3.1.1_运放电路基础知识(4课时)

项目三集成运算放大电路的制作与调试,本项目主要内容,一、集成运放基础知识二、反馈基础知识三、集成运放线性应用电路的分析与调试四、集成运算放大电路的制作与调试,本次课主要内容,一、单管放大器、多级放大器与集成电路二、抑制零点漂移-差分放大电路分析,一、单管放大器、多级放大器与集成电路,1、单管放大电路（器）,（1）三极管放大电路,（2）场效应管放大电路,2、多级放大器,（1）什么是多级放大器？,（2）多级放大器的级间耦合方式,3、集成电路,（1）什么是集成电路,（3）集成电路的特点,（2）集成电路的分类与应用,提问：单级放大器的放大倍数一般为几十倍，要求放大倍数很大时怎么办？,（3）性能参数的估算,二、差分放大电路的分析,（1）前后级级静态工作点相互影响，相互牵制； （2） 存在零点漂移现象。,1直接耦合放大电路的两个特殊问题,(1) 什么是零漂现象？,(2) 产生零漂的原因,主要是由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。,输入i=0时，输出Uo0。,直接耦合放大电路的特殊问题零点漂移,例如：,若输出有1V的漂移电压，则等效输入有100V的漂移电压。,第一级零漂最显著,(3) 减小零漂的措施,.,.采用差分放大电路,等效 100V,漂移 1 V,假设,Au愈大，漂移愈严重。,分析表明：,则,2差分放大电路的组成,电路平衡电阻器,共模负反馈电阻器,共射放大电路,双电源供电,两个相同的电路左右对称,3差分放大电路的静态分析,静态时，ui1=ui2=0,静态时，差分放大器具有零输入，零输出的特点。,4. 差分放大电路的动态分析,共模信号：一对大小相等、极性相同的信号。,（1）共模信号和差模信号,差模信号：一对大小相等、极性相反的信号。,（2）若输入共模信号，,大小相等，相位相同。,大小相等，,双端输出时，,相位相同，,4差分放大电路的动态分析,即电路对共模信号没有放大作用,（3）若输入差模信号，,大小相等，相位相反。,大小相等，,信号被放大。,相位相反，,4差分放大电路的动态分析,即电路能放大差模信号,（4） 任意信号的分解,差模输入信号:,共模输入信号:,4差分放大电路的动态分析,本次课小结,三极管放大电路,共射基本放大电路,分压式工作点稳定电路,1. 共射放大电路,2. 共集放大电路,3. 共基放大电路,场效应管放大电路,共源极自偏压电路,1. 共源放大电路,2. 共漏放大电路,3. 共栅放大电路,什么是多级放大器？,在实际的电子设备中，为了获得足够大的放大倍数或者考虑到输入电阻和输出电阻等特殊要求，放大电路常常需要由许多个基本放大电路组成。,将信号源的信号有效、可靠并尽可能大的引入电路放大。要求电路具有较大的输入电阻和良好的频率特性 。,将信号电压不失真地放大到一定的幅值。,大信号不失真输出，输出电阻小，带负载能力强。,多级放大器的耦合方式,（1）阻容耦合,（2）变压器耦合,在分立单元电路中应用广,（3）直接耦合,（4）光电耦合,在分立单元电路中应用广,适于集成化,常用于控制电路,什么是集成电路？,含义：集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成具有某种功能的完整电子电路。,集成电路（IC）的分类与应用,集成电路的分类与命名表,按集成度分类:小、中、大、超大、特大规模集成电路按导电类型分类:双极型（TTL ）、单极型（MOS管）、混合型 按功能分类: 模拟集成电路：运放、功放、稳压器等 数字集成电路：逻辑门、555、存储器等 专用集成电路：单片机、DSP等,集成电路的特点,1.在集成电路内部，由于制作大容量的耦合电容比较困难，大都采用直接耦合方式；2. 工艺上制造二极管、三极管简单，成本低，但制造大电阻（300）、大电容（400pF）困难。尽可能采用低阻值电阻或以三极管代替电阻，尽量避免内接电容；,阻容耦合,变压器耦合,特点： 各级静态工作点独立； 可实现阻抗匹配。,直接耦合,+,+,2,1,V,V,V,R,i,e2,CC,u,c1,R,R,b,Rc2,Rs,光电耦合,特点：各级静态工作点独立； 抗干扰能力强。,性能参数的估算,电压放大倍数（以两级为例）：,输入电阻：,Ri=Ri1（最前级）,输出电阻：,Ro=Ron（最后级）,练习：请分析以下多级放大电路各级的组态、级间耦合方式及性能,共射共基组合电路,共集共射组合电路,应用于高频电路,特点：1、输入阻抗高2、组合电路的源电压增益近似为后级共射电路的电压增益,项目三集成运算放大电路的制作与调试,本项目主要内容,一、集成运放基础知识二、反馈基础知识三、集成运放线性应用电路的分析与调试四、集成运算放大电路的制作与调试,本次课主要内容,一、集成运放基础知识,回顾上次课主要内容,1. 集成电路中，各级放大电路间大都采用哪种耦合方式？,2. 直接耦合方式存在什么问题？,3. 什么是零点漂移？如何抑制零点漂移？,4. 差分放大电路的构成特点？作用？,静态时，零输入，零输出。,动态时，能抑制共模信号，放大差模信号。,（1）若输入共模信号，,大小相等，相位相同。,大小相等，,双端输出时，,相位相同，,一、差分放大电路的动态分析,电路对共模信号没有放大作用,（2）若输入差模信号，,大小相等，相位相反。,大小相等，,信号被放大。,相位相反，,一、差分放大电路的动态分析,即电路能放大差模信号,（3） 任意信号的分解与放大,一、差分放大电路的动态分析,共模分量,差模分量,双端输出时：共模分量被完全抑制，差模分量被放大。,差模输入信号,共模输入信号,（4） 同相输入端与反相输入端,一、差分放大电路的动态分析,1）输出电压uo,差模输出电压,共模输出电压,差模输入电压,共模输入电压,差模电压放大倍数,共模电压放大倍数,有用信号往往作为电路的差模信号输入，而干扰信号则作为共模信号输入。因此，对于差放，希望其差模放大倍数大，而共模放大倍数小。,（4） 差分放大器的性能指标,一、差分放大电路的动态分析,共模抑制比定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值，即：,或,共模抑制比越大，差分放大电路抑制共模信号的能力越强。,2）共模抑制比,一、差分放大电路的动态分析,二、差分放大电路的输入输出方式,双入单出,双入双出,单入双出,单入单出,差放电路特性总结,双出：,单出：,1. 差放电路的电压放大倍数与输入方式无直接关系。,2. 差放电路的电压放大倍数与输出方式有关：,带恒流源的差分放大电路,由分压式工作点稳定电路构成的恒流源,恒流源的作用：,1. 恒流源相当于交流阻值很大，静态阻值不大的电阻。,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。,三、集成运放基础知识,1. 什么是集成运算放大器？2. 集成运放的内部电路框图3. 集成运放的图形符号4. 理想运放的特性,1.什么是集成运算放大器？,集成运算放大器，简称集成运放或运放，是采用直接耦合方式的多级放大器。,其特点是：高增益、高输入电阻、低输出电阻。,2.集成运放的内部电路框图,1.输入级：要求温漂小，KCMR高，Ri高，一般用恒流源差分电路。2.中间级：多级电压放大电路，几万几十万倍。3.输出级：共集电路，R0小。4.偏置电路：由恒流源电路组成，提供合适的偏置电流。,简单的集成运放内部电路原理图,通用的集成运放内部电路原理图,3.集成运放的图形符号及其含义,u+,u,uo,反相输入端,同相输入端,输出端,信号传输方向,理想条件（Aod),uo = Aod(u+ u ),4.理想运放的特性,运放的理想化模型是一组理想化的参数，是将实际运放等效为理想运放的条件，使分析和计算大大简化。,3. 开环输出电阻 Ro 0,1. 开环电压放大倍数 Aod ,2. 开环差模输入电阻Rid ,4. 共模抑制比 KCMR ,5. 通频带 BW ,特性：,“虚短”和“虚断”,由理想运放的特性，导出两个关于理想运放的重要结论：,（1）虚短,（2）虚断,本次课小结,集成电路（IC）的分类与应用,集成电路的分类与命名表,按集成度分类:小、中、大、超大、特大规模集成电路按导电类型分类:双极型（TTL ）、单极型（MOS管）、混合型 按功能分类: 模拟集成电路：运放、功放、稳压器等 数字集成电路：逻辑门、555、存储器等 专用集成电路：单片机、DSP等,集成电路的特点,1.在集成电路内部，由于制作大容量的耦合电容比较困难，大都采