線性電子電路：第三章 第六章 集成運算放大電路

第三章集成運算放大電路集成運放性能特點Au很大：（104~107或80~140dB）Ri很大：（幾k~105M或）Ro很小：（幾十

）靜態(tài)輸入、輸出電位均為零。集成運放電路符號反相輸入端同相輸入端輸出端u-u+uo+-TheOperationalAmplifier(Op-Amp)AnalogIC運算放大器實質(zhì)：高增益直接耦合放大電路

集成運放電路組成由于實際電路較復(fù)雜，因此讀圖時，應(yīng)根據(jù)電路組成，把整個電路劃分成若干基本單元進(jìn)行分析。輸入級中間增益級輸出級偏置電路采用改進(jìn)型差分放大器采用1~2級共發(fā)電路采用射隨器或互補(bǔ)對稱放大器采用電流源運算放大器外形圖型號命名

數(shù)字序號

(與世界上其它廠家同類型產(chǎn)品的序號相同。)

其它例如:集成功率放大器的型號命名CD－－－－

集成穩(wěn)壓器的型號命名CW－－－－差分放大器具有抑制零點漂移的作用，廣泛用于集成電路的輸入級，是另一類基本放大器。3.1差分放大器一.電路結(jié)構(gòu)由兩完全對稱的共發(fā)電路，經(jīng)射極電阻REE耦合而成。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLT1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL采用正負(fù)雙電源供電：VCC=|VEE|。具有兩種輸出方式：雙端輸出、單端輸出。

1=2=

VBE1=VBE2=VBE

rbe1=rbe2=rbeRC1=RC2=RC

T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL因電路采用正負(fù)雙電源供電，則VBQ1=

VBQ20二.靜態(tài)分析--估算電路Q點T1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ2令vi1=vi2=0，畫出電路直流通路。因此0入0出。差模信號和共模信號三.交流性能差模信號：指大小相等、極性相反的信號。表示為

u’i1

=-u’i2

=uid

/2差模輸入電壓uid

=ui1

-

ui2

共模信號：指大小相等、極性相同的信號。表示為

u’’i1

=u’’2

=uic共模輸入電壓uic

=(ui1

+ui2

)/2任意信號：均可分解為一對差模信號與一對共模信號之代數(shù)和。

ui1

=uic+

uid

/2ui2

=uic

-

uid

/2即(differential-mode)(common-mode)例：ui1=10.02v,ui2=9.98v，求uid,uicuid

=ui1

-

ui2=

10.02-9.98=0.04Vuic

=(ui1

+ui2

)/2=(10.02+9.98)/2=10V一對差模輸入信號

u’i1

=-u’i2

=uid

/2＝０.０２Ｖ一對共模輸入信號

u’’i1

=u’’i2

=uiＣ＝１０Ｖ實際中：差模信號－－－有用信號共模信號－－－干擾信號所以：輸入信號是兩部分疊加！解：同樣對輸出uｏ

三.交流性能（續(xù)）差模輸出電壓uod

=uo1

-

uo2

共模輸出電壓uoc

=uo1

=

uo2且

uo1

=uoc+

uod

/2ui2

=uoc

-

uod

/2差放半電路分析法因電路兩邊完全對稱，因此差放分析的關(guān)鍵，就是如何在差模輸入與共模輸入時，分別畫出半電路交流通路。在此基礎(chǔ)上分析電路各項性能指標(biāo)。分析步驟：差模分析畫半電路差模交流通路計算Aud、Rid、Rod

共模分析畫半電路共模交流通路計算Auc、KCMR、Ric

根據(jù)需要計算輸出電壓

雙端輸出：

計算uo單端輸出：

計算uo1

、

uo2四種接法：A雙入雙出同C單入雙出B雙入單出同D單入單出差模性能分析T1+-+-VCCREEui1voVEE+-ui2RCRCT2RLREE對差模視為短路。iC2=ICQ-

iCiC1=ICQ+iC因IEE=iC1+iC2=2ICQ（不變）故RL中點視為交流地電位，即每管負(fù)載為RL/2。直流電源短路接地。RC+-uo1+-ui1RL2T1半電路差模交流通路1）半電路差模交流通路注意：關(guān)鍵在于對公共器件的處理?！?○-ui1

=-ui2

=uid

/2○-○+2）差模性能指標(biāo)分析差模輸入電阻差模輸出電阻差模電壓增益注意：電路采用了成倍元件，但電壓增益并沒有得到提高。半電路差模交流通路RC+-uo1+-ui1RL2T1ii雙入雙出uo1

=-uo2

=uod

/2雙入單端輸出與雙端輸出電路的區(qū)別：僅在于對RL的處理上。T1+-+-VCCREEui1uoVEE+-ui2RCRCT2RL不變減小減小RC+-uo1=

uod+-ui1RLT1ii半電路差模交流通路注意：左出（Ｔ１）為負(fù)，右出（Ｔ２）為正，電壓增益僅為單管共射電路的一半！對臂輸出，極性相反！

單入雙出單入=雙入ui1

=－ui2

=ui/2

④單入雙出故：Re對Ie分流極小，可忽略！共模性能分析T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL每管發(fā)射極接2REE。iC2=ICQ+

iCiC1=ICQ+iC因IEE=iC1+iC2=2ICQ+2iC則RL對共模視為開路。直流電源短路接地。1）半電路共模交流通路因此REE上的共模電壓：2iCREE因為流過RL的共模電流為0。半電路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REE○+○-○-○+ui1

=ui2

=uiCuo1

=uo2雙端輸出電路2）共模性能指標(biāo)分析共模輸入電阻共模輸出電阻共模電壓增益電路特點半電路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REE無意義雙端輸出電路利用對稱性抑制共模信號。利用對稱性抑制共模信號（溫漂）原理：單端輸出電路T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL與雙端輸出電路的區(qū)別：僅在于對RL的處理上。不變半電路共模交流通路

RC+-voc1=voc+-vic1=vicT12REERL單端輸出電路特點單端輸出電路利用REE的負(fù)反饋作用抑制共模信號。利用REE抑制共模信號原理：T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL一般射極電阻REE取值較大因此很小。結(jié)論無論電路采用何種輸出方式，差放都具有放大差模信號、抑制共模信號的能力。差放性能指標(biāo)—歸納總結(jié)

Rid與電路輸入、輸出方式無關(guān)。

Rod僅與電路輸出方式有關(guān)。

Aud僅與電路輸出方式有關(guān)。

Auc僅與電路輸出方式有關(guān)。雙端輸出單端輸出雙端輸出單端輸出雙端輸出單端輸出其中其中共模抑制比

KCMR是用來衡量差分放大器對共模信號抑制能力的一項重要指標(biāo)，其值越大越好。

定義雙端輸出電路單端輸出電路提高IEE（即增大gm）、增大REE提高KCMR普通差放存在的問題：采用恒流源的差分放大器REEKCMR抑制零點漂移能力但I(xiàn)EEQ點降低輸出動態(tài)范圍T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3其中很大雙端輸出時單端輸出時

任意輸入時，輸出信號的計算其中其中例：圖示電路，已知

=100，ui=20sint(mV)，求uo解：T1VCCREEuiuoVEERCRCT2RL22.6k10k10k(12V)(-12V)（1）分析Q點（2）分析Aud2

、Auc2由于則（3）計算vo由于則掌握：差放組成、特點、基本概念及靜動態(tài)指標(biāo)計算3.2電流源電路及其應(yīng)用直流狀態(tài)工作時，可提供恒定的輸出電流IO。

交流工作時，具有很高輸出電阻RO，可作有源負(fù)載使用。+-VQ+vRiB恒定iC外電路（電流源電路）+-VQR電流源IO（直流狀態(tài)）+-R電流源ROu（交流狀態(tài)）電流源電路特點：對電流源電路要求：直流狀態(tài)工作時，要求IO精度高、熱穩(wěn)定性好。交流狀態(tài)工作時，要求RO大（理想情況RO）。利用iB恒定時，iC接近恒流特性而構(gòu)成。電流源電路原理：3.2.1鏡像電流源電路假設(shè)T1、T2兩管嚴(yán)格配對基本鏡像電流源T1VCCiC1RT2IRiC2=IOuBE1

=uBE2

由于根據(jù)得知因此，稱iC2是iC1的鏡像。參考電流由于因此（>>2）當(dāng)溫度變化時，由于、VBE(on)的影響，IO熱穩(wěn)定性降低。

IO精度及熱穩(wěn)定性由得知：當(dāng)

較小時，IO與IR之間不滿足嚴(yán)格的鏡像關(guān)系，IO精度降低。輸出電阻RO由得知：RO=rce2減小

影響的鏡像電流源T1VCCiC1RT2IRIOiRET3結(jié)構(gòu)特點T1管c、b之間插入一射隨器T3。電路優(yōu)點減小分流

i，提高IO作為IR鏡像的精度。由圖整理得式中RO=rce2輸出電阻比例式鏡像電流源T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2結(jié)構(gòu)特點兩管射極串接不同阻值的電阻。電路優(yōu)點RO增大，IO恒流特性得到改善。由（較大）（較大）得當(dāng)時得式中微電流源T1VCCRT2IRIOR2iE2令比例鏡像電流源中的R1=0

。由式中

根據(jù)集成工藝的要求，電阻R不易做太大，故前述電流源的IO只能做到mA量級。得輸出電阻電路優(yōu)點：可提供A量級的電流，且RO大，精度高。6.1概述6.2乙類互補(bǔ)功放6.3其它類型互補(bǔ)功放6.4實用功放讀圖6.5小結(jié)與基本要求06功率放大電路PowerAmplifiersRef:ch8_OutputStagesandPowerAmplifiers3.2在一實際的放大電路中,一般包括電壓放大器和功率放大器.

§6.1

概述電壓放大器的主要任務(wù)：不失真的提高輸入信號的電壓幅度.

討論的主要性能指標(biāo)：小信號工作：小信號等效電路功率放大器的主要任務(wù)：給負(fù)載提供功率,且在不失真或輕度失真的條件下的提高輸出功率.

大信號工作：圖解法電壓放大功率放大小信號大信號電流放大充分小的功耗盡可能大的動態(tài)范圍足夠低的輸出電阻CC一、功放電路特點1．輸出功率Po盡可能大

2．效率要高Po大，電路的能量損耗也大3．非線性失真要小大信號工作狀態(tài)，與Po、是一對矛盾要求Vo和Io都足夠大,管子大信號極限條件下運用4．功放管散熱和保護(hù)問題

(ref:5.5功率器件_Page212)二、功放電路分類

ClassesofPowerAmplifiers根據(jù)靜態(tài)偏置或輸出功放管導(dǎo)通角的不同，功放電路可分為四種:甲類(class-A)乙類(class-B)甲乙類(class-AB)丙類(class-C)(ref:P493_ClassCOperation)類別工作點波形導(dǎo)通角特點甲類甲乙類乙類較高較低最低360180180—360無失真效率低失真大效率最高失真大效率較高功放電路分類比較表一、電路(circuit)OCL(OutputCapacitorless)雙管：NPN、PNP特性相同且互補(bǔ)

(complementarypairofbipolartransistors)雙共集電路雙電源供電

6.2乙類互補(bǔ)功放

ClassBcomplementarypush-pulloutputstage又稱OCL互補(bǔ)功放二、工作原理(Operation)vi正半周時結(jié)論：兩個三極管，輪流導(dǎo)電（正、負(fù)半周）互補(bǔ)不足忽略三極管的開啟電壓:T1導(dǎo)電iE1通過RLVi負(fù)半周時T2導(dǎo)電iE2通過RL合成完整、不失真波形互補(bǔ)complementary推挽push-pull組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Vom=VCC-VCESvo=-vce1．輸出功率Po三、參數(shù)計算最大不失真功率為：理想最大輸出功率為：以正半周為例功率三角形Vom:峰值2．電源供給功率PV3．三極管的管耗PT

問：Vom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Vom求導(dǎo)得出：PT1max發(fā)生在Vom=2VCC/=0.64VCC處將Vom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式得：4．效率η當(dāng)Vom=VCC

時，ηmax=π/4=78.5％。四、選管條件1．PCM2．3．PT1max

=0.2PoMvi很小時,在正、負(fù)半周交替過零處會出現(xiàn)非線性失真，這個失真稱為交越失真。五、存在問題_交越失真(Crossoverdistortion)

為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點偏置，使之工作在甲乙類。參數(shù)計算：與乙類功放同

(a)利用二極管提供偏置電壓(b)利用三極管恒壓源提供偏置甲乙類(classAB)互補(bǔ)功率放大電路6.3其它類型互補(bǔ)功率放大電路

6.3.1單電源互補(bǔ)功放

6.3.2采用復(fù)合管的互補(bǔ)功放

6.3.3集成功放

6.3.4BTL互補(bǔ)功放

6.3.5雙通道功放6.2.3單電源互補(bǔ)功放OTL（Outputtransformerless)

單電源電容器Co選擇：靜態(tài):Vk=VCC/2參數(shù)計算：OCL公式中以VCC/2取代VCC

LLπ21fRC3(5-10):在下圖所示的兩個電路中，已知VCC均為6V，RL均為8，且圖（a）中的電容C足夠大，假設(shè)三極管的飽和管壓降UCES均可以忽略：①分別估算兩個電路的最大輸出功率Pom；②分別估算兩個電路中直流電源消耗的功率PV。③三極管的最大功耗分別等于多少？④流過三極管的最大集電極電流分別等于多少？⑤三極管集電極和發(fā)射極之間承受的最大電壓分別等于多少？⑥為了在負(fù)載上得到最大輸出功率Pom，輸入端應(yīng)加上的正弦電壓有效值分別等于多少？例

6.3.2采用復(fù)合管的互補(bǔ)功放

當(dāng)輸出功率較大時往往采用復(fù)合管復(fù)合管有四種形式：達(dá)林頓管(Darlington)：由NPN、PNP復(fù)合而成。復(fù)合管極性=前面管極性

6.3.3集成功率放大器廣泛用于音響、電視和小電機(jī)的驅(qū)動方面。大多數(shù)集成功率放大器=運算放大器+互補(bǔ)功率輸出。使用方法原則上與集成運放相同，注意極限參數(shù)（功耗、最大允許電源電壓等）一般加有足夠大的散熱器作業(yè)：電路如圖，已知VCES=1V，RL=8Ω，VCC=15V1、當(dāng)vi(t)足夠大時的Pomax，ηmax2、D1，D2的作用是什么？3、靜態(tài)時K點對地電位VK

為多少？4、當(dāng)vi(t)>0時，是T1管導(dǎo)通還是，T2管導(dǎo)通5、當(dāng)vi(t)=100sinωt（mV），且

AV3=-20時，Po=？PC=？η=？通用集成運放F007內(nèi)部電路簡介（一）、F007電路的外表及外接電路雙列直插式封裝：圓形外殼封裝：外接電路：調(diào)零電阻F007內(nèi)部電路圖：第四章放大器基礎(chǔ)（二）、識圖步驟：讀圖的方法：讀圖就是看懂電子電路的原理，弄清它的組成及功能，進(jìn)而進(jìn)行必要的定量估算。

由于電子電路是對信號進(jìn)行處理的電路。因而讀圖時應(yīng)以信號流向為主線，以基本單元電路為依據(jù)，沿主要通路，將整個電路劃分成具有獨立功能的若干部分進(jìn)行分析。前面我們學(xué)習(xí)了二極管、三極管、場效應(yīng)管等器件，以及由它們構(gòu)成的電壓電流放大器、功率放大器、差分放大器等單元電路。今天我們通過對F007電路的了解來復(fù)習(xí)、鞏固、深化所學(xué)知識，并把認(rèn)識從孤立的單元上升到實際電路的目的。第四章放大器基礎(chǔ)具體步驟如下：1、了解用途、找出通路：

為有助于弄清電路的工作原理，避免走彎路，讀圖前，應(yīng)先了解電路用于何處，起什么作用。在此基礎(chǔ)上，找出信號的傳輸通路，由于信號的流通樞紐是有源器件，因此應(yīng)以它為中心連線查找。2、對照單元、化整為零：

通路找出后，電路的主要部分就顯露出來了，為此對照所學(xué)的基本單元電路，將原理圖分成若干個具有單一功能的部分，畫出單元框圖，并定性分析每個部分的工作原理及功能。3、統(tǒng)觀整體，估算性能：

沿信號流向，用帶箭頭的線段把單元框圖連接成整體框圖，由此可看出各單元怎樣配合起來實現(xiàn)電路功能的。最后對各單元電路的性能進(jìn)行定量的估算。以得到整個電路的性能指標(biāo)。進(jìn)而加深對電路的認(rèn)識，找到影響性能的主要環(huán)節(jié)，為調(diào)試、維修，甚至改進(jìn)打下基礎(chǔ)。第四章放大器基礎(chǔ)了解用途、找出通路：

找出信號的傳輸通路，由于信號的流通樞紐是有源器件，因此應(yīng)以它為中心連線查找。返回簡化電路圖第四章放大器基礎(chǔ)簡化電路圖：返回第四章放大器基礎(chǔ)對照單元、化整為零：

通路找出后，電路的主要部分就顯露出來了，為此對照所學(xué)的基本單元電路，將原理圖分成若干個具有單一功能的部分，畫出單元框圖，并定性分析每個部分的工作原理及功能。第四章放大器基礎(chǔ)中間電壓放大級和輸出功放級返回第四章放大器基礎(chǔ)統(tǒng)觀整體，估算性能：

沿信號流向，用帶箭頭的線段把單元框圖連接成整體框圖，由此可看出各單元怎樣配合起來實現(xiàn)電路功能的。最后對各單元電路的性能進(jìn)行定量的估算。以得到整個電路的性能指標(biāo)。進(jìn)而加深對電路的認(rèn)識，找到影響性能的主要環(huán)節(jié)，為調(diào)試、維修，甚至改進(jìn)打下基礎(chǔ)。多級放大器的分析方法第四章放大器基礎(chǔ)多級放大器的分析方法

F007集