集成运算放大电路3.ppt

第3章 集成运放的组成 教学内容 3.1 集成运放的基本组成及功能 3.2 差分放大电路 3.3 电流源 3.4 功率放大电路 3.5 集成运放原理电路分析 3.6 集成运放的主要技术指标及使用注意事项 3.7 集成运放的发展情况,3.2 差分放大电路 本节教学目标 1. 熟悉差分放大电路的组成和克服零点漂移的原理。 2. 掌握共模、差模的概念，共模放大倍数、差模放大倍数和共模抑制比的定义。 3. 熟悉带射极电阻和带恒流源差分放大电路的结构、分析方法和特点。,3.2.1 直接耦合放大电路问题,图2.6.2 直接耦合两级放大电路,1、问题一：Q点相互影响,R1和R5用于设置合适的静态工作点。,2、问题二：零点漂移,零点漂移：输入信号ui=0，输出信号uo0，偏离零点，缓慢地发生不规则地变化的现象。,原因：（1）电源电压的波动；（2）元件参数的老化；（3）三极管内部参数受温度的影响温漂。,措施：（1）高质量稳压电源；（2）元件老化处理和定期更换；（3）热敏电阻温度补偿、差分电路作为输入级。,3.2.2 基本差分放大电路,图3.2.1 基本差分放大电路,对称：（1）电路结构对称； （2）电路参数对称。,一 、电路结构,3.2.2 基本差分放大电路,二 、静态分析,IC1,UC1,IC2,UC2,RE具有强负反馈作用,3.2.2 基本差分放大电路,三 、动态分析,3.2.2 共模信号,1、共模输入,（1）共模信号：即大小相等，方向相同的信号。,此时,故：,（2）共模电压放大倍数：,3.2.2 基本差分放大电路,三 、动态分析,3.2.3 差模信号的交流通路,2、差模输入,（1）差模信号：即大小相等，方向相反的信号。,此时,故：,由于两个三极管的输入电压为差模信号，因而iC1= iC2，iE1= iE2,故流过 RE的电流保持为静态时的电流，即RE上没有交流电流流过，发射极E交流电位接地。,交流电路,3.2.2 基本差分放大电路,三 、动态分析,3.2.4 差模信号的微变等效电路,微变等效电路,（2）差模电压放大倍数：,若有负载RL， Au,？,3.2.2 基本差分放大电路,三 、动态分析,3.2.4 差模信号的微变等效电路,微变等效电路,（3）输入电阻,Ri=2(RB+rbe),（4）输入电阻,Ro=2RC,3.2.2 基本差分放大电路,三 、动态分析,3、共模抑制比,或,理想：,3.2.2 基本差分放大电路,三 、动态分析,4、长尾式差放的问题,RE愈大，负反馈愈强，抑制温漂能力越强。,IC1,IC2,IE,UE,UBE1 、UBE2,IB1 、IB2,IC1 、IC2,但RE增大有限。（1）集成电路中难于制作大电阻； （2）同样IE下，RE越大，所需VEE将越高。,怎么办,？,长尾式差分放大电路 RE具有强负反馈作用 。,UE= IERE+VEE,3.2.2 基本差分放大电路,三 、动态分析,图3.2.5 具有恒流源的差放电路,解决办法：用恒流源代替RE。,5、改进电路,恒流源具有静态电阻小，动态电阻大的优点。,此时： IC1 =IC2 =I,3.2节练习1,1、直接耦合放大电路输入级采用差分放大电路是为了 。 A、稳定增益 B、提高输入电阻 C、抑制温漂 D、扩展频带,2、差模信号是差分放大电路两个输入端信号的 。 A、和 B、差 C、比值 D、平均值,3、对于长尾式差分放大电路，在差模交流通路中，射极电阻RE可视为 。 A、开路 B、短路 C、2RE D、RE,4、在长尾式差分放大电路中，RE的主要作用是 。 A、提高差模增益 B、提高共模抑制比 C、增大差分放大电路的输入电阻 D、减小差分放大电路的输出电阻,5、参数完全对称的双端输入双端输出差分放大电路只能放大差模信号，不能放大共模信号。（ ）,3.2节练习2,6、零点漂移就是静态工作点的漂移。（ ）,7、只有直接耦合放大电路才有温漂。（ ）,9、差分放大电路用恒流源代替RE是为了增大差模放大倍数。（ ）,8、差模信号是差分放大电路两个输入端电位之差；共模信号是差分放大电路两个输入端电位之和。（ ）,10、集成运放的Aud越大，表示 。 A、最大共模输入电压越大 B、对共模信号的放大能力越强 C、最大差模输入电压越大 D、对差模信号的放大能力越强,11、集成运放的KCMR越大，表示 。 A、输入级参数对称性差 B、抑制温漂能力越强 C、高频特性差 D、带负载能力越强,3.2节练习3,12、差分放大电路是直接耦合放大电路，故只能放大直流或变化缓慢的信号，而不能放大交流信号。（ ）,14、已知某差分放大电路的差模放大倍数Aud=100，共模放大倍数Auc=0 。试问： （1） uI1=5mV， uI2=5mV， uO= 。 （2） uI1=5mV， uI2=5mV， uO= 。 （3） uI1=0， uI2=10mV， uO= 。,13、共模信号都是直流信号，差模信号都是交流信号。（ ）,本节作业,P182: 3.6。,3.2.3 其它形式的差放 3.3 电流源 本节教学目标 1. 熟悉四种接法的特点。 2. 了解复合管组成原则。 3. 了解电流源的结构和基本工作原理。 4. 了解有源负载差分放大电路的结构和基本工作原理。,3.2.3 差分放大电路的几种输入输出方式,一 、双端输入、单端输出,图3.2.6,1、电路结构,从T1管的集电极对地输出。,一 、双端输入、单端输出,图3.2.6,2、静态工作点的估算,2IEQ,ICQ1,IRC1,IRL,UCQ1,一 、双端输入、单端输出,图3.2.7,3、差模放大倍数,Ri=2(RB+rbe),Ro=RC,一 、双端输入、单端输出,图3.2.8,4、共模放大倍数,二 、单端输入、双端输出,图3.2.9,1、电路结构,二 、单端输入、双端输出,图3.2.9,2、动态参数,Ri=2(RB+rbe),Ro=2RC,三 、单端输入、单端输出,图3.2.10,1、电路结构,2、差模放大倍数,Ri=2(RB+rbe),Ro=RC,三 、单端输入、单端输出,图3.2.8,3、共模放大倍数,四 、差分放大四种输入输出方式的比较,表3.2.1,通过不同管子的输出可得到与输入同相或反相的信号,1、单端输入由于RE的耦合作用，两管可以得到方向相反，大小相同的差动信号。故单端输入不影响放大倍数与输入电阻的大小。,2、单端输出由一个管子输出，所以对称作用消失，KCMR主要依靠RE的共模负反馈作用抑制零点漂移。,3、单端输出还将影响放大倍数与输出电阻的大小。,【小结】,3.2.4 复合管差分放大电路,一 、复合管组成,图3.2.11,目的：不用RB，提高Ri，便于集成。,特点：（1） 12，输入电阻Ri=rbe1+（1+1）rbe2。,特点：（2） 复合管的管型同第一管,特点：（3） 复合管的输出特性以第二管为主。,3.2.4 复合管差分放大电路,二 、复合管用于差放电路,图3.2.12,输入电阻 Ri=2rbe+(1+)rbe。,3.3 电流源,一 、电流源的种类,图3.3.2 图3.3.3,1、镜像电流源,T0和T1特性完全相。,基准电流：,当 2 时,2、微电流源,目的：为了得到毫安级电流，且电阻值不太大。,3.3 电流源,一 、电流源的种类,图3.3.4 图3.3.3,3、比例电流源,作用：用于设置偏置电流；作为有源负载，取代大阻值负载。,二 、有源负载,图3.3.6,1、有源负载共射放大电路,(a),(b),二、有源负载,图3.3.7,2、有源负载差放电路,iC1= iC2,忽略T3、T4的基极电流，有: iC1=iC3,iCO= iC2 iC4 =2 iC2,iC3=iC4,从而在单端输出的条件下，也获得了相当于双端输出的放大倍数。,3.2.3-3.3节练习1,1、将单端输入、双端输出的差分放大电路改接成双端输入、双端输出时，其差模放大倍数将 ，改接成单端输入、单端输出时，其差模放大倍数将 。 A、不变 B、增大一倍 C、减小一办 D、不确定,2、将单端输入、双端输出的差分放大电路改接成双端输入、双端输出时，其输入电阻将 ，输出电阻将 ；若改接成单端输入、单端输出时，其输入电阻将 ，输出电阻将 。 A、不变 B、增大一倍 C、减小一半 D、不确定,3、差分放大电路抑制温漂的能力，双端输出比单端输出的 。 A、强 B、弱 C、相同 D、无法比较,4、利用两只NPN型管构成的复合管只能等效为NPN型管。（ ）,5、利用一只NPN型管和一只PNP型管构成的复合管只能等效为PNP型管。（ ）,3.2.3-3.3节练习2,7、两个相同的晶体管组成复合管后，其电流放大系数约为 。 A、 B、2 C、2 D、 ,5、放大电路采用复合管是为了增大放大倍数和输入电阻。（ ）,8、镜像电流源电路中，两只晶体管的特性应该完全相同。（ ）,9、在差分放大电路中采用恒流源作为集电极负载电阻，能够增大差模放大倍数，同时，也可增大共模抑制比。（ ）,10、由于恒流源的电流恒定，因此等效的交流电阻 ，而等效的直流电阻 。 A、很大 B、很小 C、不太大 D、等于零,本节作业,P182: 3.7。,3.4 功率放大电路 本节教学目标 1. 了解功率放大电路的特点及类型。 2. 掌握互补推挽功率放大电路的工作原理，交越失真产生的原因及减少失真的方法。 3. 掌握互补推挽式功放电路中主要元件的作用。 4. 能计算各功率放大电路的输出功率、损耗和效率。,3.4.1 有关功率放大电路的基本概念,一 、特点,1、输出功率足够大,电压放大器：放大信号电压。主要指标：电压放大倍数、输入输出电阻、频率特性等。 功率放大器：不失真放大信号功率。主要指标：最大功率、效率、非线性失真。,2、效率要高,3、非线性失真要小,3.4.1 有关功率放大电路的基本概念,二 、主要参数,1、最大输出功率Pom,输入正弦波信号时，在基本不失真的情况下，负载上能够获得的最大交流功率。,2、效率,PV 直流电源消耗的功率。,3.4.1 有关功率放大电路的基本概念,三 、分类,1、按工作原理分,甲类：导通角 = 2，用作电压放大。,2、按电路组成结构分,乙类：导通角=，存在交越失真，用作功率放大。,甲乙类：导通角 2， 用作功率放大。,OCL：无输出电容的互补推挽功放。,OTL：无输出变压器的互补推挽功放。,电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致，轮流导通工作。,3.4.2 OCL互补推挽功率放大电路,一 、电路结构,图3.4.2 OCL乙类互补电路,输入输出端不加隔直电容。,二 、乙类OCL的工作过程,图3.4.3 乙类互补电路工作过程,iO,1、 uI=0，T1、T2均截止， uO=0。,2、 uI0，T1导通、T2截止， iO=iC1。,3、 uI0，T1截止、T2导通， iO=iC2。,由于没有偏流，三极管输入特性的死区将使输出波形产生交越失真。,三 、甲乙类OCL功放,图3.4.4 甲乙类互补电路,静态时，UB1B2=UD1+UD2+UR2。 调整R2使UB1B2抵消由于UBE1、 UBE2引起的交越失真，使T1 、 T2处于微导通状态。,1、基本电路,2、UBE倍增电路,合理选择R1、R2大小，可以为T1、T2提供合适的静态偏置电压。,四 、功率和效率,1、输出功率：,OCL电路,2、最大不失真输出功率：,3、直流电源功率：,四 、功率和效率,4、效率：,实际由于存在管压降UCES，甲乙类互补电路还存在静态损耗，实际78.5%。,OCL电路,5、单只管耗：,6、直流电源功率也可写成：,3.4.3 OTL互补推挽功率放大电路,一 、电路结构,图3.4.6 乙类互补OTL功放电路,输出端加极性大电容。,单电源供电,静态时，UE=VCC/2， 故要求： UBQ=VCC/2 。,二 、乙类OTL的工作过程,图3.4.6 乙类互补OTL功放电路,1、 ui=0，T1、T2均截止， uO=0。,2、 ui0，T1导通、T2截止， iO=iC1。,3、 ui0，T1截止、T2导通， iO=iC2。,设输入端在 0.5VCC 直流电平基础上加入正弦信号ui。,三 、甲乙类OTL的工作过程,图3.4.7 甲乙类OTL互补功放电路,静态时，UB2B3=UD1+URC1。 调整RC1使UB2B3抵消由于UBE2、 UEB3引起的交越失真，使T2 、 T3处于微导通状态。,调节RB1，使 UAQ= 0.5VCC,可加电阻值12的射极负反馈电阻RE2 、RE3，也起限流保护作用。,A,四 、功率和效率,OTL电路,1、最大不失真输出功率：,2、直流电源功率：,3、效率：,4、单只管耗：,3.4节练习1,1、与乙类功率放大电路比较，甲乙类功率放大电路的主要优点是 。 A、放大倍数大 B、效率高 C、输入电阻大 D、交越失真小,2、理想状态下，甲类功率放大电路的效率最大可达 ，乙类功率放大电路的效率最大可达 。 。 A、50% B、87.5% C、78.5% D、100%,3、所谓电路的最大不失真输出功率是指输入正弦波信号幅值足够大，使输出信号基本不失真且幅值最大时， 。 A、晶体管上得到的最大功率 B、电源提供的最大功率 C、负载上获得的最大直流功率 D、负载上获得的最大交流功率,3.4节练习1,4、当互补推挽功率放大电路的输入信号为1kHz、10V的正弦电压时，输出电压波形如图3-1所示。说明电路中出现了 ； A、饱和失真 B、截止失真 C、频率失真 D、交越失真 为了改善输出电压波形，应 。 A、进行相位补偿 B、适当减小功率放大管的直流偏置电压|UBE| C、 适当增大功率放大管的直流偏置电压|UBE| D、适当减小输入信号,5、当互补推挽功率放大电路的输入信号为1kHz、10V的正弦电压时，输出电压波形如图3-2所示。说明电路中出现了 ； 为了改善输出电压波形，应 。,图31,图32,3.4节练习1,6、图3-3所示电路为 。 A、OTL乙类 B、OTL甲乙类 C、OCL乙类 D、OCL甲乙类,7、图3-3所示电路，静态时A点的电位为 。 A、0V B、5V C、10V D、20V,8、图3-3所示电路，若管子的饱和压降不计，电路的最大不失真输出功率Pom 。 若管子的饱和压降UCES=2V，则Pom 。 A、4W B、6.25W C、 8W D、12.5W,图33,3.5 集成功率放大电路 3.6 集成运放的主要技术指标及使用注意事项 本节教学目标 1. 了解集成电路定义和种类。 2. 了解集成功放的特点及外部特性。 3. 了解集成运放的主要技术指标。 4. 了解集成运放的保护措施。,3.5 集成功率放大电路,一 、集成电路概述,1、集成电路,把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。,2、模拟集成电路,集成运放。,集成功放。,集成稳压电源。,集成模/数（A/D）和数/模（D/A）转换。,3.5 集成功率放大电路,二 、集成功放特点,工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。,三 、OCL准互补功放电路,复合管差分放大级,偏置电路,复合管共射放大电路,恒流源负载,UBE 倍增 电路,准互补功放电路,四 、LM384集成功放,1、LM384简介,生产厂家：美国半导体器件公司,电路形式：OTL,输出功率：8负载上可得到5W功率,电源电压：最大为28V，当VCC=26V 时， Po=7.6W，失真约为5%。,一种低电压通用型低频集成功放。功耗低、允许电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少，广泛用于收录音机、对讲机和电视伴音系统中。,2、LM384内部简化电路,T1T4复合差分输入； T5、T6有源负载； T7、T8、T9和D1、D2互补对称输出；,T10、T11有源负载； T12共射放大；,3、LM384管脚说明,14 - 电源端（ Vcc）,3、4、5、7 - 接地端（ GND） 10、11、12 - 接地端（GND）,2、6 - 输入端 （一般2脚接地）,8 - 输出端 （经500 电容接负载）,1 - 接旁路电容（5 ）,9、13 - 空脚（NC）,4、LM384外部典型接法,调节音量,电源滤波电容,外接旁路电容,低通滤波,去除高频噪声,输入信号,输出耦合大电容,3.6 集成运放的主要性能指标,一 、集成运放的符号,基本特性：当从同相端输入信号时，其输出与输入端信号同相位，即同相放大；当从反相端输入信号时，其输出与输入端信号相位相反，即反相放大。当从同相输入端和反相输入端同时注入不同信号时，输出端输出的信号是它们的代数和，即差动放大。当同相输入端和反相输入端同时输入同一信号时，输出端无信号 。,两个输入端：同相输入端u+，反相输入端u-。 一个输出端：uo,国际符号,国内符号,3.6 集成运放的主要性能指标,二 、集成运放的传输特性,当输入信号很小时：uo =Aod(u+-u-),(u+-u-)正较大时，输出正限幅：uo =+UoM (u+-u-)负较大时，输出负限幅：uo =-UoM,3.6 集成运放的主要性能指标,三 、主要技术指标,1、开环差模放大倍数,2、共模放大倍数,一般为104107。,3、共模抑制比,一般大于80dB。,三 、主要技术指标,4、差模输入电阻rid,5、最大共模输入电压UIc(max),差模信号作用下的集成运放的输入电阻。,在正常工作时所能加的最大共模电压，超过此值，KCMR将明显下降，甚至不能工作。,6、最大差模输入电压UId(max),超过此值，将导致输入级差放管的