差动放大电路课件.ppt

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1、电子技术,模拟电路部分,第三章 集成运算放大电路,差动放大器,1,t课件,主要内容,1 概述2 差动放大电路的基本形式3 射极耦合差动放大电路4 具有恒流源差动放大电路,2,t课件,集成运算放大电路概述,集成电路：是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。 集成运算放大电路：最初用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分等）上，故被称为集成运算放大电路，简称集成运放。,3,t课件,集成运放的电路结构特点,一、因为硅片上不能制作大电容，所

2、以集成运放均采用直接耦合方式。二、因为相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰等影响后的变化也相同，所以集成运放中大量采用各种差分放大电路（作输入级）和恒流源电路（作偏置电路或有源负载）。三、因为制作不同形式的集成电路，只是所用掩模不同，增加元器件并不增加制造工序，所以集成运放允许采用复杂的电路形式，以达到提高各方面性能的目的。四、因为硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中常用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。五、集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成运放中常采用复合形式，以得到各方面性能俱佳的效果。,4,t课件,输入级：输入电阻高、静态电流小、共模抑制

3、比高，常采用差动放大电路。中间级：采用有源负载的共发射极电路，增益大。偏置电路：为各级设置合适的静态工作点，镜像电流源，微电流源。输出级：线性范围宽、输出电阻小（即带负载能力强）、非线性失真小等。常用互补共集放大电路构成。,集成运放的组成及其各部分的作用,5,t课件,在实践中，通常采用多级放大电路对信号进行放大,多级放大电路各级间的连接方式（耦合方式）有三种：阻容耦合，直接耦合，变压器耦合,6,t课件,阻容耦合,阻容耦合的优点：由于前后级是通过电容相连的，所以各级的静态工作点是相互独立的，不互相影响，这给放大电路的分析、设计和调试带来了很大的方便。阻容耦合的缺点：不适用传送缓慢变化的信号。更不

4、能传送直流信号；另外，大容量的电容在集成电路中难以制造，所以，阻容耦合在线性集成电路中无法采用。,7,t课件,直接耦合,为了避免电容对缓慢信号带来的不良影响，去掉耦合电容，将前级输出直接连到下一级，我们称之为直接耦合。直接耦合的缺点：适用传送缓慢变化的信号。直接耦合的缺点：前后级Q点相互影响。零点漂移。,8,t课件,变压器耦合,通过变压器，把初级的交流信号传送到次级。而直流电压和电流通不过变压器。变压器耦合主要用于功率放大电路。优点：实现交流的传送而直流不能通过。而且可变换电压和实现阻抗匹配。缺点：体积大、重量大、频率特性差。,9,t课件,直接耦合电路的特殊问题,增加R2 、RE2 : 用于设

5、置合适的Q点。,问题 1 :前后级Q点相互影响。,2.差动放大电路的基本形式,10,t课件,问题 2 :零点漂移。,前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当 ui 等于零时， uo不等于零。,有时会将信号淹没,11,t课件,一、结构,特点：结构对称。,2. 基本差动放大电路,12,t课件,共模信号输入电压：,差模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相反的信号。,共模信号 ：是指在两个输入端加幅度相等，极性相同的信号。,共模信号 与差模信号,差模信号输入电压：,13,t课件,二、 抑制零漂的原理,uo= UC1 - UC2 = 0,uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2

6、) = 0,当 ui1 = ui2 =0 时：,当温度变化时：,14,t课件,三、差模电压放大倍数Aud,差模输入信号： ui1 =- ui2 =1/2*Uid （大小相等，极性相反）,(很大，1),因ui1 = -ui2， uo1 =-uo2 uo= uo1 - uo2= 2uo1,差模电压放大倍数：,差模输入电压：UidUi1Ui2,15,t课件,四、 共模电压放大倍数AuC,共模输入信号： ui1 = ui2 = uiC （大小相等，极性相同）,理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0,共模电压放大倍数：,（很小，1),但因两侧不完全对称， uo 0,16,t课件,五

7、. 任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共模分量。,注意：ui1 = uiC + uid ；ui2 = uiC - uid,例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV,则：uid = 5mV , uic = 15mV,差模分量:,共模分量:,17,t课件,3.射极耦合差动放大电路,基本差动放大电路靠电路的对称性，在电路的两管集电极c1、c2间输出，将温度的影响抵消，这种输出我们称为双端输出。而实际电路中每一个管子并没有任何措施消除零漂，所以，基本差动电路存在如下问题。由于电路难于绝对对称，所以输出仍然存在零漂。由于每一个管子没有采取消除零漂的措施，所以当温

8、度变化范围十分大时，有可能差动放大管进入截止或饱和，使放大电路失去放大能力。在实际工作中，常常需要对地输出，即从c1或c2对地输出(单端输出)，而这时的零漂与单管放大电路一样，仍然十分严重。对此，我们提出射极耦合差动放大电路。,18,t课件,一、结构,由于电路不可能绝对对称。为了使左右平衡，可设置调零电位器:,3 射极耦合差动放大电路,特点：加入射极电阻RE ；加入负电源 -UEE ，采用正负双电源供电。,19,t课件,双电源的作用：,（1）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。,UCE= UCC+ UEE - IC(RC + 2RE ),20,t课件,射极电阻RE的作

9、用,射极电阻RE的作用：,T C,（1）直流负反馈，稳定静态工作点,21,t课件,射极电阻RE的作用：,（2） RE对共模信号有抑制作用（原理同上，即由于RE的负反馈作用，使IE基本不变）（3） RE对差模信号相当于短路,ui1 =- ui2 ，设ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 = - ie2 IE不变,结论：IE具有恒流特性,用恒流源代替RE ，可使电路进一步改善,22,t课件,IC1= IC2= IC= IB,UCE= UCC+ UEE - IC(RC + 2RE ),23,t课件,三、 动态分析,(1)差模(differential mode)电压放大倍数,

10、24,t课件,25,t课件,三、共模抑制比(CMR)的定义,例: Aud=-200 Auc=0.1 KCMR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB,CMRR Common Mode Rejection Ratio,KCMR =,KCMR (dB) =,(分贝),26,t课件,27,t课件,28,t课件,恒流源差动放大电路,29,t课件,恒流源,T:放大区,恒流源差动放大电路,30,t课件,恒流源差动放大电路,31,t课件,静态分析,32,t课件,33,t课件,34,t课件,1. 恒流源相当于阻值很大的电阻。,2. 恒流源不影响差模放大倍数。,3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍

11、数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。,恒流源的作用,35,t课件,补充：电压增益,36,t课件,37,t课件,38,t课件,39,t课件,40,t课件,41,t课件,42,t课件,上面两图为：单端输入，双端输出,右图为：单端输入，单端输出,43,t课件,四种差动放大电路比较,输入电阻输入：单端或双端；双端输出输入：单端或双端；单端输出单端输入,44,t课件,45,t课件,46,t课件,47,t课件,四种差分放大电路比较,输入电阻双端输出单端输出单端输入,48,t课件,单端输出 , 至下一级,双端输出双端输入,如单端输出,此RC2可去消,3.2.

12、5 差放电路的几种接法,接法类型：单端输入，双端输入。单端输出，双端输出。,49,t课件,补充：电流源,50,t课件,51,t课件,52,t课件,53,t课件,集成电路运算放大器中的电流源,一、电流源电路的特点：这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。1、BJT、FET工作在放大状态时，其输出电流都是具有恒流特性的受控电流源；由它们都可构成电流源电路。2、在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等3、电流源电路一般都加有电流负反馈，4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性，对电流源电路进行温度补偿，以减小温度对电流的影响。,电 流 源 概 述,

13、54,t课件,电 流 源 概 述,55,t课件,集成电路电流源,一、镜象电流源,镜象电流源,其中：基准电流 是稳定的，故输出电流 也是稳定的。,56,t课件,作为有源负载的应用,57,t课件,58,t课件,二、微电流源,微电流源电路,接入Re2电阻得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，适用微功耗的集成电路和集成放大器的前置级中。,微电流源,IC2 远小于IREF ,当R取 几k 时， IREF 为mA量级，而IC2可降至A量级的微电流源。且IC2 的稳定性也比IREF 的稳定性好。,59,t课件,60,t课件,三、比例式电流源,在镜象电流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成比例电流源。,比例式电流源,61,t课件,62,t课件,五、多路电流源,通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点电流，即可构成多路电流源。图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流IC2、IC3。,多路电流源,63,t课件,例4.2.1,64,t课件,以电流源为有源负载的放大电路,有源负载共射放大电路,集电极的动态电流几乎全部流向负载，提高Au,65,t课件,有源负载差分放大电路,将T1管的集电极电流变化转换成输出电流，使所有变化电流流向负载,66,t课件,