差動放大電路演示文稿

差動放大電路演示文稿當(dāng)前第1頁\共有65頁\編于星期六\5點

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當(dāng)前第2頁\共有65頁\編于星期六\5點集成運算放大電路概述

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。集成運算放大電路：最初用于各種模擬信號的運算（如比例、求和、求差、積分、微分等）上，故被稱為集成運算放大電路，簡稱集成運放。當(dāng)前第3頁\共有65頁\編于星期六\5點集成運放的電路結(jié)構(gòu)特點一、因為硅片上不能制作大電容，所以集成運放均采用直接耦合方式。二、因為相鄰元件具有良好的對稱性，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載）。三、因為制作不同形式的集成電路，只是所用掩模不同，增加元器件并不增加制造工序，所以集成運放允許采用復(fù)雜的電路形式，以達到提高各方面性能的目的。四、因為硅片上不宜制作高阻值電阻，所以在集成運放中常用有源元件（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，所以在集成運放中常采用復(fù)合形式，以得到各方面性能俱佳的效果。當(dāng)前第4頁\共有65頁\編于星期六\5點輸入級：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，鏡像電流源，微電流源。輸出級：線性范圍寬、輸出電阻小（即帶負載能力強）、非線性失真小等。常用互補共集放大電路構(gòu)成。輸入級偏置電路中間級輸出級+uouid集成運放的組成及其各部分的作用當(dāng)前第5頁\共有65頁\編于星期六\5點在實踐中，通常采用多級放大電路對信號進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當(dāng)前第6頁\共有65頁\編于星期六\5點阻容耦合阻容耦合的優(yōu)點：由于前后級是通過電容相連的，所以各級的靜態(tài)工作點是相互獨立的，不互相影響，這給放大電路的分析、設(shè)計和調(diào)試帶來了很大的方便。阻容耦合的缺點：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當(dāng)前第7頁\共有65頁\編于星期六\5點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：適用傳送緩慢變化的信號。直接耦合的缺點：前后級Q點相互影響。零點漂移。8當(dāng)前第8頁\共有65頁\編于星期六\5點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：實現(xiàn)交流的傳送而直流不能通過。而且可變換電壓和實現(xiàn)阻抗匹配。缺點：體積大、重量大、頻率特性差。9當(dāng)前第9頁\共有65頁\編于星期六\5點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。問題

1:前后級Q點相互影響。2.差動放大電路的基本形式+UCCuoRC2T2R2RE210當(dāng)前第10頁\共有65頁\編于星期六\5點問題

2:零點漂移。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，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有時會將信號淹沒11當(dāng)前第11頁\共有65頁\編于星期六\5點一、結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)對稱。2.基本差動放大電路12當(dāng)前第12頁\共有65頁\編于星期六\5點vi1vi2線性放大電路vo共模信號輸入電壓：差模信號：是指在兩個輸入端加幅度相等，極性相反的信號。共模信號：是指在兩個輸入端加幅度相等，極性相同的信號。共模信號與差模信號差模信號輸入電壓：當(dāng)前第13頁\共有65頁\編于星期六\5點二、抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時：當(dāng)溫度變化時：14當(dāng)前第14頁\共有65頁\編于星期六\5點三、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當(dāng)前第15頁\共有65頁\編于星期六\5點四、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當(dāng)前第16頁\共有65頁\編于星期六\5點五.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當(dāng)前第17頁\共有65頁\編于星期六\5點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。而實際電路中每一個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，有可能差動放大管進入截止或飽和，使放大電路失去放大能力。③在實際工作中，常常需要對地輸出，即從c1或c2對地輸出(單端輸出)，而這時的零漂與單管放大電路一樣，仍然十分嚴重。對此，我們提出射極耦合差動放大電路。18當(dāng)前第18頁\共有65頁\編于星期六\5點一、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：加入射極電阻RE；加入負電源-UEE

，采用正負雙電源供電。19當(dāng)前第19頁\共有65頁\編于星期六\5點雙電源的作用：（1）使信號變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負電源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEUCE=UCC+UEE

-IC(RC+2RE

)20當(dāng)前第20頁\共有65頁\編于星期六\5點射極電阻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）直流負反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點當(dāng)前第21頁\共有65頁\編于星期六\5點射極電阻RE的作用：（2）RE對共模信號有抑制作用（原理同上，即由于RE的負反饋作用，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

，可使電路進一步改善當(dāng)前第22頁\共有65頁\編于星期六\5點2.靜態(tài)分析直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=IB

UCE=UCC+UEE

-IC(RC+2RE

)23當(dāng)前第23頁\共有65頁\編于星期六\5點三、動態(tài)分析(1)差模(differentialmode)電壓放大倍數(shù)24當(dāng)前第24頁\共有65頁\編于星期六\5點25當(dāng)前第25頁\共有65頁\編于星期六\5點三、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當(dāng)前第26頁\共有65頁\編于星期六\5點27當(dāng)前第27頁\共有65頁\編于星期六\5點28當(dāng)前第28頁\共有65頁\編于星期六\5點恒流源差動放大電路29當(dāng)前第29頁\共有65頁\編于星期六\5點

恒流源T:放大區(qū)uCEIB3iCUCE3IC3QUCE3恒流源差動放大電路30當(dāng)前第30頁\共有65頁\編于星期六\5點恒流源差動放大電路當(dāng)前第31頁\共有65頁\編于星期六\5點靜態(tài)分析32當(dāng)前第32頁\共有65頁\編于星期六\5點33當(dāng)前第33頁\共有65頁\編于星期六\5點34當(dāng)前第34頁\共有65頁\編于星期六\5點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當(dāng)前第35頁\共有65頁\編于星期六\5點補充：電壓增益36當(dāng)前第36頁\共有65頁\編于星期六\5點37當(dāng)前第37頁\共有65頁\編于星期六\5點38當(dāng)前第38頁\共有65頁\編于星期六\5點當(dāng)前第39頁\共有65頁\編于星期六\5點40當(dāng)前第40頁\共有65頁\編于星期六\5點41當(dāng)前第41頁\共有65頁\編于星期六\5點42當(dāng)前第42頁\共有65頁\編于星期六\5點上面兩圖為：單端輸入，雙端輸出右圖為：單端輸入，單端輸出43當(dāng)前第43頁\共有65頁\編于星期六\5點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；單端輸出單端輸入當(dāng)前第44頁\共有65頁\編于星期六\5點45當(dāng)前第45頁\共有65頁\編于星期六\5點46當(dāng)前第46頁\共有65頁\編于星期六\5點47當(dāng)前第47頁\共有65頁\編于星期六\5點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當(dāng)前第48頁\共有65頁\編于星期六\5點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。當(dāng)前第49頁\共有65頁\編于星期六\5點補充：電流源50當(dāng)前第50頁\共有65頁\編于星期六\5點51當(dāng)前第51頁\共有65頁\編于星期六\5點52當(dāng)前第52頁\共有65頁\編于星期六\5點53當(dāng)前第53頁\共有65頁\編于星期六\5點

集成電路運算放大器中的電流源一、電流源電路的特點：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，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，對電流源電路進行溫度補償，以減小溫度對電流的影響。電流源概述當(dāng)前第54頁\共有65頁\編于星期六\5點

電流源概述

2、作各種放大器的有源負載，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。

3、由電流源給電容充電，可獲得隨時間線性增長的電壓輸出。4、電流源還可單獨制成穩(wěn)流電源使用。當(dāng)前第55頁\共有65頁\編于星期六\5點

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。當(dāng)前第56頁\共有65頁\編于星期六\5點作為有源負載的應(yīng)用57當(dāng)前第57頁\共有65頁\編于星期六\5點58當(dāng)前第58頁\共有65頁\編于星期六\5點二、微電流源

微電流源電路,接入Re