差动放大器与集成运算放大器.ppt

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1、(4-1),电子技术,第四章 差动放大器与集成运算放大器,模拟电路部分,(4-2),第四章 差动放大器与集成运算放大器,4.1 差动放大电路4.2 集成运放的内部结构及特点4.3 集成运放的主要性能指标,(4-3),4.1.1 直接耦合电路的特殊问题,增加R2、RE2:用于设置合适的Q点。,问题 1:前后级Q点相互影响。,4.1 差动放大电路,(4-4),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,(4-5),一、结构,特点：结构对称。,4.1.2 基本型差动放大器,ui1,ui2,(4-6),二、抑制零漂的原理,uo=U

2、C1-UC2=0,uo=(UC1+uC1)-(UC2+uC2)=0,当 ui1=ui2=0 时：,当温度变化时：,+UCC,(4-7),三、共模电压放大倍数AC,+UCC,共模输入信号：ui1=ui2=uC（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,(4-8),四、差模电压放大倍数Ad,差模输入信号：ui1=-ui2=ud（大小相等，极性相反）,(很大，1),设uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因ui1=-ui2，uC1=-uC2 uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1,差模电

3、压放大倍数：,+UCC,(4-9),五、共模抑制比(CMRR)的定义,例:Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg(-200)/0.1=66 dB,CMRR Common Mode Rejection Ratio,KCMRR=,KCMRR(dB)=,(分贝),(4-10),一、结构,为了使左右平衡，可设置调零电位器:,4.1.3 双电源长尾式差放,特点：加入射极电阻RE；加入负电源-UEE，采用正负双电源供电。,(4-11),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。,(4-12),二、静态分析,温度T,IC,IE=2IC,UE,UBE,I

4、B,IC,1.RE的作用,设ui1=ui2=0,RE 具有强负反馈作用,抑制温度漂移，稳定静态工作点。,(4-13),IC1=IC2=IC=IB,UC1=UC2=UCCICRC,UE1=UE2=IBRBUBE,UCE1=UCE2=UC1UE1,(4-14),三、动态分析,1.输入信号分类,(1)差模(differential mode)输入,ui1=-ui2=ud,(2)共模(common mode)输入,ui1=ui2=uC,差模电压放大倍数:,共模电压放大倍数:,(4-15),结论：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=uC+ud；ui2=uC-ud

5、,例:ui1=20 mV,ui2=10 mV,则：ud=5mV,uc=15mV,差模分量:,共模分量:,(4-16),(一)差模输入,均压器,(4-17),RE 对差模信号作用,ui1,ui2,ib1,ic1,ib2,ic2,ic1=-ic2,iRE=ie1+ie2=0,uRE=0,RE对差模信号不起作用,(4-18),差模信号通路,T1单边微变等效电路,(4-19),1.放大倍数,单边差模放大倍数:,(4-20),若差动电路带负载RL(接在 C1 与 C2 之间),对于差动信号而言，RL中点电位为 0,所以放大倍数：,即：总的差动电压放大倍数为：,差模电压放大倍数:,(4-21),ro=2R

6、C,ro,输入电阻：,输出电阻：,2.输入输出电阻,思考题：电路去掉RB能正常工作吗？RB的作用是什么？,(4-22),(二)共模输入,RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使IE基本不变）。,uC,ic1、ic2,iRE、uRE,(4-23),共模信号通路:,(4-24),T1单边微变等效电路,(4-25),AC 0,问题：负载影响共模放大倍数吗？,不影响！,(4-26),4.1.4 恒流源式差放电路,电路结构:,(4-27),rce3 1M,恒流源,T3:放大区,静态分析：主要分析T3管。,VB3VE3 IE3 IC3,(4-28),电路改进：加入温度补偿三极管T

7、4（BC短接，相当于二极管）,温度,IE3,温度,UBE4,UB3,IE3,结论：T4稳定IE3。,IE3,UBE4,Q变化,(4-29),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,(4-30),4.1.5 差放电路的几种接法,双端输入双端输出：,Ad=Ad1,双端输入单端输出：,(4-31),单端输出：,对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。,ud=0.5ui,uc=0,ud=0.5ui,uc=0.5ui,(4-32),集

8、成电路:将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。,集成电路的优点：,工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。,集成电路的分类：,模拟集成电路、数字集成电路；,小、中、大、超大规模集成电路；,4.2 集成运放的内部结构及特点,(4-33),集成电路内部结构的特点：,1.电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。,2.电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。,3.几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。,4.二极管一般用三极管的发射结构成。,(4-34),UEE,+UCC,u+,uo,u,反相输入端

9、,同相输入端,原理框图：,输入级,中间级,输出级,与uo反相,与uo同相,(4-35),对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR,输入阻抗 ri 尽可能大。,对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。,对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io。即输出阻抗 ro小。,（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。,(4-36),IC=IC1+IC2=1 IB+2(1+1)IB=1+2(1+1)IB,为减小IB

10、，提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管,=IC/IB=1+2(1+1)1 2,(4-37),第4级：互补对称射极跟随器,第3级：单管放大器,+,集成运放内部结构（举例）,极性判断,(4-38),ri 大:几十k 几百 k,运放的特点：,KCMRR 很大,ro 小：几十 几百,A o 很大:104 107,运放符号：,国际符号,国内符号,(4-39),4.3 集成运放的主要性能指标,一、开环差模电压放大倍数Aod,无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的Aod为。,二、共模抑制比KCMMR,常用分贝作单位，一般100dB以上。,三、差模输入电阻rid,ri1M,有的可

11、达100M以上。,四、输出电阻ro,ro=几-几十。,(4-40),五、最大共模输入电压UIcmax,六、最大差模输入电压UIdmax,七、-3dB带宽fH,运放是直流放大器，也可放大低频信号，不适用于高频信号。,还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。不再一一介绍。,关于集成运放的应用下面分三个章节介绍。其中运放都是作为理想运放来处理。,(4-41),电子技术,第四章 结束,模拟电路部分,(4-42),第四章总结,一、差放电路,要求：理解差动放大器结构形式及原理。放大倍数、输入电阻、输出电阻的公式推导及计算不必掌握。,本章介绍的放大器的特点：直流、低频信号放大。,二、运算放大器,要求：掌握理想运放的特点。,