差动放大器和运算放大器

(4-1)第四章差动放大器与集成运算放大器§4.1差动放大电路§4.2集成运放的内部结构及特点§4.3集成运放的主要性能指标(4-2)uiRC1R1T1§4.1差动放大电路增加R2、RE2:用于设置合适的Q点。问题1:前后级Q点相互影响。+UCCuoRC2T2R2RE24.1.1直接耦合电路的特殊问题(4-3)问题2:零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当ui等于零时，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将信号淹没(4-4)一、结构特点：结构对称。4.1.2基本型差动放大器ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB(4-5)二、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：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2(4-6)三、共模电压放大倍数AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：ui1=ui2=uC（大小相等，极性相同）理想情况：ui1=ui2uC1=uC2uo=0共模电压放大倍数：（很小，1)但因两侧不完全对称，uo0CoCuuA(4-7)uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2四、差模电压放大倍数Ad差模输入信号：ui1=-ui2=ud（大小相等，极性相反）(很大，1)设uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因ui1=-ui2，uC1=-uC2uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1差模电压放大倍数：1212ioiioCuuuuuA+UCC(4-8)五、共模抑制比(CMRR)的定义例:Ad=-200Ac=0.1KCMRR=20lg(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMRR=KCMRR(dB)=(分贝)cdAAcdAAlog20(4-9)一、结构为了使左右平衡，可设置调零电位器:4.1.3双电源长尾式差放特点：加入射极电阻RE；加入负电源-UEE，采用正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE(4-10)双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE(4-11)二、静态分析温度TICIE=2ICUEUBEIBIC1.RE的作用设ui1=ui2=0自动稳定RE具有强负反馈作用——抑制温度漂移，稳定静态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE(4-12)2.Q点的计算直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=IBUC1=UC2=UCC－IC×RCUE1=UE2=－IB×RB－UBEUCE1=UCE2=UC1－UE1EBBEEEBRRUUI)1(2(4-13)三、动态分析1.输入信号分类(1)差模(differentialmode)输入ui1=-ui2=ud(2)共模(commonmode)输入ui1=ui2=uC差模电压放大倍数:doddUUA共模电压放大倍数:coccUUA(4-14)结论：任意输入的信号:ui1,ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1=uC+ud；ui2=uC-ud例:ui1=20mV,ui2=10mV则：ud=5mV,uc=15mV差模分量:221iiduuu共模分量:221iicuuu(4-15)(一)差模输入均压器diiuuu211diiuuu212RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEE(4-16)RE对差模信号作用ui1ui2ib1,ic1ib2,ic2ic1=-ic2iRE=ie1+ie2=0uRE=0RE对差模信号不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEEib2ib1ic2ic1iRE(4-17)差模信号通路T1单边微变等效电路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E(4-18)1.放大倍数111iodduuA单边差模放大倍数:11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiRiA21ddAAuod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1(4-19)21221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA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(beBLCdddrRR//RAAA即：总的差动电压放大倍数为：差模电压放大倍数:iodduuARRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E(4-20)ro=2RCririro)]//([21BbeiRrRr输入电阻：输出电阻：2.输入输出电阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考题：电路去掉RB能正常工作吗？RB的作用是什么？(4-21)(二)共模输入RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使IE基本不变）。uCic1、ic2iRE、uRE+UCCuocRCT1RBRCT2RBRE–UEEuCuoc2uoc1ic1ic2iREuRE(4-22)共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1uoc2uoc1ic1ic2uc22RE(4-23)T1单边微变等效电路EbBccoccR)(rRRuuA1211112cARCRB2REic1uc1uc2ib1ib1ie1rbe1(4-24)KCMRRAC0问题：负载影响共模放大倍数吗？111ccocUAU222ccocUAU021ocococUUU不影响！(4-25)RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC4.1.4恒流源式差放电路电路结构:IC3R2T3R1R3-UEE(4-26)rce31M恒流源T3:放大区333cceceIUrRRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEEuCEIB3iCUCE3IC3QUCE3静态分析：主要分析T3管。VB3VE3IE3IC3(4-27)电路改进：加入温度补偿三极管T4（BC短接，相当于二极管）IE4温度IE3温度UBE4UB3IE3结论：T4稳定IE3。RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEET42144RRUUIBEEEEIE3UBE4Q变化(4-28)1.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(4-29)4.1.5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双端输入双端输出：Ad=Ad1双端输入单端输出：121ddAAui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE(4-30)双端输出：Ad=Ad1单端输出：121ddAA对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEEib2ib1ud=0.5ui,uc=0双端输入：ui1=-ui2=0.5ui222121iiciiduuuuuuud=0.5ui,uc=0.5ui单端输入：ui1=-ui，ui2=0(4-31)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：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。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；§4.2集成运放的内部结构及特点(4-32)集成电路内部结构的特点：1.电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。2.电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。3.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。(4-33)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(4-34)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。(4-35)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(4-36)-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(4-37)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Ao国际符号国内符号(4-38)一、开环差模电压放大倍数Aod无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105107之间。理想运放的Aod为。二、共模抑制比KCMMR常用分贝作单位，一般100dB以上。三、差模输入电阻ridri1M,有的可达100M以上。四、输出电阻roro=几-几十。§4.3集成运放的主要性能指标(4-39)五、最大共模输入电压UIcmax六、最大差模输入电压UIdmax七、-3dB带宽fH运放是直流放大器，也可放大低频信号，不适用于高频信号。还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。不再一一介绍。关于集成运放的应用下面分三个章节介绍。其中运放都是作为理想运放来处理。(4-40)电子技术第四章结束模拟电路部分