第7講集成運算放大器_1.

1、第第6章章 多級放大電路多級放大電路6.1 多級放大電路多級放大電路6.2 集成運算放大電路簡介集成運算放大電路簡介 6.3 差分放大電路差分放大電路 6.4 功率放大電路功率放大電路 6.5 功率放大電路功率放大電路6.6 集成運算放大電路集成運算放大電路6.1 多級放大電路多級放大電路兩級之間通過耦合電容兩級之間通過耦合電容 C2 與下級輸入電阻連接與下級輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+oU1OUiUSEB1R B2R T1T2阻容耦合 Q點相互獨立點相互獨立。不能放大變化緩慢的信號，低頻。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不

2、能集成化。特性差，不能集成化。共射電路共射電路共集電路共集電路有零點漂移嗎？有零點漂移嗎？ 利用電容連接信號利用電容連接信號源與放大電路、放大源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路的前后級、放大電路與負載，為阻容電路與負載，為阻容耦合。耦合。將前級的輸出端直接接后級的輸入端。將前級的輸出端直接接后級的輸入端。可用來放大緩慢變化的信號或直流量變化的信號。便可用來放大緩慢變化的信號或直流量變化的信號。便于集成化。于集成化。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE2直接耦合既是第一級的集電極電阻，既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻又是第二級的基極電阻 能夠放大變化緩慢的信能夠放

3、大變化緩慢的信號，便于集成化，號，便于集成化， Q點相互點相互影響，影響，存在零點漂移現(xiàn)象。存在零點漂移現(xiàn)象。 當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。位的變化會逐級放大。第二級第二級第一級第一級Q1合適嗎？合適嗎？直接直接連接連接輸入為零，輸出輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移稱為零點漂移求解求解Q點時應按各回路列多元一次方程，然后解方程組。點時應按各回路列多元一次方程，然后解方程組。如何設置合適的靜態(tài)工作點？對哪些動態(tài)參對哪些動態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？數(shù)產(chǎn)生影響？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可設

4、置合適的既可設置合適的Q點，又可使第點，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太多？二級放大倍數(shù)不至于下降太多？若要若要UCEQ5V，則應怎么辦？用多個二極管嗎？，則應怎么辦？用多個二極管嗎？二極管導通電壓二極管導通電壓UD？動態(tài)電阻？動態(tài)電阻rd特點？特點？Re必要性？必要性？穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管伏安特性伏安特性 UCEQ1太小太小加加Re（Au2數(shù)值數(shù)值）改用改用D若要若要UCEQ1大大，則改用，則改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用 在用在用NPN型管組成型管組成N級共射放大電路，由于級共射放大電路，由于UCQi UBQi，所以所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后級集電極電位接），

5、以致于后級集電極電位接近電源電壓，近電源電壓，Q點不合適。點不合適。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 指輸入信號電壓為零時，輸出電壓發(fā)生指輸入信號電壓為零時，輸出電壓發(fā)生 緩慢地、無規(guī)則地變化的現(xiàn)象。緩慢地、無規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uotO晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓 波動、電路元件參數(shù)的變化。波動、電路元件參數(shù)的變化。1. 前后級靜態(tài)工作點相互影響前后級靜態(tài)工作點相互影響 直接影響對輸入信號測量的準確程度和分辨能力。直接影響對輸入信號測量的準確程度和分辨能力。 嚴重時，可能淹沒有效信號電

6、壓，無法分辨是有效嚴重時，可能淹沒有效信號電壓，無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓。信號電壓還是漂移電壓。 一般用輸出漂移電壓折合到輸入端的等效漂移電一般用輸出漂移電壓折合到輸入端的等效漂移電壓作為衡量零點漂移的指標。壓作為衡量零點漂移的指標。uAuuodId 只有輸入端的等效漂移電壓比輸入信號小許多時，放只有輸入端的等效漂移電壓比輸入信號小許多時，放大后的有用信號才能被很好地區(qū)分出來。大后的有用信號才能被很好地區(qū)分出來。6.1.2多級放大電路的動態(tài)參數(shù)分析多級放大電路的動態(tài)參數(shù)分析1. 1.電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 2. 輸入電阻

7、輸入電阻i1iRR 3. 3. 輸出電阻輸出電阻nRRoo 對電壓放大電路的要求：對電壓放大電路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的數(shù)值的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。大，最大不失真輸出電壓大。)(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR二、分析舉例二、分析舉例討論討論一 失真分析：由失真分析：由NPN型管組成的兩級共射放大電路型管組成的兩級共射放大電路共射放共射放大電路大電路共射放共射放大電路大電路iuou飽和失真？截止失真？飽和失真？截

8、止失真？ 首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。首先確定在哪一級出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。 比較比較Uom1和和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時，則可判斷在輸入信號逐漸增大時哪一級首先出現(xiàn)失真。哪一級首先出現(xiàn)失真。 在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。討論二：放大電路的選用討論二：放大電路的選用1. 按下列要求組成兩級放大電路：按下列要求組成兩級放大電路： Ri12k，Au 的數(shù)值的數(shù)值3000； Ri 10M，Au的數(shù)值的數(shù)值300； Ri10

9、0200k，Au的數(shù)值的數(shù)值150； Ri 10M ，Au的數(shù)值的數(shù)值10，Ro100。共射、共射；共源、共射；共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。共集、共射；共源、共集。2. 若測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載若測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù)？電壓放大倍數(shù)？注意級聯(lián)時兩級注意級聯(lián)時兩級的相互影響！的相互影響！ 集成運算放大器是一種高電壓增益，高輸入集成運算放大器是一種高電壓增益，高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦合放大電路。電阻和低輸出電阻

10、的多級直接耦合放大電路。 運算放大器方框圖6.2 集成運算放大電路集成運算放大電路輸入級：輸入級：輸入電阻高，能減小零點漂移和輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干擾信號，都采用帶恒流源的差放抑制干擾信號，都采用帶恒流源的差放 。 中間級：中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構成。恒流源的共發(fā)射極放大電路構成。 輸出級：輸出級：與負載相接，要求輸出電阻低，與負載相接，要求輸出電阻低，帶負載能力強，一般由互補對稱電路或射帶負載能力強，一般由互補對稱電路或射極輸出器構成。極輸出器構成。 4.1.24.1.2 運算放大器的引線運算放大器的引線 運算放大

11、器的符號中有運算放大器的符號中有三個引線端三個引線端，兩個兩個輸入端輸入端，一個輸出端一個輸出端。一個稱為。一個稱為同相輸入端同相輸入端，即該端輸入信號變化的極性與輸出端相同，用即該端輸入信號變化的極性與輸出端相同，用符號符號+表示；另一個稱為表示；另一個稱為反相輸入端反相輸入端，即該，即該端輸入信號變化的極性與輸出端相反，用符號端輸入信號變化的極性與輸出端相反，用符號“- -”表示。表示。輸出端輸出端在輸入端的另一側，在符號在輸入端的另一側，在符號邊框內標有邊框內標有+號。號。集成放大器的符號集成放大器的符號運運算算放放大大器器外外形形圖圖6.3 6.3 差分放大電路差分放大電路一、零點漂移

12、現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因一、零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因二、基本放大電路的組成二、基本放大電路的組成三、具有恒流源的差分放大電路三、具有恒流源的差分放大電路四、差分放大電路的四種接法四、差分放大電路的四種接法五、差分放大電路的改進五、差分放大電路的改進1. 1. 什么是零點漂移現(xiàn)象什么是零點漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動，元器件老化。其中晶產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動，元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂?？朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫摲答?，溫度補償。克服溫漂的方法：引入直流負反饋

13、，溫度補償。 典型電路：差分放大電路典型電路：差分放大電路零點漂移零點漂移零輸入零輸入零輸出零輸出理想對稱理想對稱信號特點？信號特點？能否放大？能否放大？共模信號：大小相等，極性相同。共模信號：大小相等，極性相同。差模信號：大小相等，極性相反差模信號：大小相等，極性相反.信號特點？能否放大？信號特點？能否放大？典型電路典型電路02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII在理想對稱的情況下：在理想對稱的情況下：1. 克服零點漂移；克服零點漂移；2. 零輸入零輸出；零輸入零輸出；3. 抑制共模信號；抑制共模信號；4. 放大差模信號。

14、放大差模信號。RRRRt+VCCuI 電路結構對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對電路結構對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應電阻元件的參數(shù)值都相等。應電阻元件的參數(shù)值都相等。差分放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結構。差分放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結構。 +UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2兩個輸入、兩個輸入、兩個輸出兩個輸出兩管兩管靜態(tài)工靜態(tài)工作點相同作點相同uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0靜態(tài)時，靜態(tài)時，ui1 = ui2 = 0當溫度升高時當溫度升高時ICVC （兩管變化量相等）（兩

15、管變化量相等）+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+ui1ui2+T2+共模信號共模信號 需要抑制需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2+差模信號差模信號 是有用信號是有用信號例例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 例例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 18 mV + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 8 mV + 2 mV 這種輸

16、入常作為比較放大來應用，在自動控制這種輸入常作為比較放大來應用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。系統(tǒng)中是常見的。 差分放大電路的分析差分放大電路的分析 eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的嗎？是必要的嗎？1. Q點：eEQBEQBQEE2RIURIVb晶體管輸入回路方程：晶體管輸入回路方程：通常，通常，Rb較小，且較小，且IBQ很小，故很小，故BEQcCQCCCEQURIVU選合適的選合適的VEE和和Re就就可得合適的可得合適的Q2. 2. 抑制共模信號抑制共模信號 0 )(

17、)(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，參參數(shù)數(shù)理理想想對對稱稱時時共共模模放放大大倍倍數(shù)數(shù)C21CC21CB21Buuiiii共模信號：數(shù)值相等、極性相同的共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即輸入信號，即IcI2I1uuu2. 2. 抑制共模信號抑制共模信號 ：Re的共模負反饋作用的共模負反饋作用0 cIcOccAuuA參數(shù)理想對稱時參數(shù)理想對稱時共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)Re的共模負反饋作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號的共模負反饋作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號對于每一邊電對于每一邊電路，路，Re=?如如 T()IC1 IC2 UE I

18、B1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。3. 3. 放大差模信號放大差模信號C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中電流不變，即中電流不變，即Re 對差模信號無反饋作用。對差模信號無反饋作用。2/IdI2I1uuu差模信號：數(shù)值相等，極性相反差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即的輸入信號，即2Idu2Idu )(2bebBIdrRiu為什么？為什么？差模信號作用時的動態(tài)分析差模信號作用時的動態(tài)分析bebLcd)2( rRRRA差模放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)IdOdduuA)2(2LcCOdR

19、Riu 2 )(2cobebiRRrRR，4. 4. 動態(tài)參數(shù)動態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR 共模抑制比共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力和抑制共模信號的能力。號的能力和抑制共模信號的能力。下，下，在參數(shù)理想對稱的情況在參數(shù)理想對稱的情況CMRcdCMRKAAK 在實際應用時，信號源需要有在實際應用時，信號源需要有“ 接地接地”點，以避免點，以避免干擾；或負載需要有干擾；或負載需要有“ 接地接地”點，以安全工作。點，以安全工作。 根據(jù)信號源和負載的接地情況，差分放大電路有四種根據(jù)信號源和負載的接地情況，差分放大電路有四種接法

20、：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。入雙端輸出、單端輸入單端輸出。 若電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數(shù)若電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數(shù) Ac = 0 輸出電壓輸出電壓 若電路不完全對稱，則若電路不完全對稱，則 Ac 0，實際輸出電壓實際輸出電壓 即共模信號對輸出有影響即共模信號對輸出有影響 。 Re 越大，每一邊的漂移越小，共模負反饋越越大，每一邊的漂移越小，共模負反饋越強，單端輸出時的強，單端輸出時的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放越大，差分放大電路的性能越好。大電路的性能越好。 但為使靜態(tài)電

21、流不變，但為使靜態(tài)電流不變，Re 越大，越大，VEE越越大，以大，以至于至于Re太大就太大就不合理了。不合理了。 需在低電源條件下，需在低電源條件下，設置合適的設置合適的IEQ，并得到，并得到得到趨于無窮大的得到趨于無窮大的Re。解決方法：采用電流源取代解決方法：采用電流源取代Re！具有恒流源差分放大電路的組成具有恒流源差分放大電路的組成3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效電阻等效電阻為無窮大為無窮大近似為近似為恒流恒流cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于輸入回路沒有變由于輸入回路沒有變化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一

22、樣。但與雙端輸出時一樣。但是是UCEQ1 UCEQ2。1. 1. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出：Q點分析點分析1. 1. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分析：差模信號作用下的分析bebLcd)( 21rRRRAcobebi)(2RRrRR，1. 1. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析：共模信號作用下的分析bebLcd)( 21rRRRAebebLcc)1 (2)( RrRRRAbebebebCMR)1 (2rRRrRK1. 1. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出：問題討論：問題討論bebLcd)( 21rRRRA（1）T2的的Rc可以短路嗎？可以短

23、路嗎？（2）什么情況下）什么情況下Ad為為“”？（3）雙端輸出時的）雙端輸出時的Ad是單端輸出時的是單端輸出時的2倍嗎？倍嗎？bebebebCMR)1 (2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，2. 2. 單端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出共模輸入電壓共模輸入電壓差模輸入電壓差模輸入電壓 輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入：輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入： 在輸入信號作用下發(fā)射極在輸入信號作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？的電位變化嗎？說明什么？2/IIcIIduuuu，2. 2. 單端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出問題討論：問題討論：（1）UOQ產(chǎn)生的原因？產(chǎn)生的原因？（2

24、）如何減小共模輸出）如何減小共模輸出電壓？電壓？OQIcIdO2UuAuAu測試測試:差模輸出差模輸出共模輸出共模輸出靜態(tài)時的值靜態(tài)時的值3. 3. 四種接法的比較四種接法的比較：電路：電路參數(shù)參數(shù)理想對稱條件下理想對稱條件下輸入方式：輸入方式： Ri均為均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時無共模信號輸入，；雙端輸入時無共模信號輸入，單端輸入時有共模信號輸入。單端輸入時有共模信號輸入。輸出方式：輸出方式：Q點、點、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均與之有關。均與之有關。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA雙端輸出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1

25、(2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA單端輸出：1) RW取值應大些？還是小些？取值應大些？還是小些？2) RW對動態(tài)參數(shù)的影響？對動態(tài)參數(shù)的影響？3) 若若RW滑動端在中點，寫出滑動端在中點，寫出Ad、Ri的表達式。的表達式。2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR1. 1. 加調零電位器加調零電位器 RWdoidmd2 RRRRgA，2. 2. 場效應管差分放大電路場效應管差分放大電路若若uI1=10mV，uI2=5mV，則，則uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mV討論一討論一RRRRt+VCCuI 若將電橋的輸出

26、作為差放若將電橋的輸出作為差放的輸入，則其共模信號約為的輸入，則其共模信號約為多少？如何設置多少？如何設置Q點時如何點時如何考慮？考慮？1、uI=10mV，則，則uId=? uIc=? 2、若、若Ad=102、KCMR103用直流表測用直流表測uO ，uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?討論二討論二6.4 6.4 功率放大電路功率放大電路一、功率放大電路概述一、功率放大電路概述二、二、OCL電路電路三、其它類型的功率放大電路三、其它類型的功率放大電路電電源源供供給給的的直直流流功功率率率率負負載載得得到到的的交交流流信信號號功功 ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管在輸入信號晶體管在輸入信號的整個周期都導通的整個周期都導通靜態(tài)靜態(tài)IC較大，波形較大，波形好好, 管耗大效率