差動放大電路 精品課件

1、差動放大電路 課件第1頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三1. 直接耦合放大電路可以放大直流信號2.直接耦合放大電路的零點漂移零漂：主要原因：溫漂指標：# 為什么一般的集成運算放大器都要采用直接耦合方式？溫度變化引起，也稱溫漂。溫度每升高1度時，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。電源電壓波動也是原因之一直接耦合放大電路及其特殊問題輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生第2頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三例如若第一級漂了100 uV，則輸出漂移 1 V。 若第二級也漂了100 uV，則輸出漂移 10 mV。假設(shè)第一級是關(guān)鍵3. 減

2、小零漂的措施用非線性元件進行溫度補償調(diào)制解調(diào)方式。采用差分式放大電路漂了 100 uV漂移 10 mV+100 uV漂移 1 V+ 10 mV漂移 1 V+ 10 mV第3頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三差分電路的組成 由兩個結(jié)構(gòu)完全對稱的共射電路組成，通過射極公共電阻Ree耦合構(gòu)成。 1= 2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb典型差動式放大電路第4頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三差分電路的輸入輸出方式輸入方式Ui單端輸入雙端輸入Ui

3、1Ui2UoUoUo輸出方式單端輸出雙端輸出差模信號和共模信號+-+差模信號 一對大小相等，極性相反的信號，用Uid1、Uid2表示， Uid1= - Uid2共模信號+-+一對大小相等，極性相同的信號，用Uic1、Uic2表示，Uic1= Uic2第5頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三1. 靜態(tài)分析2IeQ由于電路結(jié)構(gòu)對稱，管子特性一致。IBQ1=IBQ2 = IBQICQ1=ICQ2=ICQUC1=UC2 =UCUo第6頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三+-+-Uid1= -Uid2即相當于輸入一對差模信號Ie1Ie2Ib1= -Ib2 Ie1=

4、 -Ie2 Uc1= -Uc2流過Ree上的交流總電流：Ie=Ie1+Ie2= 0Ree上交流壓降為0。因此，畫交流通路時，Ree可視為短路，即兩管的發(fā)射極直接接地。由Uc1= -Uc2可知RL兩端電位一端為正，一端為負，RL的中點應是地電位，即每管對地的負載電阻為RL/2.2.對差模信號的放大作用分析第7頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三RbRcUid1Uo2.對差模信號的放大作用分析T1RbRcUid2T2RL=Rc/(RL/2)rid=2(Rb+rbe)Uidrod 2 Rc與單管增益相同第8頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三雙端輸入雙端輸出r

5、id=2(Rb+rbe)rod 2 Rc雙端輸入單端輸出是單管增益的一半rid=2(Rb+rbe)rod Rc2.對差模信號的放大作用分析C1為反向輸出端,C2為同向輸出端第9頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三工作原理3.對共模信號的抑制作用分析Iec1Iec2Uic1=Uic2=UicIbc1=Ibc2 Iec1=Iec2流過Ree上的電流：Iec=Iec1+Iec2=2 Iec1Ree上的電壓：URee=Iec12Ree畫交流通路時，單管射極電阻應為2Ree。RcT12ReeIec1Uoc1Uic1Rb第10頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三Uo

6、cRcUic1T1Rb2ReeIec1Uoc1RcUic2T2Rb2ReeIec2Uoc2差放的特點：輸入無差別，輸出就不動；輸入有差別，輸出就變動。3 對共模信號的抑制作用分析第11頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三共模抑制比CMRR衡量差放的一個重要指標?；螂p端輸出第12頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三4. 抑制零點漂移 當溫度變化或電源電壓波動時，都將使集電極電流產(chǎn)生變化，且變化趨勢是相同的，其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。 差分放大電路對共模信號有很強的抑制作用，這就意味著差放對由溫度變化或電源電壓波動所引起的輸出漂移有很強的抑制作

7、用。這就是研究共模輸入信號的意義。Iec1Iec2第13頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三5. 幾種方式指標比較輸出方式雙出單出雙出單出第14頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三集成運算放大器概述集成運算放大器結(jié)構(gòu)特點集成運算放大器組成及各部分作用集成運算放大器主要參數(shù)理想集成運算放大器及兩個工作區(qū)域第15頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三 將有源器件、無源器件電阻電容及電路連線等都集中在一塊半導體基片上，并封裝在一個外殼內(nèi)便形成一個完整的電路和系統(tǒng)。集成運算放大器結(jié)構(gòu)特點第16頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星

8、期三 運算放大器圖片第17頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三 運算放大器圖片第18頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三 集成元器件的特點 1. 電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)具有對稱性 電路中各元件在同一基片上，又是通過相同工藝過程制造的，容易制成特性相同的管子。通常同一塊基片上相鄰的元件具有同相偏差，它們的比值誤差較小，匹配性好，對稱性也好，因此集成電路中大量采用比值電路和對稱電路。 2.三極管是集成化元器件中最容易制造的、最基本的元件，二極管大多由三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成,多作溫度補償元件或電位移動電路. 3. 用有源器件代替無源器件。 電阻元件由半導體的體電阻構(gòu)成

9、，阻值越大，占用面積越大，其范圍幾十 -20k；高阻值的電阻多用三極管等有源器件組成的恒流源代替或外接。 4.級間采用直接耦合方式 電容元件一般由PN結(jié)的結(jié)電容或MOS管電容來制作，一般的容量小于200PF。不易制造大電容和電感元件，故集成電路中常采用直接耦合方式。第19頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三 集成運算放大器 集成運算放大器是用集成電路工藝制成的具有很高電壓放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。1、放大緩慢變化信號 2、采用直接耦合放大電 路便于集成第20頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三集成運算放大器是一個高增益直接耦合多級放大電路。差動放大

10、輸入級U-U+中間放大級互補輸出級恒流偏置電路 差動輸入級有兩個輸入U+、U-，當信號從U-輸入，輸出Uo與U-極性相反，稱U-為反相輸入端；當信號從U+輸入，輸出Uo與U+極性相同，稱U+為同相輸入端。減小漂移增益級一般高增益共射電路低阻功率輸出級，提高負載能力。提供穩(wěn)定合適的偏流一般由恒流源組成Uo集成運算放大器組成及各部分作用第21頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三集成運放的特點：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小第22頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三一、理想運放的條件1.開環(huán)差模電壓增益Aod=;2.差模輸入電阻Rid=;3.輸出電阻Ro=0;

11、4.共模抑制比CMRR=;5.開環(huán)帶寬BW=;6.失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零。主要條件條件較難滿足，可采用專用運放來近似滿足。 為簡化對集成運放應用電路的分析，常把集成運放視為理想器件。其主要滿足以下一些條件：實際運放的技術(shù)指標與理想運放比較接近，因此用理想運放代替實際運放分析所產(chǎn)生的誤差并不大，在工程計算中是允許的，由此卻帶來了分析的大大簡化。理想集成運算放大器及兩個工作區(qū)域第23頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三-V-I-+V+I+Vo二、理想運放的工作狀態(tài)及其特點VoV+V-0VOHVOL理想實際線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)運放的傳輸特性VOH為正向輸出飽和電壓VOL為負向

12、輸出飽和電壓其數(shù)值接近運放的正負電源電壓引入深度負反饋開環(huán)或引入正反饋分析應用電路的工作原理時，首先要分清運放工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)。第24頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三 線性工作狀態(tài)1.理想運放的同相和反相輸入端電流近似為零I+=I-02.理想運放的同相和反相輸入端電位近似相等V+=V-RidV+-V-=Vo/AU0虛斷虛短在分析運算放大器處于線性狀態(tài)時，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。虛地如將運放的同相端接地V+=0，則V-=0,即反相端是一 個不接“地”的“地”，稱為“虛地”虛地點對地的電位為“0”由于理想運放的輸入電阻非常高，在分析處于線性狀態(tài)運放時，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。二、理想運放的工作狀態(tài)及其特點-V-I-+V+I+Vo第25頁，共26頁，2022年，5月20日，4點48分，星期三1.理想運放的同相和反相輸入端電流近似為零2. 當V+V-時，Vo為正向輸出飽和電壓VOH 當V