模电-4-差动运放与集成运放.ppt

4 1 电子技术 第四章差动放大器与集成运算放大器 模拟电路部分 4 2 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 3 4 1 1直接耦合电路的特殊问题 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 4 1差动放大电路 4 4 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 有时会将信号淹没 4 5 一 结构 特点 结构对称 4 1 2基本型差动放大器 ui1 ui2 4 6 二 抑制零漂的原理 uo UC1 UC2 0 uo UC1 uC1 UC2 uC2 0 当ui1 ui2 0时 当温度变化时 UCC 4 7 三 共模电压放大倍数AC UCC 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 0 4 8 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 UCC 4 9 五 共模抑制比 CMRR 的定义 例 Ad 200Ac 0 1KCMRR 20lg 200 0 1 66dB CMRR CommonModeRejectionRatio KCMRR KCMRR dB 分贝 4 10 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 4 11 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 4 12 二 静态分析 温度T IC IE 2IC UE UBE IB IC 1 RE的作用 设ui1 ui2 0 RE具有强负反馈作用 抑制温度漂移 稳定静态工作点 4 13 IC1 IC2 IC IB UC1 UC2 UCC IC RC UE1 UE2 IB RB UBE UCE1 UCE2 UC1 UE1 4 14 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 共模电压放大倍数 4 15 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 共模分量 4 16 一 差模输入 均压器 4 17 RE对差模信号作用 ui1 ui2 ib1 ic1 ib2 ic2 ic1 ic2 iRE ie1 ie2 0 uRE 0 RE对差模信号不起作用 4 18 差模信号通路 T1单边微变等效电路 4 19 1 放大倍数 单边差模放大倍数 4 20 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 即 总的差动电压放大倍数为 差模电压放大倍数 4 21 ro 2RC ro 输入电阻 输出电阻 2 输入输出电阻 思考题 电路去掉RB能正常工作吗 RB的作用是什么 4 22 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 4 23 共模信号通路 4 24 T1单边微变等效电路 4 25 AC 0 问题 负载影响共模放大倍数吗 不影响 4 26 4 1 4恒流源式差放电路 电路结构 4 27 rce3 1M 恒流源 T3 放大区 静态分析 主要分析T3管 VB3 VE3 IE3 IC3 4 28 电路改进 加入温度补偿三极管T4 BC短接 相当于二极管 温度 IE3 温度 UBE4 UB3 IE3 结论 T4稳定IE3 IE3 UBE4 Q变化 4 29 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 30 4 1 5差放电路的几种接法 双端输入双端输出 Ad Ad1 双端输入单端输出 4 31 单端输出 对Ad而言 双端输入与单端输入效果是一样的 ud 0 5ui uc 0 ud 0 5ui uc 0 5ui 4 32 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 33 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 34 UEE UCC u uo u 反相输入端 同相输入端 原理框图 输入级 中间级 输出级 与uo反相 与uo同相 4 35 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 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 36 IC 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 2 4 37 第4级 互补对称射极跟随器 第3级 单管放大器 集成运放内部结构 举例 极性判断 4 38 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 运放符号 国际符号 国内符号 4 39 4 3集成运放的主要性能指标 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rid ri 1M 有的可达100M 以上 四 输出电阻ro ro 几 几十 4 40 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