差动放大电路和集成运算放大电路.ppt

2019年7月22日星期一,1,第4章 差动放大电路和集成运算放大电路,4.2 集成运算放大电路概述,4.4 集成运放结构简介,4.1 差动放大电路,4.3 集成运放中的电流源,4.5 集成运放的性能指标及种类,2019年7月22日星期一,2,零点漂移:,当 ui= 0 时：,4.1 差动放大电路,4.1.1 直接耦合特殊问题,2019年7月22日星期一,3,4.1.1 典型差动放大电路,两只晶体管参数完全相同，具有相同的静态工作点，而有温度变化所引起的参数的变化也具有对称性。 两个输入端ui1和ui2。 信号可从两个集电极之间取出，称为双端输出uo 。有两个单输出端u01和u02。,1、特点,2019年7月22日星期一,4,双电源的作用：,IB1、IB2由负电源-VEE提供。,为了使左右平衡，可设置调零电位器 。,加入负电源 -VEE ，采用正负双电源供电。,2019年7月22日星期一,5,温度T,IC,IE = 2IC,UE,UBE,IB,IC,RE 强负反馈作用,抑制温度漂移，稳定静态工作点。,RE的作用,设ui1 = ui2 = 0，静态时,IC稳定!,2019年7月22日星期一,6,2. Q点的计算,一般可以认为,2019年7月22日星期一,7,例 具有集电极调零电位器Rp的差动式放大电路如所示。已知=50，VBE1=VBE2=0.7V，当Rp置中点位置时，求电路的静态工作点。,解：静态时vi1=vi2=0，有,一般可以认为,2019年7月22日星期一,8,3. 动态分析,1,差模输入信号分量:,共模输入信号分量:,2,两信号大小相等、极性相反,两信号大小相等、极性相同,两输入端加信号,(differential mode),( common mode),2019年7月22日星期一,9,3,实际对地输入: ui1 , ui2,差模分量:,共模分量:,ud=ui1-ui2,uC =,ui1 = uC + ud/2,ui2 = uC ud/2,叠加,定义,例：,ui1 = 20 mv , ui2 = 10 mv,则：ud = 20- 10 =10mv , uc = (20 + 10)/ 2=15mv, ui1 = 15 + 10/2=20mv,ui2= 15 10/2= 10 mv,2019年7月22日星期一,10,输入端,双端,单端,输出端,双端,单端,4. 差放电路的4种接法,2019年7月22日星期一,11, 双端输入、双端输出,仅差模信号!,两个输入信号的大小相等，极性相反,2019年7月22日星期一,12,RE对差模信号作用,ui1,ui2,ic1 = - ic2,iRE = ie1+ ie2 = 0,RE对差模信号不起作用，短接uRE=0,2019年7月22日星期一,13,差模信号交流通路,T1单边微变等效电路,2019年7月22日星期一,14,双入双出放大倍数,单边差模放大倍数:,ui1,uod1,2019年7月22日星期一,15,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, 放大倍数：,2019年7月22日星期一,16,Ro = 2 RC,输入电阻：,输出电阻：,输入输出电阻:,uod1,2019年7月22日星期一,17, 双端输入、单端输出,单端输出差模放大倍数为Ad1的一半！,2019年7月22日星期一,18,共模信号输入,uoc,iRE=2ie1,两输入信号大小相等、极性相同。,共模信号!,ie1,ie2,2019年7月22日星期一,19,共模信号交流通路,iRE=2ie1,双端输出uoc=0, AOC=0!,2019年7月22日星期一,20,T1单边微变等效电路,很小！,单端（对地）输出电路,共模单端输出放大倍数:,2019年7月22日星期一,21,差模电压放大倍数:,共模电压放大倍数:,KCMRR =,KCMRR =,(分贝),共模抑制比,定义：,2019年7月22日星期一,22,共模双端输出电压放大倍数：,说明双端输出电路对共模信号无放大作用，即完全抑制了共模信号，反映了它对零点漂移的抑制能力。,共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。,共模单端（对地） 输出：,KCMRR =,AC1= AC2很小！,共模双端输出：,2019年7月22日星期一,23, 单端输入、双端输出,一端接地,差模电压放大倍数:,输入信号分解后具有共模信号分量和差 模信号分量， 存在共模电压放大倍数AC和差 模电压放大倍数Ad,对Ad而言，双端与单端输入效果一样。,2019年7月22日星期一,24,对Ad而言，双端与单端输入效果一样。,小结,2019年7月22日星期一,25,差动放大电路各点极性,ui1 与uo1 、ui2 uo 反相 ，与uo2 、同相。,ui2与uo2 、ui1 反相 ，与uo1 、 uo 同相。,2019年7月22日星期一,26,恒流源比发射极电阻RE对共模信号具有更强的抑制作用。,改进的差动放大电路,2019年7月22日星期一,27,例 图示电路，设三极管的 rbb100，100。 (1)求静态工作点； (2)求差模放大倍数； (3)当vi为一直流电压16mV时，计算VTl，VT2集电极对地的直流电压(忽略共模信号分量）。,解 (1)RE上的电压,2019年7月22日星期一,28,(2),2019年7月22日星期一,29,4.2 集成运算放大电路概述,将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。,集成电路:,优点:,工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。,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,4.2.1 集成运算放大电路特点,2019年7月22日星期一,30,集成运算放大电路外形图,2019年7月22日星期一,31,集成电路内部结构特点,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，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。,2019年7月22日星期一,32,1.输入级 高性能的差分放大电路，对共模信号有很强的抑制力，且一般采用双端输入双端输出的形式。,4.偏置电路 提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。,3.输出级 由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。,2.电压放大级 提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。,4.2.2 集成运放的组成,2019年7月22日星期一,33,运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。,4.2.3 集成运放的符号和传输特性,另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“N”表示。,一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号P表示；,2019年7月22日星期一,34,Auo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扩大输入信号的线性范围。,例：若UOM=12V，Avo=106，则|ui|12V时，运放处于线性区。,线性放大区,传输特性,2019年7月22日星期一,35,电流源的特点,输出电流恒定的电路。具有很高的输出电阻。,电流源的用途,1、给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏置电流，以获得极其稳定的Q点。,2、作各种放大器的有源负载，以提高增益、增大动态范围。,4.3 集成运放中的电流源,2019年7月22日星期一,36,4.3.1 镜像电流源,基准电流 IR是稳定的，故输出电流IC2也是稳定的。,三极管T1、T2特性完全相同,2019年7月22日星期一,37,接入Re2电阻得到微电流源，适用微功耗的集成电路。,IC2 远小于IREF,当Re2取几k 时，IC2可降至A量级。,4.3.2 微电流源,2019年7月22日星期一,38,增加两个发射极电阻，使两电阻中的电流成一定的比例关系。,4.3.3 比例电流源,2019年7月22日星期一,39,通过一个基准电流源稳定多个电流，图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流IC2、IC3。,4.3.4 多路电流源,2019年7月22日星期一,40,输入级,中间级,输出级,4.4 集成运放结构简介,2019年7月22日星期一,41,要求尽量减小零点漂移,尽量提高,KCMRR , 输入阻抗 Ri尽可能大。,2019年7月22日星期一,42,要求足够大的电压放大倍数,2019年7月22日星期一,43,主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io ，输出阻抗 Ro小。,2019年7月22日星期一,44,通用型集成运放F007,2019年7月22日星期一,45,（1）采用四级以