差動放大電路演示文稿

差動放大電路演示文稿目前一頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)

主要內(nèi)容§1概述§2差動放大電路的基本形式§3射極耦合差動放大電路§4具有恒流源差動放大電路2目前二頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)集成運(yùn)算放大電路概述

集成電路：是一種將“管”和“路”緊密結(jié)合的器件，它以半導(dǎo)體單晶硅為芯片，采用專門的制造工藝，把晶體管、場效應(yīng)管、二極管、電阻和電容等元件及它們之間的連線所組成的完整電路制作在一起，使之具有特定的功能。集成運(yùn)算放大電路：最初用于各種模擬信號的運(yùn)算（如比例、求和、求差、積分、微分等）上，故被稱為集成運(yùn)算放大電路，簡稱集成運(yùn)放。目前三頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、因?yàn)楣杵喜荒苤谱鞔箅娙荩约蛇\(yùn)放均采用直接耦合方式。二、因?yàn)橄噜徳哂辛己玫膶ΨQ性，而且受環(huán)境溫度和干擾等影響后的變化也相同，所以集成運(yùn)放中大量采用各種差分放大電路（作輸入級）和恒流源電路（作偏置電路或有源負(fù)載）。三、因?yàn)橹谱鞑煌问降募呻娐?，只是所用掩模不同，增加元器件并不增加制造工序，所以集成運(yùn)放允許采用復(fù)雜的電路形式，以達(dá)到提高各方面性能的目的。四、因?yàn)楣杵喜灰酥谱鞲咦柚惦娮瑁栽诩蛇\(yùn)放中常用有源元件（晶體管或場效應(yīng)管）取代電阻。五、集成晶體管和場效應(yīng)管因制作工藝不同，性能上有較大差異，所以在集成運(yùn)放中常采用復(fù)合形式，以得到各方面性能俱佳的效果。目前四頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)輸入級：輸入電阻高、靜態(tài)電流小、共模抑制比高，常采用差動放大電路。中間級：采用有源負(fù)載的共發(fā)射極電路，增益大。偏置電路：為各級設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，鏡像電流源，微電流源。輸出級：線性范圍寬、輸出電阻?。磶ж?fù)載能力強(qiáng)）、非線性失真小等。常用互補(bǔ)共集放大電路構(gòu)成。輸入級偏置電路中間級輸出級+uouid集成運(yùn)放的組成及其各部分的作用目前五頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)在實(shí)踐中，通常采用多級放大電路對信號進(jìn)行放大多級放大電路各級間的連接方式（耦合方式）有三種：阻容耦合，直接耦合，變壓器耦合6目前六頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)阻容耦合阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)：由于前后級是通過電容相連的，所以各級的靜態(tài)工作點(diǎn)是相互獨(dú)立的，不互相影響，這給放大電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來了很大的方便。阻容耦合的缺點(diǎn)：不適用傳送緩慢變化的信號。更不能傳送直流信號；另外，大容量的電容在集成電路中難以制造，所以，阻容耦合在線性集成電路中無法采用。7目前七頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)直接耦合為了避免電容對緩慢信號帶來的不良影響，去掉耦合電容，將前級輸出直接連到下一級，我們稱之為直接耦合。直接耦合的缺點(diǎn)：適用傳送緩慢變化的信號。直接耦合的缺點(diǎn)：前后級Q點(diǎn)相互影響。零點(diǎn)漂移。8目前八頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)變壓器耦合通過變壓器，把初級的交流信號傳送到次級。而直流電壓和電流通不過變壓器。變壓器耦合主要用于功率放大電路。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)交流的傳送而直流不能通過。而且可變換電壓和實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。缺點(diǎn)：體積大、重量大、頻率特性差。9目前九頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)uiRC1R1T1直接耦合電路的特殊問題增加R2

、RE2

:用于設(shè)置合適的Q點(diǎn)。問題

1:前后級Q點(diǎn)相互影響。2.差動放大電路的基本形式+UCCuoRC2T2R2RE210目前十頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)問題

2:零點(diǎn)漂移。前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得當(dāng)

ui

等于零時(shí)，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有時(shí)會將信號淹沒11目前十一頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)對稱。2.基本差動放大電路12目前十二頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)vi1vi2線性放大電路vo共模信號輸入電壓：差模信號：是指在兩個(gè)輸入端加幅度相等，極性相反的信號。共模信號：是指在兩個(gè)輸入端加幅度相等，極性相同的信號。共模信號與差模信號差模信號輸入電壓：目前十三頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)二、抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：14目前十四頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)三、差模電壓放大倍數(shù)Aud差模輸入信號：

ui1=-ui2=1/2*Uid

（大小相等，極性相反）(很大，>1)因ui1=-ui2，

uo1=-uo2

uo=uo1-uo2=2uo1

差模電壓放大倍數(shù)：差模輸入電壓：Uid＝Ui1－Ui215目前十五頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)四、共模電壓放大倍數(shù)AuC共模輸入信號：

ui1=ui2=uiC

（大小相等，極性相同）理想情況：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模電壓放大倍數(shù)：（很小，<1)但因兩側(cè)不完全對稱，uo

016目前十六頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)五.任意輸入的信號: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=20mV,ui2=10mV則：uid=5mV,uic=15mV差模分量:共模分量:17目前十七頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)3.射極耦合差動放大電路基本差動放大電路靠電路的對稱性，在電路的兩管集電極c1、c2間輸出，將溫度的影響抵消，這種輸出我們稱為雙端輸出。而實(shí)際電路中每一個(gè)管子并沒有任何措施消除零漂，所以，基本差動電路存在如下問題。①由于電路難于絕對對稱，所以輸出仍然存在零漂。②由于每一個(gè)管子沒有采取消除零漂的措施，所以當(dāng)溫度變化范圍十分大時(shí)，有可能差動放大管進(jìn)入截止或飽和，使放大電路失去放大能力。③在實(shí)際工作中，常常需要對地輸出，即從c1或c2對地輸出(單端輸出)，而這時(shí)的零漂與單管放大電路一樣，仍然十分嚴(yán)重。對此，我們提出射極耦合差動放大電路。18目前十八頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)一、結(jié)構(gòu)由于電路不可能絕對對稱。為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器:3射極耦合差動放大電路特點(diǎn)：加入射極電阻RE；加入負(fù)電源-UEE

，采用正負(fù)雙電源供電。19目前十九頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)雙電源的作用：（1）使信號變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負(fù)電源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEUCE=UCC+UEE

-IC(RC+2RE

)20目前二十頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)射極電阻RE的作用射極電阻RE的作用：T°CIC1

IC2

IE

=IC1+IC2UE

=IERE+（-UEE）UBE1

、UBE2

IB1、IB2

IC1

IC2

uo+UCCRCT1RCT2-UEERE（1）直流負(fù)反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)目前二十一頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)射極電阻RE的作用：（2）RE對共模信號有抑制作用（原理同上，即由于RE的負(fù)反饋?zhàn)饔?，使IE基本不變）（3）RE對差模信號相當(dāng)于短路ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REIEui1=-ui2，設(shè)ui1,ui2ib1,ib2ie1,ie2ie1=-ie2IE不變

結(jié)論：IE具有恒流特性用恒流源代替RE

，可使電路進(jìn)一步改善目前二十二頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)2.靜態(tài)分析直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=IB

UCE=UCC+UEE

-IC(RC+2RE

)23目前二十三頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)三、動態(tài)分析(1)差模(differentialmode)電壓放大倍數(shù)24目前二十四頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)25目前二十五頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)三、共模抑制比(CMR)的定義例:Aud=-200

Auc=0.1KCMR=20lg(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMR=KCMR

(dB)=(分貝)26目前二十六頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)27目前二十七頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)28目前二十八頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)恒流源差動放大電路29目前二十九頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)

恒流源T:放大區(qū)uCEIB3iCUCE3IC3QUCE3恒流源差動放大電路30目前三十頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)恒流源差動放大電路目前三十一頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)靜態(tài)分析32目前三十二頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)33目前三十三頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)34目前三十四頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)1.恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。2.恒流源不影響差模放大倍數(shù)。3.恒流源影響共模放大倍數(shù)，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(dāng)于阻值為無窮的電阻，所以共模抑制比是無窮。恒流源的作用35目前三十五頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)補(bǔ)充：電壓增益36目前三十六頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)37目前三十七頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)38目前三十八頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)目前三十九頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)40目前四十頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)41目前四十一頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)42目前四十二頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)上面兩圖為：單端輸入，雙端輸出右圖為：單端輸入，單端輸出43目前四十三頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)四種差動放大電路比較輸入電阻輸入：單端或雙端；雙端輸出輸入：單端或雙端；單端輸出單端輸入目前四十四頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)45目前四十五頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)46目前四十六頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)47目前四十七頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)四種差分放大電路比較輸入電阻雙端輸出單端輸出單端輸入目前四十八頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)R2T3R1R3-UEE+UCCui2ERC1T1RC1T2ui1T4T1T2RC2RC2RE2單端輸出,至下一級雙端輸出雙端輸入如單端輸出,此RC2可去消3.2.5差放電路的幾種接法接法類型：單端輸入，雙端輸入。單端輸出，雙端輸出。目前四十九頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)補(bǔ)充：電流源50目前五十頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)51目前五十一頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)52目前五十二頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)53目前五十三頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)

集成電路運(yùn)算放大器中的電流源一、電流源電路的特點(diǎn)：這是輸出電流恒定的電路。它具有很高的輸出電阻。1、BJT、FET工作在放大狀態(tài)時(shí)，其輸出電流都是具有恒流特性的受控電流源；由它們都可構(gòu)成電流源電路。2、在模擬集成電路中，常用的電流源電路有：鏡象電流源、精密電流源、微電流源、多路電流源等3、電流源電路一般都加有電流負(fù)反饋，4、電流源電路一般都利用PN結(jié)的溫度特性，對電流源電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以減小溫度對電流的影響。電流源概述目前五十四頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)

電流源概述

2、作各種放大器的有源負(fù)載，以提高增益、增大動態(tài)范圍。二、電流源電路的用途：1、給直接耦合放大器的各級電路提供直流偏置電流，以獲得極其穩(wěn)定的Q點(diǎn)。

3、由電流源給電容充電，可獲得隨時(shí)間線性增長的電壓輸出。4、電流源還可單獨(dú)制成穩(wěn)流電源使用。目前五十五頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)

集成電路電流源

一、鏡象電流源三極管T1、T2匹配，則,BE2BE1BE21VVV====bbb

鏡象電流源其中：基準(zhǔn)電流是穩(wěn)定的，故輸出電流也是穩(wěn)定的。目前五十六頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)作為有源負(fù)載的應(yīng)用57目前五十七頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)58目前五十八頁\總數(shù)六十五頁\編于十三點(diǎn)二、微電流源

微電流源電路,接入Re2