差動放大器及集成運算放大器

1、海南風光16.8 差動放大器差動放大器第第16章章 基本放大電路基本放大電路17.1 概述概述17.2 集成運放的開環(huán)和閉環(huán)集成運放的開環(huán)和閉環(huán)第第17章集成運算放大器章集成運算放大器 16.8 16.8 差動放大電路差動放大電路16.8.1直接耦合放大電路直接耦合放大電路16.8.2 基本型差動放大器基本型差動放大器16.8.3 雙電源長尾式差動放大器雙電源長尾式差動放大器16.8.4 恒流源式差動放大器恒流源式差動放大器16.8.5 差動電路的幾種接法差動電路的幾種接法 第第16章章 基本放大電路基本放大電路11.2.1直接耦合電路直接耦合電路因為電容的隔直作用以及低頻時容抗加大，所以阻因

2、為電容的隔直作用以及低頻時容抗加大，所以阻容耦合只適用于放大頻率較高的交流信號。容耦合只適用于放大頻率較高的交流信號。對于直流信號和低頻信號，阻容耦合已不適用，必對于直流信號和低頻信號，阻容耦合已不適用，必須采用直接耦合方式。須采用直接耦合方式。R1+ECRCC1C2TRLuiuoR2能夠放大直流信號（包括慢變信號和低頻信號）的能夠放大直流信號（包括慢變信號和低頻信號）的放大器稱為直流放大器。放大器稱為直流放大器。建立靜態(tài)工作點建立靜態(tài)工作點+UCCuoRC2T21.前后級前后級Q點相互影響。（須增加點相互影響。（須增加RE2）問題問題:uiRC1R1T1R2RE22. .零點漂移零點漂移:

3、:前一級的溫漂將作為后一級的輸前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，被一級級放大，導致后級飽和或截入信號，被一級級放大，導致后級飽和或截止。（止。（須增加兩級之間的直流負反饋）須增加兩級之間的直流負反饋）直接耦合放大器的級聯(lián)直接耦合放大器的級聯(lián)1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): 對稱性結(jié)構(gòu)對稱性結(jié)構(gòu)11.2.2基本型差動放大器基本型差動放大器+UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uo= uC1 - uC2 uC1uC22.優(yōu)點：抑制溫漂優(yōu)點：抑制溫漂 原理如下原理如下:uo= uC1 - uC2 = 0uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0當當ui1 = ui2

4、 = 0 時，時，當溫度變化時：當溫度變化時：對稱性對稱性uC1 = uC2 uC1 = uC2+UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uC1uC23.共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)ACuo= uC1 - uC2 +UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uC1uC2 當當ui1 = ui2（大小相等，極性相同），（大小相等，極性相同），共模輸入信號共模輸入信號 設(shè)設(shè)ui1 ， ui2 ，使，使uC1 ， uC2 。因。因ui1 = ui2， uC1 = uC2 uo= 0 (理想化理想化)。但因兩側(cè)不完全對稱，。但因兩側(cè)不完全對稱， uo 0共模電壓放

5、大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù) AC=uoui1（很小，（很小，1)設(shè)設(shè)ui1 ,ui2 , 使使uC1 ,uC2 。設(shè)。設(shè)uC1 =uC1 - uC1 , uC2 =uC2 + uC2 。因因ui1 = -ui2， uC1 = uC2 uo= uC1 - uC2=- uC1- uC2 =- 2 uC1 差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù) Ad=uoui1 -ui2=uo2ui1 5.共模抑制比共模抑制比(CMRR)的定義的定義CMRR=20 log db(分貝分貝) ACAd例例: Ad=-200 Ac=0.1 CMRR=20 log (-200)/0.1 =66 dbCMRR Common Mode

6、 Rejection Ratio 1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):11.2.3 雙電源長尾式差放雙電源長尾式差放特點：特點：加入射極電阻加入射極電阻R RE E加入負電源加入負電源- U- UEE EE ，采用正負雙電源供電，采用正負雙電源供電+UCC(+15V)RCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uo= uC1 - uC2 uC1uC2-UEE （-15V）REui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）RE2.雙電源長尾式差放中雙電源長尾式差放中雙電源雙電源和和射極電阻射極電阻RE的作用的作用雙電源的作用：雙電源的作用： （1）使信號變化幅度加大。）使信號變化幅

7、度加大。 （2）IB1、IB2由負電源由負電源-UEE提供，可以取消提供，可以取消R1和和RB四個電阻，且使基極的直流靜態(tài)電位四個電阻，且使基極的直流靜態(tài)電位=0雙電源長尾式差放中雙電源和射極電阻雙電源長尾式差放中雙電源和射極電阻RE的作用的作用射極電阻射極電阻RE的作用：的作用：T C IC1 IC2 IE =IE1+IE2UE =IERE+（-UEE）UBE1 、UBE2 IB1 、IB2 IC1 IC2 uo+UCCRCT1RCT2-UEERE（1）直流負反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點）直流負反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點射極電阻射極電阻RE的作用：的作用：（2） RE對共模信號有抑制作用（原理同上，即由對

8、共模信號有抑制作用（原理同上，即由于于RE的負反饋作用，使的負反饋作用，使IE基本不變）基本不變）（3） RE對差模信號相當于開路對差模信號相當于開路ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）REIEui1 =- ui2 ，設(shè)設(shè)ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 = - ie2 IE不變不變 結(jié)論：結(jié)論：IE具有恒具有恒流特性流特性用恒流源代用恒流源代替替RE ，可使，可使電路進一步電路進一步改善改善放大倍數(shù)放大倍數(shù)(1)共模信號輸入共模信號輸入 ui1 = ui2共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù) AC=uoui1(2)差模信號輸入差模

9、信號輸入ui1 =- ui2ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）REuo= uC1 - uC2差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù) Ad=uoui1 -ui2= RCrbe 放大倍數(shù)放大倍數(shù)ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）REuo= uC1 - uC2(3) 如果如果ui1 ui2ud差模分量差模分量:2ui1 - ui2=共模分量共模分量:uC2ui1 + ui2=ui1 = uC + udui2 = uC - ud 疊加疊加分解分解uC + uduC - ud結(jié)論結(jié)論:當兩輸當兩輸入端有任意輸入端有任意輸入時入時,

10、相當于共相當于共模輸入和差模模輸入和差模輸入共存輸入共存放大倍數(shù)放大倍數(shù)ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）REuo= uC1 - uC2uC + uduC - ud只考慮共模輸入時只考慮共模輸入時: uoC= ACuC只考慮差模輸入時只考慮差模輸入時: uod= Ad(2ud)總輸出總輸出: uo= uoC + uod = ACuC + Ad(2ud) Ad(2ud) = Ad(2 )= Ad (ui1 - ui2)2ui1 - ui2ud2ui1 - ui2=uC2ui1 + ui2=ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-1

11、5V）REuo= uC1 - uC2總輸出總輸出: uo= Ad (ui1 - ui2)反相輸入端u-同相輸入端u_+放大倍數(shù)放大倍數(shù)單端輸入單端輸入: 當當 ui2=0時時, 雙端輸入雙端輸入uo= Ad ui111.2.4 恒流源式差放電路恒流源式差放電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu):R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoERCT1RCT2ui1電路特點：電路特點：IC3具有恒流特性具有恒流特性抑制溫漂的原理抑制溫漂的原理T C IC1 IC2 IC1+IC2 =IC3 =IE3 UBE3 =UB3-UE3R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoERCT1RCT2ui1IE3R2R1

12、+R2（UCC-UEE）+（-UEE）UB3=認為穩(wěn)定認為穩(wěn)定UE3 =IE3R3-UEEIC3 結(jié)論：結(jié)論：IC3保持恒流，對共模保持恒流，對共模信號抑制，對差模信號相當信號抑制，對差模信號相當于短路于短路加入溫度補償三極管加入溫度補償三極管T4（BC短接，相當于二極管）短接，相當于二極管）R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoEB2RCT1RCT2ui1IE3IE4T C IE3 IE4 (UCC+UEE- UBE4)/ (R1+R2) 恒定恒定T C UBE4 iBuBET C IE4恒定恒定UBE4減小減小T4 UBE4 UB3 IE3 結(jié)論結(jié)論:T4穩(wěn)定穩(wěn)定IE3恒流源相當

13、于阻值很大的電阻。恒流源相當于阻值很大的電阻。恒流源不影響差模放大倍數(shù)。恒流源不影響差模放大倍數(shù)。恒流源使共模放大倍數(shù)減小，從而增恒流源使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比。理想的恒流源相當于加共模抑制比。理想的恒流源相當于阻值為無窮大的電阻，所以共模抑制阻值為無窮大的電阻，所以共模抑制比無窮大。比無窮大。恒流源的作用恒流源的作用R2T3R1R3-UEE+UCCui2ERC1T1RC1T2ui1T4T1T2RC2RC2RE2單端輸出單端輸出 , 至下一級至下一級雙端輸出雙端輸出雙端輸入雙端輸入如單端輸出如單端輸出,此此RC2可去消可去消11.2.5 差放電路的幾種接法差放電路的幾種接法接法類

14、型：單端輸入，雙端輸入。單端輸出，雙端輸出。接法類型：單端輸入，雙端輸入。單端輸出，雙端輸出。第第12章章 集成運算放大器集成運算放大器12.1 12.1 概述概述12.2 12.2 集成運放的開環(huán)和閉環(huán)集成運放的開環(huán)和閉環(huán)12.1 集成運算放大器概述集成運算放大器概述結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（1）采用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級）采用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級一般采用差動放大器。一般采用差動放大器。（2）輸入級常采用復合三極管或場效應管，以減小）輸入級常采用復合三極管或場效應管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級采用互補對稱式射極跟隨器，以進行功）輸出級采用

15、互補對稱式射極跟隨器，以進行功率放大，提高帶負載的能力。率放大，提高帶負載的能力。IC=IC1+ IC2 = 1 IB + 2(1+ 1 ) IB = 1 + 2(1+ 1 ) IBR2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4為減小為減小IB, 提高輸入電阻提高輸入電阻,T1、T2采用復合三極管采用復合三極管 = IC / IB = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2 ICIBIE 1 2 IC1IC2IB2IE2T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE集成運放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉例）集

16、成運放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉例）第第1級：差動放大器級：差動放大器第第2級：差動放大器級：差動放大器第第3級：單管放大器級：單管放大器第第4級：互補對級：互補對稱射極跟隨器稱射極跟隨器極性判斷極性判斷uu+ uo集成運算放大器符號集成運算放大器符號 反相輸入端反相輸入端 u同相輸入端同相輸入端 u+ 輸出端輸出端 uo美國符號：美國符號：國內(nèi)符號：國內(nèi)符號：集成運算放大器的技術(shù)指標集成運算放大器的技術(shù)指標(1) (1) 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)( (開環(huán)增益開環(huán)增益) )大大 A Ao o(A(Ad d)=u)=uo o/(u/(u+ +-u-u- -)=10)=105 5-10-107

17、 7倍倍; ;(2) (2) 共模抑制比高共模抑制比高 CMRR=100dbCMRR=100db以上以上; ;(3) (3) 輸入電阻大輸入電阻大 r ri i1M1M , , 有的可達有的可達100100M M 以上以上; ;(4) (4) 輸出電阻小輸出電阻小 r ro o = =幾幾 - -幾十幾十 理想運放：理想運放：5.1 5.1 集成運算放大器的分析方法集成運算放大器的分析方法 理想化理想化Ao = CMRR= ri = ro = 0uo =Ao (u+ u) Ao u+ u 0u+ uuo uu+ ib-ib+ u+ =u ib-= ib+ =0 ri ib- 0 ib+ 0集成運算放大器的分析方法集成運算放大器的分析方法輸出電壓變化范圍輸出