电工电子技术基础第九章(课堂)1要点

第9章集成运算放大器9.1.多级放大电路9.1.1阻容耦合多级放大电路Rsus+－+ui－RC1C1C2V1RB11RB12CE1RL+uo－+UCCRC2C3V2RB21RB22CE2RE1RE2+uo1－+++++各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。1．阻容耦合多级放大电路分析（1）静态分析：各级单独计算。（2）动态分析①电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。21o1oo1ouuiiuAAUUUUUUA注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。②输入电阻就是第一级的输入电阻。③输出电阻就是最后一级的输出电阻。+ui－RC1V1RB1+uo－+UCCRC2V2RE2+uo1－9.1.2直接耦合多级放大电路优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。零点漂移：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多(温度变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等等)，其中最主要的是温度影响。第一级产生的零漂对放大电路影响最大。1.结构特点：结构对称。9.1.3基本型差动放大器ui1ui2uo+UCCRCR1T1RBRCR1T2RB抑制零漂的原理:uo=uC1-uC2=0uo=(uC1+uC1)-(uC2+uC2)=0当ui1=ui2=0时：当温度变化时：uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2一、结构为了使左右平衡，可设置调零电位器:9.1.4双电源长尾式差放uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UCC二、静态分析温度TICIE=2ICUEUBEIBIC1.RE的作用：抑制温度漂移设ui1=ui2=0自动稳定RE具有强负反馈作用uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UCCuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UCC2.Q点的计算直流通路IC1=IC2=IC=IBUC1=UC2=UCC－IC×RCUE1=UE2=－IB×RB－UBEUCE1=UCE2=UC1－UE1IBIC1IC2IBIEEBBEccBRRUUI)1(2三、动态分析输入信号分类(1)差模(differentialmode)输入ui1=-ui2=ud(2)共模(commonmode)输入ui1=ui2=uC共模抑制比（Common-ModeRejectionRatio)的定义:KCMRR=KCMRR(dB)=(分贝)差模电压放大倍数:doddUUA共模电压放大倍数:coccUUAcdAAcdAAlog20(3)任意输入的信号:ui1,ui2注意：ui1=uC+ud；ui2=uC-ud首先将信号分解：例:ui1=20mV,ui2=10mV则：ud=5mV,uc=15mV差模分量:221iiduuu共模分量:221iicuuu(一)差模输入均压器diiuuu211diiuuu212RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UCCRE对差模信号作用ui1ui2ib1,ic1ib2,ic2ic1=-ic2iRE=ie1+ie2=0uRE=0RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UCCib2ib1ic2ic1iRERE对差模信号不起作用差模信号通路T1单边微变等效电路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E1.放大倍数111iodduuA单边差模放大倍数:11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiRiA21ddAAuod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib121221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA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：121)21//(beBLCdddrRRRAAA即:总的差动电压放大倍数为差模电压放大倍数:iodduuAro=2RCririro)]//([21BbeiRrRr输入电阻：输出电阻：2.输入输出电阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E(二)共模输入RE对共模信号起作用，并且iRE=2ie1。uSic1、ic2iRE、uRE+UCCuocRCT1RBRCT2RBRE–UCCuSuoc2uoc1ic1ic2iREuRE共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuC1uoc2uoc1ic1ic2uC22RET1单边微变等效电路EbBccoccRrRRUUA)1(211112cARCRB2REic1uc1uoc1ib1ib1ie1rbe1KCMRRAC0问题：负载影响共模放大倍数吗？111ccocUAU222ccocUAU021ocococUUU不影响！RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC9.1.5恒流源式差放电路电路结构:IC3R2T3R1R3-UEERRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEErce31M恒流源uCEIB3iCUCE3IC3QUCE3T3:放大区333cceceIUrRRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEE1.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9.1.6差放电路的几种接法输入端接法双端单端输出端接法双端单端差模电压放大倍数：双端输出：Ad=Ad1单端输出：121ddAAui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE集成电路: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：一、概述§9.2集成运放结构特点及性能参数工作稳定使用方便体积小功耗小重量轻集成电路的分类：模拟集成电路数字集成电路小、中、大、超大规模集成电路；双极型单极型（MOS）单、双兼容超大规模集成电路：在几十平方毫米的的芯片上制有上亿个元件按功能按集成度按导电类型§9.2.1集成运算放大器简介一、运放构成输入级中间级偏置电路输出级输入端输出端输入级：由差放构成。可减小零点漂移和抑制干扰。中间级：共射放大电路。用于电压放大。输出级：射极输出器。降低输出电阻，提高带载能力。偏置电路：由恒流源电路构成。确定运放各级的静态工作点。在制造工艺上，运放中很难制造电感、电容元件，所以需要时一般都采取外接的方法。制造电阻比较容易，而制造晶体管却最容易。运放举例：LM741LM74112348765∞741761432582—反相输入端出于集成化的原因及放大缓变信号和直流信号的需要，运放各级之间均采用直接耦合的方式。6—输出端3—同相输入端4—正电源端7—负电源端8—闲置端（NC）1、5—接调零电位器运算放大器外形图运算放大器的主要参数：1、最大输出电压UOPP—能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压。2、开环电压放大倍数Auo—没有外接反馈时所测出的差模电压放大倍数。Auo越高，所构成的电路越稳定，运算精度也越高。Auo一般约为104至109。3、输入失调电压Uio—为使输出等于零而在输入端加的微小补偿电压。4、输入失调电流Iio—当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流之差。其值愈小愈好。Iio=|IB1-IB2|，一般在零点零几到零点几微安级。5、输入偏置电流IiB—当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流的平均值，其值愈小愈好。IiB=(IB1+IB2)/2，他的大小主要和电路的第一级管子的性能有关，一般为零点几微安级6、最大共模输入电压Uicmax—运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的共模电压范围内才具备。如超出这个电压，运放的共模抑制能力就大为下降，甚至造成器件损坏。7、共模抑制比ＫCMR反映了运放对共模信号的抑制能力。集成电路内部结构的特点：2.输入级采用差动放大电路电路。元件制作在同一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。3.电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到30千欧。高阻值电阻成本高，占用面积大且精度低。一般高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。1.直接耦合的多级放大电路。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。-UEE+UCCu+uou–反相输入端同相输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：输入级中间级输出级与uo反相与uo同相对输入级的要求：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。集成运放的结构（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。R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC=IC1+IC2=1IB+2(1+1)IB=[1+2(1+1)]IB为减小IB，提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管=IC/IB=1+2(1+1)12ICIBIE12IC1IC2IB2-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4级：互补对称射极跟随器差动放大器第2级第1级：差动放大器第3级：单管放大器–+集成运放内部结构（举例）极性判断ri大:几十k几百k运放的特点：KCMRR很大ro小：几十几百Ao很大:104107理想运放：riKCMMRRro0Ao运放符号：＋－u－u+uo－＋＋u－u+uo∞uiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其工作于线性区。uiuo_++∞二、传输特性ui=u+-u-ui=u+-u-由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。理想运放的条件0Air)(0uuAuo虚短路uu0iI放大倍数与负载无关，可以分开分析。虚断路运放工作在线性区的特点1.运算放大器工作在线性区时的特点ro01.虚短路当同相端接地时,反相端为”虚地”。0iIuuu+uo_++u–Ii线性区的两条分析依据2.虚断路Ao越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其工作于线性区。2.运算放大器工作在饱和区的特点u–uo_++u+Ii当u+u-时，当u+u-时，uo=-U(sat)uo=+U(sat)0iI运放工作在饱和区时，两个输入端的输入电流也等于零。即：9.3.1负反馈的概念凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正