電阻是運(yùn)放無(wú)負(fù)反饋情況下，差模輸入電壓與輸入端電流的比值，反映了運(yùn)放輸入端向輸入信號(hào)源索取電流的大小。對(duì)于電壓放大器，rid越大，從信號(hào)源索取的電流越小。通用型運(yùn)放的rid可達(dá) 以上，如F007C 的 rid大于 。共119頁(yè) 第90頁(yè) 3.共模抑制比 指運(yùn)放開環(huán)時(shí)，差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比的絕對(duì)值。通常用 表示，單位為分貝（

28、dB）。共模抑制比綜合反映了運(yùn)放對(duì)差模信號(hào)的放大能力及對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。如F007C 的 大于80 dB。6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)共119頁(yè) 第91頁(yè)4. 輸入失調(diào)電壓 一個(gè)理想的集成運(yùn)放，當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓也應(yīng)為零（不加調(diào)零裝置）。但實(shí)際上它的差分輸入級(jí)很難做到完全對(duì)稱，通常在輸入電壓為零時(shí)，存在一定的輸出電壓。 在室溫（25）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為零時(shí)，為了使集成運(yùn)放的輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫做失調(diào)電壓。實(shí)際上指輸入電壓為0時(shí)，輸出電壓折合到輸入端的電壓的負(fù)值，即： 的大小反映了運(yùn)放制造中電路的對(duì)稱程度和電位配合情況。值愈大，說(shuō)明電路的對(duì)稱

29、程度愈差，一般約為（110）mV。 6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)共119頁(yè) 第92頁(yè)5. 輸入偏置電流IIB從使用角度來(lái)看，偏置電流愈小，由信號(hào)源內(nèi)阻變化引起的輸出電壓變化也愈小，一般為10nA1A。 BJT集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端是差分對(duì)管的基極，因此兩個(gè)輸入端總需要一定的輸入電流。輸入偏置電流是指集成運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值。 6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)共119頁(yè) 第93頁(yè)6. 輸入失調(diào)電流IIO在BJT集成電路運(yùn)放中，輸入失調(diào)電流是指當(dāng)輸出電壓為零時(shí)流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即由于信號(hào)源內(nèi)阻的存在，該電流會(huì)引起一輸入電壓，破

30、壞放大器的平衡，使放大器輸出電壓不為零。所以，希望愈小愈好，它反映了輸入級(jí)差分對(duì)管的不對(duì)稱程度，一般約為10nA0.1A。6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)共119頁(yè) 第94頁(yè)7. 溫度漂移（1）輸入失調(diào)電壓溫漂（2）輸入失調(diào)電流溫漂IIO / T放大器的溫度漂移是漂移的主要來(lái)源，是由輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流隨溫度的漂移所引起的。指在規(guī)定溫度范圍內(nèi) 的溫度系數(shù)，是衡量電路溫漂的重要指標(biāo)。不能用外接調(diào)零裝置的辦法來(lái)補(bǔ)償。高質(zhì)量的放大器常選用低漂移的器件來(lái)組成，一般約為（1020）V/C。指在規(guī)定溫度范圍內(nèi) 的溫度系數(shù)，也是對(duì)放大電路電流漂移的量度。同樣不能用外接調(diào)零裝置來(lái)補(bǔ)償。高質(zhì)量

31、的每度幾個(gè)pA。6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)共119頁(yè) 第95頁(yè)8. 最大差模輸入電壓UIdmax9. 最大共模輸入電壓UIcmax指集成運(yùn)放的反相和同相輸入端所能承受的最大電壓值。超過(guò)這個(gè)電壓值，運(yùn)放輸入級(jí)某一側(cè)的BJT將出現(xiàn)發(fā)射結(jié)的反向擊穿，使運(yùn)放的性能顯著惡化，甚至可能造成永久性損壞。利用平面工藝制成的NPN管,其值約為5V左右，而橫向BJT,其值可達(dá)30V以上。 指運(yùn)放所能承受的最大共摸輸入電壓。超過(guò)該值，它的共模抑制比將顯著下降。一般指運(yùn)放在作電壓跟隨器時(shí)，使輸出電壓產(chǎn)生1%跟隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質(zhì)量的運(yùn)放可達(dá)13V。6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指

32、標(biāo)共119頁(yè) 第96頁(yè)10. 最大輸出電流Iomax最大輸出電流是指運(yùn)放所能輸出的正向或負(fù)向峰值電流。通常給出輸出端的短路電流。6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)11. 開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬又稱為-3dB寬帶，是指開環(huán)差摸電壓增值下降3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率。741型集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)如圖所示。由于電路中補(bǔ)償電容C的作用，它的帶寬約為7Hz。共119頁(yè) 第97頁(yè)12. 單位增益帶寬 fT對(duì)應(yīng)于開環(huán)電壓增益頻率響應(yīng)曲線上增益下降到 時(shí)的頻率，即為0dB時(shí)的信號(hào)頻率。它是集成運(yùn)放的重要參數(shù)。741型運(yùn)放的 ，則它的6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)共119頁(yè) 第98頁(yè)13. 轉(zhuǎn)換速率SR

33、轉(zhuǎn)換速率是指放大器在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號(hào)（例如階躍信號(hào)）時(shí)，放大電路輸出電壓對(duì)時(shí)間的最大速率，即 轉(zhuǎn)換速率的大小與許多因素有關(guān)，其中主要是與運(yùn)放所加的補(bǔ)償電容，運(yùn)放本身各級(jí)BJT的極間電容、雜散電容，以及放大電路提供的充電電流等因素有關(guān)。在輸入大信號(hào)的瞬變過(guò)程中，輸出電壓只有在電路的電容被充電后才隨輸入電壓作線性變化。 6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)共119頁(yè) 第99頁(yè)6.5.2 集成電路運(yùn)算放大器的低頻等效電路簡(jiǎn)化的低頻等效電路（對(duì)差模放大）共119頁(yè) 第100頁(yè)6.5.3 集成電路運(yùn)算放大器的分類自學(xué)共119頁(yè) 第101頁(yè) 專用型類 型特 點(diǎn)應(yīng) 用 場(chǎng) 合 通用型種類多，

34、價(jià)格便宜一般測(cè)量、運(yùn)算電路低功耗型功耗低遙感、遙測(cè)電路高精度型型測(cè)量精度高、零漂小毫伏級(jí)或更低微弱信號(hào)測(cè)量高輸入阻抗型rid對(duì)被測(cè)信號(hào)影響小生物醫(yī)電信號(hào)提取、放大高速寬帶型帶寬高、轉(zhuǎn)換速率高視頻放大或高頻振蕩電路高壓型電源電壓48300V高輸出電壓和大輸出功率6.5.4 集成電路運(yùn)算放大器的選擇共119頁(yè) 第102頁(yè)6.5 集成電路運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)和集成運(yùn)放的選擇6.5.1 集成電路運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)6.5.2 集成電路運(yùn)算放大器的低頻等效電路6.5.3 集成電路運(yùn)算放大器的分類6.5.4 集成電路運(yùn)算放大器的選擇共119頁(yè) 第103頁(yè)6.6 集成運(yùn)放的傳輸特性及理想運(yùn)放電路的分

35、析依據(jù) 6.6.1 集成運(yùn)放的傳輸特性運(yùn)放的輸出電壓和差模輸入電壓之間的關(guān)系與為線性關(guān)系的區(qū)域：線性區(qū)與為非線性關(guān)系的區(qū)域：線性區(qū)或飽和區(qū)在不同的區(qū)域工作，其分析方法不同共119頁(yè) 第104頁(yè) 在對(duì)運(yùn)放電路的分析中，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，通常把實(shí)際運(yùn)放理想化。 在理想運(yùn)放中，把 、 、 、 和 視為無(wú)窮大。 視為零。早期集成運(yùn)放的性能指標(biāo)與理想?yún)?shù)相差甚遠(yuǎn)。由于現(xiàn)代集成電路制造工藝的進(jìn)步，已經(jīng)生產(chǎn)出各類接近理想?yún)?shù)的集成運(yùn)算放大器。6.6.2 理想運(yùn)放電路的分析依據(jù)共119頁(yè) 第105頁(yè)對(duì)理想運(yùn)放，表示輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的傳輸特性由圖中的非理想情況下的藍(lán)線變?yōu)榭v坐標(biāo)軸上的紅線。即線性區(qū)：非線性區(qū)

36、（飽和區(qū)）：6.6.2 理想運(yùn)放電路的分析依據(jù)共119頁(yè) 第106頁(yè)運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)下式成立：此時(shí)運(yùn)算放大器可看成為一個(gè)線性放大元件。由于 太大使輸出電壓極易飽和，實(shí)用中,運(yùn)算放大器在線性區(qū)工作時(shí)需引入深度負(fù)反饋。運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)的分析依據(jù)： （1）由于其差模輸入電阻rid，故可認(rèn)為兩個(gè)輸入端的輸 入電流為0，即虛斷。 （2）由于其開環(huán)放大倍數(shù) ，而輸出為有限值，故：即同相輸入端和反相輸入端之間虛短。輸出與輸入為線性關(guān)系6.6.2 理想運(yùn)放電路的分析依據(jù)共119頁(yè) 第107頁(yè) 如果反相端有輸入，同相端接地，即 ，由于 則 ，即反相端的電位接近“地”電位，它是一個(gè)不接“地”的“地”電位端，通常稱為“虛地”。運(yùn)算放大器工作在飽和區(qū)輸出和輸入之間滿足：運(yùn)算放大器工作在飽和區(qū)，兩個(gè)輸入端電流等于零，“虛斷”成立。但兩輸入端的電位并不相等，“虛短”不成立。輸出和輸入之間不為線性關(guān)系6.6.2