差動(dòng)放大電路課件

差動(dòng)放大電路課件第一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.直接耦合放大電路可以放大直流信號(hào)2.直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移零漂：主要原因：溫漂指標(biāo)：#為什么一般的集成運(yùn)算放大器都要采用直接耦合方式？溫度變化引起，也稱(chēng)溫漂。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輸入漂移電壓值。電源電壓波動(dòng)也是原因之一直接耦合放大電路及其特殊問(wèn)題輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生第二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日例如若第一級(jí)漂了100uV，則輸出漂移1V。若第二級(jí)也漂了100uV，則輸出漂移10mV。假設(shè)第一級(jí)是關(guān)鍵3.減小零漂的措施用非線(xiàn)性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償調(diào)制解調(diào)方式。采用差分式放大電路漂了100uV漂移

10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV第三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日差分電路的組成

由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)的共射電路組成，通過(guò)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=RCRb1=Rb2=Rb典型差動(dòng)式放大電路第四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日差分電路的輸入輸出方式輸入方式Ui單端輸入雙端輸入U(xiǎn)i1Ui2UoUoUo輸出方式單端輸出雙端輸出差模信號(hào)和共模信號(hào)+--+差模信號(hào)一對(duì)大小相等，極性相反的信號(hào)，用Uid1、Uid2表示，Uid1=-Uid2共模信號(hào)+--+一對(duì)大小相等，極性相同的信號(hào)，用Uic1、Uic2表示，Uic1=Uic2第五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.靜態(tài)分析2IeQ由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，管子特性一致。IBQ1=IBQ2=

IBQICQ1=ICQ2=ICQUC1=UC2=UCUo第六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日+-+-Uid1=-Uid2即相當(dāng)于輸入一對(duì)差模信號(hào)Ie1Ie2Ib1=-Ib2Ie1=-Ie2Uc1=-Uc2流過(guò)Ree上的交流總電流：Ie=Ie1+Ie2=0Ree上交流壓降為0。因此，畫(huà)交流通路時(shí)，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(fù)，RL的中點(diǎn)應(yīng)是地電位，即每管對(duì)地的負(fù)載電阻為RL/2.2.對(duì)差模信號(hào)的放大作用分析第七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日RbRcUid1Uo2.對(duì)差模信號(hào)的放大作用分析T1RbRcUid2T2R'L=Rc//(RL/2)rid=2(Rb+rbe)Uidrod≈2Rc與單管增益相同第八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日雙端輸入—雙端輸出rid=2(Rb+rbe)rod≈2Rc雙端輸入—單端輸出是單管增益的一半rid=2(Rb+rbe)rod≈Rc2.對(duì)差模信號(hào)的放大作用分析

C1為反向輸出端,C2為同向輸出端第九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日工作原理3.對(duì)共模信號(hào)的抑制作用分析Iec1Iec2Uic1=Uic2=UicIbc1=Ibc2Iec1=Iec2流過(guò)Ree上的電流：Iec=Iec1+Iec2=2Iec1Ree上的電壓：URee=Iec12Ree畫(huà)交流通路時(shí)，單管射極電阻應(yīng)為2Ree。RcT12ReeIec1Uoc1Uic1Rb第十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日UocRcUic1T1Rb2ReeIec1Uoc1RcUic2T2Rb2ReeIec2Uoc2差放的特點(diǎn)：輸入無(wú)差別，輸出就不動(dòng)；輸入有差別，輸出就變動(dòng)。3對(duì)共模信號(hào)的抑制作用分析第十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日共模抑制比CMRR—衡量差放的一個(gè)重要指標(biāo)。或雙端輸出第十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.抑制零點(diǎn)漂移

當(dāng)溫度變化或電源電壓波動(dòng)時(shí)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化，且變化趨勢(shì)是相同的，其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)。差分放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用，這就意味著差放對(duì)由溫度變化或電源電壓波動(dòng)所引起的輸出漂移有很強(qiáng)的抑制作用。這就是研究共模輸入信號(hào)的意義。Iec1Iec2第十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出第十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日集成運(yùn)算放大器概述集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器組成及各部分作用集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)理想集成運(yùn)算放大器及兩個(gè)工作區(qū)域第十五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日

將有源器件、無(wú)源器件電阻電容及電路連線(xiàn)等都集中在一塊半導(dǎo)體基片上，并封裝在一個(gè)外殼內(nèi)便形成一個(gè)完整的電路和系統(tǒng)。集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第十六頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日

運(yùn)算放大器圖片第十七頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日運(yùn)算放大器圖片第十八頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日集成元器件的特點(diǎn)1.電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)具有對(duì)稱(chēng)性

電路中各元件在同一基片上，又是通過(guò)相同工藝過(guò)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(duì)稱(chēng)性也好，因此集成電路中大量采用比值電路和對(duì)稱(chēng)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(bǔ)償元件或電位移動(dòng)電路.3.用有源器件代替無(wú)源器件。

電阻元件由半導(dǎo)體的體電阻構(gòu)成，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(jí)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(lái)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。第十九頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日集成運(yùn)算放大器

集成運(yùn)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(jí)直接耦合放大電路。1、放大緩慢變化信號(hào)2、采用直接耦合放大電路便于集成第二十頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日集成運(yùn)算放大器是一個(gè)高增益直接耦合多級(jí)放大電路。差動(dòng)放大輸入級(jí)U-U+中間放大級(jí)互補(bǔ)輸出級(jí)恒流偏置電路

差動(dòng)輸入級(jí)有兩個(gè)輸入U(xiǎn)+、U-，當(dāng)信號(hào)從U-輸入，輸出Uo與U-極性相反，稱(chēng)U-為反相輸入端；當(dāng)信號(hào)從U+輸入，輸出Uo與U+極性相同，稱(chēng)U+為同相輸入端。減小漂移增益級(jí)一般高增益共射電路低阻功率輸出級(jí)，提高負(fù)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(yùn)算放大器組成及各部分作用第二十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日集成運(yùn)放的特點(diǎn)：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小第二十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日一、理想運(yùn)放的條件1.開(kāi)環(huán)差模電壓增益Aod=∞;2.差模輸入電阻Rid=∞;3.輸出電阻Ro=0;4.共模抑制比CMRR=∞;5.開(kāi)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(mǎn)足，可采用專(zhuān)用運(yùn)放來(lái)近似滿(mǎn)足。

為簡(jiǎn)化對(duì)集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析，常把集成運(yùn)放視為理想器件。其主要滿(mǎn)足以下一些條件：實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)與理想運(yùn)放比較接近，因此用理想運(yùn)放代替實(shí)際運(yùn)放分析所產(chǎn)生的誤差并不大，在工程計(jì)算中是允許的，由此卻帶來(lái)了分析的大大簡(jiǎn)化。理想集成運(yùn)算放大器及兩個(gè)工作區(qū)域第二十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日-V-I-+V+I+Vo二、理想運(yùn)放的工作狀態(tài)及其特點(diǎn)VoV+V--0VOHVOL理想實(shí)際線(xiàn)性區(qū)非線(xiàn)性區(qū)非線(xiàn)性區(qū)運(yùn)放的傳輸特性VOH為正向輸出飽和電壓VOL為負(fù)向輸出飽和電壓其數(shù)值接近運(yùn)放的正負(fù)電源電壓引入深度負(fù)反饋開(kāi)環(huán)或引入正反饋分析應(yīng)用電路的工作原理時(shí)，首先要分清運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)還是非線(xiàn)性區(qū)。第二十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日

線(xiàn)性工作狀態(tài)1.理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零I+=I-≈02.理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電位近似相等V+=V-Rid≈∞V+-V-=Vo/AU≈0虛斷虛短在分析運(yùn)算放大器處于線(xiàn)性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱(chēng)為虛假短路，簡(jiǎn)稱(chēng)虛短。虛地如將運(yùn)放的同相端接地V+=0，則V-=0,即反相端是一個(gè)不接“地”的“地”，稱(chēng)為“虛地”虛地點(diǎn)對(duì)地的電位為“0”由于理想運(yùn)放的輸入電阻非常高，在分析處于線(xiàn)性狀態(tài)運(yùn)放時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路，這一特性稱(chēng)為虛假開(kāi)路，簡(jiǎn)稱(chēng)虛斷。二、理想運(yùn)放的工作狀態(tài)及其特點(diǎn)-V-I-+V+I+Vo第二十五頁(yè)，共二十六頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零2.當(dāng)V+>V-時(shí)，Vo為正向輸出飽和電壓VOH當(dāng)V+