第5章 多级放大电路与集成运算放大器

1、第5 章 多级放大电路和集成运算放大电路5. 多级放大电路和集成运算放大器多级放大电路和集成运算放大器5.1 多级放大电路的分析多级放大电路的分析5.2 差分放大电路差分放大电路5.3 集成运算放大器集成运算放大器 1、多级放大电路的基本概念以及多级放大电路的耦合方式； 2 2、熟练掌握多级放大电路的动态分析；、熟练掌握多级放大电路的动态分析； 3、直接耦合放大电路的零点漂移现象； 4、掌握差分放大电路的共模信号、差模信号、共模放大倍数、差模放大倍数、共模抑制比的概念。 5 5、差分放大电路的组成、抑制零点漂移的原理以及、差分放大电路的组成、抑制零点漂移的原理以及四种接线方式的分析计算。四种接

2、线方式的分析计算。 6、了解集成运算放大器的原理。 要求要求5.1 多级放大电路的分析多级放大电路的分析5.1.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式5.1.2 多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法5.1.3 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性5.1.4 多级直接耦合放大电路的零点漂移现象多级直接耦合放大电路的零点漂移现象5.1.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式四种常见的耦合方式：四种常见的耦合方式：直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合变压器耦合变压器耦合光电耦合光电耦合 当单级放大电路不能满足多方面的性能当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如要求（

3、如Au104、Ri=2M、 Ro=100）时，应考虑采用多级放大）时，应考虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何“连接连接”几几个单级放大电路，耦合方式即连接方式。个单级放大电路，耦合方式即连接方式。既是第一级的集电极电阻，既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻又是第二级的基极电阻第二级第二级第一级第一级( (1) ) 可以放大交流和缓可以放大交流和缓慢变化及直流信号；慢变化及直流信号；( (2) ) 便于集成化。便于集成化。( (3) )各级静态工作点互相影各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着响；基极和集电极电位会随着级数增

4、加而上升；级数增加而上升；( (4) )零点漂移（如何克服）。零点漂移（如何克服）。特点：特点：5.1.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式一、直接耦合一、直接耦合Q1合适吗？合适吗？对哪些动态参对哪些动态参数产生影响？数产生影响？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可设置合适的既可设置合适的Q点，又可使第点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？二级放大倍数不至于下降太大？二极管导通电压二极管导通电压UD？动态电阻？动态电阻rd？Re5.1.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式一、直接耦合一、直接耦合 UCEQ1太小太小加加Re（Au2数值数值）改用改用D若要若要UCE

5、Q1大，则大，则改用改用DZ。稳压管稳压管伏安特性伏安特性小功率管多为小功率管多为5mA由最大功耗得出由最大功耗得出必要性？必要性？rzu /i，小功率管多为几欧至二十几欧。，小功率管多为几欧至二十几欧。5.1.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式一、直接耦合一、直接耦合NPN型管和型管和PNP型管混合使用型管混合使用问题的提出：问题的提出： 在用在用NPN型管组成型管组成N级级共射放大电路，由于共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），），以致于后级集电极电位以致于后级集电极电位接近电源电压，接近电源电压，Q点不合点不合适。适。UC

6、Q1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 5.1.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式一、直接耦合一、直接耦合共射电路共射电路共集电路共集电路 利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。放大电路与负载，为阻容耦合。特点：特点： (1)静态工作点相互独静态工作点相互独立，在分立元件电路中立，在分立元件电路中广泛使用。广泛使用。(2)不能放大变化缓慢不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，的信号，低频特性差，不能集成化。不能集成化。 (3)在集成电路中无法在集成电路中无法制造大容量电容，不便制造大容

7、量电容，不便于集成化，尽量不用。于集成化，尽量不用。5.1.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式二、阻容耦合二、阻容耦合 从变压器原边从变压器原边看到的负载等效看到的负载等效电阻。电阻。 可能是实际的负载，也可能是实际的负载，也可能是下级放大电路可能是下级放大电路 理想变压器情况理想变压器情况下，负载上获得的下，负载上获得的功率等于原边消耗功率等于原边消耗的功率。的功率。以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。目前基本不用。以前功率放大电路广泛采用此耦合方式。目前基本不用。5.1.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式三、变压器耦合三、变压器耦合5.1.2 多级放大电路的动态

8、分析多级放大电路的动态分析1.1.电压放大倍数电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 输入电阻输入电阻i1iRR 3. 输出电阻输出电阻nRRoo 对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的数值的数值大，最大不失真输出电压大。大，最大不失真输出电压大。1. 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。2.2. 前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。3.3. 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻

9、是前一级的交流负载电阻。4.4. 总电压放大倍数总电压放大倍数= =各级放大倍数的乘积各级放大倍数的乘积5. 总输入电阻为第一级的输入电阻总输入电阻为第一级的输入电阻6. 总输出电阻为最后一级的输出电阻总输出电阻为最后一级的输出电阻由此可知，射极输出器接在多级放大电路的首级由此可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。)(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 (

10、)( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR分析举例分析举例例题例题oiiouRRUUA、 1.已知已知 =50，求下图所示放大电路的，求下图所示放大电路的mA.IIB2C2691 解：解：uA.R)(RUVIe1b1BECCB29331 6984261200.)mA(I)mV()(rE2be2 I/)mV(rAKVRVI Bbe1bCCB186326200403001211 Rb1Rc1Rb2Re2RLRb1Rc1Rb2Re2RLRSuS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLuo1+_uo+_RiRi2RouS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLuo

11、1+_uo+_RiRi2RouS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLuo1+_uo+_RiRi2Rorbe1Ib1Ib2Ib1rbe2Ib2k)/RR)(r/RRLebe2bi261122 5217.r)R/R(UUAbe1i2c1io1u1 1 o1ou2UUA5217.AAUUUUUUAu2u1o1oio1iou 8633001be1be1be1birr/kr/RR 951 r)R/R(/RRbe2b2c1e2o uS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLuo1+_uo+_RiRi2Rorbe1Ib1Ib2Ib1rbe2Ib2例题例题电路如图，电路如图，1 1）说明）说明T1T1、T2T2管

12、的组态及其具有的特点；管的组态及其具有的特点；2 2）写出电路的电压放大倍数表达式。）写出电路的电压放大倍数表达式。5.1.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。互影响）的幅频特性均如图所示。6dB3dBfLfH0.643fH1121lg40lg20lg20lg20uuuuAAAAfL fL1， fH fH1，频带变窄！，频带变窄！ 直接耦合放大电路可以放大直流信号或者变化比较直接耦合放大电路可以放大直流信号或者变化比较缓慢的信号。缓慢的信号。主要原因主要原因：温漂指标温漂

13、指标：温度变化引起，也称温度变化引起，也称温漂温漂。温度每升高温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。到输入端的等效输入漂移电压值。电源电压波动电源电压波动也是原因之一也是原因之一 5.1.4 直接耦合放大电路的零点漂移现象直接耦合放大电路的零点漂移现象一、零点漂移一、零点漂移零漂零漂： u uI I0 0，u uO O00的现象。的现象。二、零点漂移的原因二、零点漂移的原因例如例如 100,=u1A若第一级漂了若第一级漂了100 uV，则输出漂移则输出漂移 1 V。若第二级也漂了若第二级也漂了100 uV，则输出漂移则输出漂移

14、 10 mV。假设假设第一级是关键第一级是关键。 1= 100,=u3u2AA三、减小零漂的措施三、减小零漂的措施漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV克服温漂的方法：引入直流负反馈，克服温漂的方法：引入直流负反馈， 温度补偿。温度补偿。 典型电路：典型电路： 差分放大电路差分放大电路5.2 差分放大电路差分放大电路5.2.1 典型长尾式差分放大电路典型长尾式差分放大电路5.2.2 具有电流源的差分放大电路具有电流源的差分放大电路一、电路一、电路二、工作原理二、工作原理三、指标计算三、指标计算零输入零输入零输出零输出

15、若若V与与UC的变的变化一样，则化一样，则输出电压就输出电压就没有漂移没有漂移信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？零点零点漂移漂移参数理想对称：参数理想对称：Rb1= Rb2，Rc1= Rc2， Re1= Re2;T1、T2在任何温度在任何温度下特性均相同。下特性均相同。5.2.1 典型长尾式差分放大电路典型长尾式差分放大电路5.2.1 典型长尾式差分放大电路典型长尾式差分放大电路在理想对称的情况下：在理想对称的情况下：1. 克服零点漂移；克服零点漂移；2. 零输入零输出。零输入零输出。信号特点？信号特点？差模信号差模信号 一对大小相等，极性相反的一对大小相等，极性相反的信号，用信号，用u

16、 uid1id1、u uid2id2表示，表示， u uid1id1= - = - u uid2id2共模信号共模信号 一对大小相等，极性相同的信一对大小相等，极性相同的信号，用号，用u uic1ic1、u uic2ic2表示，表示，u uic1ic1= = u uic2ic2一、电路的组成一、电路的组成二、工作原理二、工作原理 1.静态工作情况静态工作情况：令：令uI1= uI2=002CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIeBEQEEEQBQbeEQBEQbBQEE22RUVIIRRIURIV很小，所以小，且因为Rb是必要

17、的吗？是必要的吗？2.2.放大差模信号放大差模信号C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号。对差模信号。2/IdI2I1uuu差模信号：数值相等，极性相反差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即的输入信号，即差模信号作用下的交流通路，差模信号作用下的交流通路，射极电阻应对地短接射极电阻应对地短接。二、工作原理二、工作原理 3.3.抑制共模信号抑制共模信号 0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参数理想对称时共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等、

18、极性相同的共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即输入信号，即IcI2I1uuu共模信号作用下画交流通路，共模信号作用下画交流通路，单管射极电阻应为单管射极电阻应为2 2ReeRee。以双倍的元器件换取抑以双倍的元器件换取抑制零漂的能力制零漂的能力二、工作原理二、工作原理3.3.抑制共模信号抑制共模信号 ：R Re e的共模负反馈作用的共模负反馈作用0 cIcOccAuuA参数理想对称时共模放大倍数Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边对于每一边电路，电路，Re=?如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2

19、 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。RcT12ReeIec1uoc1uicRb 当温度变化或电源电当温度变化或电源电压波动时，都将使集电极压波动时，都将使集电极电流产生变化，且变化趋电流产生变化，且变化趋势是相同的，势是相同的，其其效果相当效果相当于在两个输入端加入了共于在两个输入端加入了共模信号模信号。 差分放大电路差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用对共模信号有很强的抑制作用，这，这就意味着差放对由温度变化或电源电压波动所引起的就意味着差放对由温度变化或电源电压波动所引起的输出漂移有很强的抑制作用。输出漂移有很强的抑制作用。这

20、就是研究共模输入信这就是研究共模输入信号的意义。号的意义。3.3.抑制共模信号抑制共模信号1.1.静态计算静态计算eEQBEQbBQEE2RIURIVBEQcCQCCCEQEQBQ1URIVUII，晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：eBEQEEEQ2RUVI通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故三、指标计算三、指标计算为什么？为什么？2 . 差模信号作用时的动态指标差模信号作用时的动态指标RbRcuid12RLT1RbRcuid22RLT2uid三、指标计算三、指标计算bebLcud)2( rRRRA差模放大倍数差模放大倍数IdOduduuA 2 )(2codbebidR

21、RrRR，差放的特点差放的特点：输入无差别，输出就不：输入无差别，输出就不动；输入有差别，输出就变动。动；输入有差别，输出就变动。2 . 差模信号作用时的动态指标差模信号作用时的动态指标三、指标计算三、指标计算 在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“ “ 接地接地”点，以避点，以避免干扰；或负载需要有免干扰；或负载需要有“ “ 接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种 接法：接法： 双端输入双端输出双端输入双端输出 双端输入单端输出双端输入单端输出 单端输入双端输出单端输入双端输出

22、单端输入单端输出单端输入单端输出2 . 差模信号作用时的动态指标差模信号作用时的动态指标三、指标计算三、指标计算双端输入单端输出时：双端输入单端输出时：bebLcud)( 21rRRRAcodbebid)(2RRrRR，2 . 差模信号作用时的动态指标差模信号作用时的动态指标三、指标计算三、指标计算cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于输入回路没有变由于输入回路没有变化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但与双端输出时一样。但是是UCEQ1 UCEQ2。双端输入单端输出时静态计算：双端输入单端输出时静态计算：3 . 共模信号作用时的动态指

23、标共模信号作用时的动态指标三、指标计算三、指标计算0 ucIcOcucAuuA参数理想对称时共模放大倍数RcT12ReeIec1uoc1uicRb（1）双端输出共模）双端输出共模动态指标动态指标cocebeb1BIcIcIcic2 )(12212 RRRrRiuiuR输出电阻输入电阻ebebLcc)1 (2)( RrRRRA3 . 共模信号作用时的动态指标共模信号作用时的动态指标三、指标计算三、指标计算（1）单端输出共模）单端输出共模动态指标动态指标 共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。号的能力和抑制共模信号的

24、能力。ucudCMRAAK4 . 共模抑制比共模抑制比三、指标计算三、指标计算（1）双端输入双端输出共模抑制比）双端输入双端输出共模抑制比CMRuc 0KA所以因为)dB(20lgucudCMRAAK（2）双端输入单端输出共模抑制比）双端输入单端输出共模抑制比bebLcud)( 21rRRRAebebLcuc)1 (2)( RrRRRAbebebebCMR)1 (2rRRrRKbebLcud)( 21rRRRA（1）T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？（2）什么情况下）什么情况下Ad为为“”？（3）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？bebebebCMR)1

25、 (2rRRrRKcodbebid)(2RRrRR，讨论讨论共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入： 在输入信号作用下发射极在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？的电位变化吗？说明什么？2/IIcIIduuuu，5 . 单端输入的指标计算单端输入的指标计算三、指标计算三、指标计算 其中的其中的差模指标和共模指标的计差模指标和共模指标的计算与双端输入相同。算与双端输入相同。ui1=uic+uid/2ui2=uic- uid/2uic = uic1=uic2 =(ui1+ui2)/2uid=(ui

26、1-ui2)uid1=-uid2= uid /2对于两个任意信号对于两个任意信号ui1、ui2，分析时可将它们，分析时可将它们分解成一对共模分解成一对共模信号和一对差模信号信号和一对差模信号，然后分别由差模和共模增益来求。，然后分别由差模和共模增益来求。例例：ui1=10mV ui2=8mVuic=(ui1+ui2)/2=9mVuid=(ui1-ui2) =2mVui1 =uic1+uid1 =9+1（mV）ui2 =uic2+uid2 =9-1（mV）对任意信号的分析方法对任意信号的分析方法讨论讨论OQIcIdO2UuAuAu静态时的值静态时的值差模输出差模输出共模输出共模输出问题讨论：问题

27、讨论：（1）UOQ产生的原因？产生的原因？（2）如何减小共模输出）如何减小共模输出电压？电压？6. 电压传输特性电压传输特性三、指标计算三、指标计算 差分放大电路的电压传输特性是指放大电路输出差模信号与输入差分放大电路的电压传输特性是指放大电路输出差模信号与输入差模信号之间的关系曲线差模信号之间的关系曲线.)(IdOdufu输入方式：输入方式： Rid均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。单端输入时有共模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Aud、 Auc、 KCMR、Rod均与之有关。均与之有关。codCMRucbeb

28、Lcud2 0 )2(RRKArRRRA双端输出：codbebebebCMRebebLcucbebLcud )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA单端输出：总总 结结四四、具有恒流源的差分放大电路、具有恒流源的差分放大电路 为什么要采用电流源？为什么要采用电流源？ Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。越大，差分放大电路的性能越好。 但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以至于大，以至于Re太太大就大就不合理了。不合理了。 需在

29、低电源条件下，得到趋于无穷大的需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源！解决方法：采用电流源！3EE2123EB32RVRRRIII，等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大近似为近似为恒流恒流5.2.2 具有电流源的差分放大电路分放大电路3cer1) RW取值应大些？还是小取值应大些？还是小些？些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 若若RW滑动端在中点，写滑动端在中点，写出出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1 (WbebcudRrRRAWbebid)1 ()(2RrRR 加调零电位器加调零电位器RW5.2.2 具有电流源的差分放大电路分放大电路doidmd2R

30、RRRgA 场效场效晶体晶体管差分放大电路管差分放大电路5.2.2 具有电流源的差分放大电路分放大电路VDA几种方式指标比较几种方式指标比较VCACMRKbeLc)21/(rRR beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/(rRR 0oLc2/rRR 0oLc2/rRR beorr beorr 输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出idRicRoR输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR讨论一讨论一若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？ uIc=？uId=

31、5mV ，uIc=7.5mV讨论二讨论二1、uI=10mV，则，则uId=? uIc=? 2、若、若Ad=102、KCMR103用直流表测用直流表测uO ，uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?5.3 集成运算放大电路集成运算放大电路5.3.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述5.3.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路5.3.3以电流源为有源负载的放大电路以电流源为有源负载的放大电路5.3.5集成运放的主要参数集成运放的主要参数5.3.4集成运放电路简介集成运放电路简介集成电路简称集成电路简称 IC ( (Int

32、egrated Circuit) )集成电路按集成电路按其功能分其功能分数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成模拟集成电路类型电路类型集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高频放大器集成高频放大器；集成中频放大器；集成中频放大器；集成比较器集成比较器；集成乘法器；集成乘法器；集成稳压集成稳压器器；集成数；集成数/模或模模或模/数转换器等。数转换器等。5.3.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述集成电路的外形集成电路的外形( (a) )双列直插式双列直插式( (b) )圆壳式圆壳式( (c) )扁平式扁平式一、集一、集成运放的电路结构特点成运

33、放的电路结构特点1. 对称性好，适用于构成差分放大电路。对称性好，适用于构成差分放大电路。2. 在芯片上常常用三极管代替在芯片上常常用三极管代替大电阻和二极管。大电阻和二极管。3. 通常采用直接耦合电路方式。通常采用直接耦合电路方式。4. 集成电路中的集成电路中的 NPN 、 PNP管的管的 值差别较大，值差别较大，通常通常 PNP 的的 10 。常采用复合管的形式。常采用复合管的形式。5.3.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 若将集成运放看成为一个若将集成运放看成为一个“黑盒子黑盒子”，则可等效为，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电

34、路。一个双端输入、单端输出的差分放大电路。二、集成运放的组成二、集成运放的组成实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。5.3.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述前置级，多采用差分放大电路。要求前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，大，Ad大，大， Ac小，输入端耐压高。小，输入端耐压高。主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。的放大能力。功率级，多采用准互补输出级。要求功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最小，最大不失真输出电压尽可能大。大不失真输出电压尽可能大。为各为

35、各级放大电路设置级放大电路设置合适的静态工作合适的静态工作点。采用电流源点。采用电流源电路。电路。5.3.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述二、集成运放的组成二、集成运放的组成 由于由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。的数值仅为几十一百多微伏。在线性区：在线性区：uOAod(uPuN) Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。非线非线性区性区 (uPuN)的数值大于一定值时，的数值大于一定值时，集成运放的输出不是集成运放的输出不是UOM , 就是就是UOM，即集

36、成运放工作在非线性区。，即集成运放工作在非线性区。三、集成运放的电压传输特性三、集成运放的电压传输特性5.3.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述5.3.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路 集成运放电路中的晶体管和场效应管除了集成运放电路中的晶体管和场效应管除了作为放大管外，还构成作为放大管外，还构成电流源电路电流源电路，为各级提为各级提供合适的静态电流供合适的静态电流; 或作为或作为有源负载有源负载取代高阻值电阻取代高阻值电阻，从而增，从而增大放大电路的电压放大倍数。大放大电路的电压放大倍数。一、一、镜像电流源镜像电流源T0 和和 T1 特性完全相同。特性完全相同。B0B

37、1BE0BE1IIUU，CCB10B0CR2IIIIIIRC 2II ，则若在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。电路中有负电路中有负反馈吗？反馈吗？基准电流基准电流RUVI)(BECCRRC2IICC0C1III5.3.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路5.3.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路R0101C1C4C3C2)1 (4)1 ( = = =IIIIIIC1=IR-4IB1/(1+0)一、一、镜像电流源镜像电流源5.3.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路三、三、比例电流源比例电

38、流源由图可得由图可得UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，则，则22E11ERIRI 忽略基极电流，可得忽略基极电流，可得REF211C212CIRRIRRI两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值成反比，故称为比例电流源。成反比，故称为比例电流源。eBE1BE0E1)(RUUITBE1BE0TBEe eSE1E0SEU)UU(UUIIIII，eE1E10ETBE10BElnRIIIUUURUVIIIIIBE0CCR C0 E01C 1E设计过程很简单，首先确定设计过程很简单，首先确定IE0

39、和和IE1，然后选定，然后选定R和和Re。超越超越方程方程Re 要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。5.3.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路四、四、微电流源微电流源 在集成运放中，常用电流源电路取代在集成运放中，常用电流源电路取代RC或或Rd ，这样在电源电压不变的情况下，既可获，这样在电源电压不变的情况下，既可获得合适的静态电流，对于交流信号，又可获得得合适的静态电流，对于交流信号，又可获得很大的等效很大的等效RC或或Rd的。的。 晶体管和场效晶体管是有源元件，又可晶体管和场效晶体管是有源元件，又可作为负载，故称为有源负载。作为负载

40、，故称为有源负载。5.3.3 以电流源为有源负载的放大电路以电流源为有源负载的放大电路共射放大电路共射放大电路哪只管子为放大管？哪只管子为放大管？其集电结静态电流约为多少？其集电结静态电流约为多少？静态时静态时UIQ为多少？为多少？为什么要考虑为什么要考虑 rce2?be1bLce2ce11)( rRRrrAu5.3.3 以电流源为有源负载的放大电路以电流源为有源负载的放大电路二、有源负载差分放大电路二、有源负载差分放大电路电路的输入、输出方式？电路的输入、输出方式？如何设置静态电流？如何设置静态电流？静态时静态时iO约为多少？约为多少？动态时动态时iO约为约为多少？多少？ C1C3C4C2C

41、1，iiiiiC1C2C4O2 iiii 使单端输出电路使单端输出电路的差模放大倍数近的差模放大倍数近似等于双端输出时似等于双端输出时的差模放大倍数。的差模放大倍数。0 C2C4Oiii静态：静态：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII，动态：动态：5.3.3 以电流源为有源负载的放大电路以电流源为有源负载的放大电路 读图方法读图方法了解要分析的电路的应用场合、用途和技术指标。了解要分析的电路的应用场合、用途和技术指标。将整个电路图分为各自具有一定功能的基本电路。将整个电路图分为各自具有一定功能的基本电路。定性分析每一部分电路的基本功能和性能。定性分析每一部分电路的基本功能和性能。电

42、路相互连接关系以及连接后电路实现的功能和性电路相互连接关系以及连接后电路实现的功能和性能。能。必要时可估算或利用计算机计算电路的主要参数。必要时可估算或利用计算机计算电路的主要参数。已知电路图，分析其原理和功能、性能。已知电路图，分析其原理和功能、性能。5.3.4 集成运放举例集成运放举例型号为型号为F007的通用型集成运放的通用型集成运放 对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。 若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则若在集成运放电路

43、中能够估算出某一支路的电流，则这个电流往往是偏置电路中的基准电流。这个电流往往是偏置电路中的基准电流。找出偏置电路找出偏置电路1. 偏置电路的分析偏置电路的分析+VCCT8 VCCT9T12T13T10T11R4R5I8I3,4IC9IC10IREFIC13至输入级至输入级至中间级至中间级511BE12BEEECCREFRUUVVI 基准电流：基准电流：基准电流产生各放基准电流产生各放大级所需的偏置电流。大级所需的偏置电流。各路偏置电流的关系：各路偏置电流的关系：IREFI11IC10I3, 4IC9IC8IC12IC13微电流源微电流源镜像电流源镜像电流源输入级输入级镜像电流源镜像电流源中间

44、级中间级输出级输出级双端输入、单端双端输入、单端输出差分放大电输出差分放大电路路以复合管为放大管、以复合管为放大管、恒流源作负载的共恒流源作负载的共射放大电路射放大电路用用UBE倍增电路消倍增电路消除交越失真的除交越失真的准准互补输出级互补输出级三级放大电路三级放大电路简化电路简化电路分解电路分解电路2. 输入级的分析输入级的分析 T3、T4为横向为横向PNP型管，输型管，输入端耐压高。共集形式，输入入端耐压高。共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。幅值大。共基形式频带宽。共集共集-共基形式共基形式Q点的稳定：点的稳定：T（）IC1 IC2

45、IC8 IC9与与IC8为镜像关系为镜像关系IC9因为因为IC10不变不变IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2 T1和和T2从基极输入、射极输出从基极输入、射极输出T3和和T4从射极输入、集电极输出从射极输入、集电极输出输入级的分析输入级的分析T7的作用：的作用：抑制共模信号抑制共模信号 T5、T6分别是分别是T3、T4的有源的有源负载。负载。作用？作用？+_放大差模信号放大差模信号+_特点：特点：输入电阻大、差模放大倍输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、数大、共模放大倍数小、输入端耐压高输入端耐压高.3. 中间级的分析中间级的分析 中间级是主放大器，它中间级是主放大器，它所

46、采取的一切措施都是为所采取的一切措施都是为了增大放大倍数。了增大放大倍数。 F007的中间级是以复合的中间级是以复合管为放大管、采用有源负管为放大管、采用有源负载的共射放大电路。载的共射放大电路。中间级中间级输出级输出级4. 输出级的分析输出级的分析D1和和D2起过流保护作用，未过起过流保护作用，未过流时，两只二极管均截止。流时，两只二极管均截止。79O14BE1DRURiUU iO增大到一定程度，增大到一定程度，D1导通，导通，为为T14基极分流，从而保护基极分流，从而保护了了T14。准互补输出级，准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。倍增电路消除交越失真。中间级中间级输出级输出级电流采

47、样电阻电流采样电阻特点：特点：输出电阻小输出电阻小最大不失真输出电压高最大不失真输出电压高判断同相输入端和反相输入端判断同相输入端和反相输入端5.3.5 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 开环差模增益开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻差模输入电阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB )(lg20lg20NPOoduuuAPNPid)(iuurcodCMRlg20AAK UIO 几几V/ 0UIO的温漂的温漂dUIO/dT() 几几V/ 0输入失调电流输入失调电流 IIO 20nA 0IIO的温漂的温漂dIIO/dT() 几几nA/ 0 使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。B2B1IOIII5.3.5 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 最大共模输入电压最大共模输入电压 UIcmax 13V-3dB带宽带宽 fH 10Hz 转换速率转换速率 SR 0.5V/S 能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdmax 30V超过此值输入级差分管将损坏。超过此值输入级差分管