第三章 集成运算放大器的单元电路

1、电子技术基础精品资源共享课电子技术基础精品资源共享课河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院1第三章 集成运算放大器的单元电路主讲人：詹华伟河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章2集成运算放大器的单元电路n3.1 集成运算放大器概述n3.2 直接耦合多级放大电路n3.3 差分放大电路n3.4 互补功率放大电路河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章33.1 集成运算放大器概述 利用集成电路的制造工艺，将电子元器件利用集成电路的制造工艺，将电子元器件和连线制作在同一片半导体芯片上，构成具有和连线制作在同一片半导

2、体芯片上，构成具有特定功能的电路，称为特定功能的电路，称为集成电路集成电路。集成运算放集成运算放大器大器是一个直接耦合高增益的多级放大电路。是一个直接耦合高增益的多级放大电路。早期主要用来完成一些数学运算，故此得名。早期主要用来完成一些数学运算，故此得名。它一般由它一般由三级三级组成：输入级是差分放大电路，组成：输入级是差分放大电路，中间级是高增益放大电路，输出级是互补推挽中间级是高增益放大电路，输出级是互补推挽电路。另外还有一些辅助环节，例如偏置电流电路。另外还有一些辅助环节，例如偏置电流源、电位移动电路等。源、电位移动电路等。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三

3、章第三章4集成电路的特点（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。别有利于实现需要对称结构的电路。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。源负载。（4）只能制作几十）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。）不能制造电感，如需电感，也只能外接。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院

4、第三章第三章5集成运算放大器的结构图n输入级输入级采用高性能的差分放大电路来提高对某些干扰采用高性能的差分放大电路来提高对某些干扰信号的抑制能力信号的抑制能力n中间放大级中间放大级提供很高的电压增益，以保证运放应用电提供很高的电压增益，以保证运放应用电路的运算精度路的运算精度n互补输出级互补输出级由由PNP和和NPN两种极性的晶体管或复合管两种极性的晶体管或复合管组成，以获得正、负两个极性的输出电压或电流，同组成，以获得正、负两个极性的输出电压或电流，同时有较强的带负载能力。时有较强的带负载能力。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章6集成运算放大器的结构图n

5、偏置电流源偏置电流源为各放大级提供稳定的静态工作电为各放大级提供稳定的静态工作电流，从而达到稳定各级静态工作点的目的。流，从而达到稳定各级静态工作点的目的。n电位移动电路电位移动电路使各放大级静态工作点的电位合使各放大级静态工作点的电位合理，并且使输入为零时，输出也为零，即零输理，并且使输入为零时，输出也为零，即零输入零输出。入零输出。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章73.2 直接耦合多级放大电路n3.2.1 多级放大电路的耦合方式n3.2.2 零点漂移n3.2.3 直接耦合放大电路的电位移动n3.2.4 多级放大电路电压放大倍数的计算河南师范大学物理与

6、电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章83.2.1 多级放大电路的耦合方式 基本放大电路的放大倍数通常只能达到几基本放大电路的放大倍数通常只能达到几十倍至一、二百倍，在要求放大倍数更高时，十倍至一、二百倍，在要求放大倍数更高时，就要由多个单元电路级联成多级放大电路。多就要由多个单元电路级联成多级放大电路。多级放大电路的级与级之间、信号源与放大电路级放大电路的级与级之间、信号源与放大电路之间、放大电路与负载之间的连接均称为之间、放大电路与负载之间的连接均称为耦合耦合。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章9对耦合电路要求对耦合电路要求：要求要求动

7、态动态: 传送信号传送信号减少压降损失减少压降损失 静态：静态：保证保证各级各级Q点点不受影响不受影响波形不失真波形不失真第一级第一级第二级第二级第第n-1级级第第n级级输入输入输出输出耦合耦合河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章10电抗性元件耦合电抗性元件耦合变压器耦合方式变压器耦合方式 常常见见的的耦耦合合方方式式直接耦合方式直接耦合方式阻容耦合方式阻容耦合方式河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章11直接耦合方式级间电路通过电阻连接或者前级间电路通过电阻连接或者前一级输出端直接接到后一级输一级输出端直接接到后一级输入端

8、的耦合方式。入端的耦合方式。优点：优点： 各级放大器静态工作点相互影响。各级放大器静态工作点相互影响。 输出温度漂移严重。输出温度漂移严重。缺点：缺点： 可放大缓慢变化的信号。可放大缓慢变化的信号。 电路中无电容，便于集成化。电路中无电容，便于集成化。集成电路中应用广泛集成电路中应用广泛河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章12阻容耦合方式级间电路采用电容进行连接级间电路采用电容进行连接的耦合方式。的耦合方式。优点：优点：缺点：缺点： 各级放大器静态工作点独立。各级放大器静态工作点独立。 输出温度漂移比较小。输出温度漂移比较小。 不适合放大缓慢变化的信号。不适

9、合放大缓慢变化的信号。 不便于作成集成电路。不便于作成集成电路。分立元件电路中应用广泛分立元件电路中应用广泛河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章133.2.2 零点漂移零点漂移零点漂移：放大电路输入信号为零时，输出有缓慢：放大电路输入信号为零时，输出有缓慢变化的电压信号产生。简称变化的电压信号产生。简称零漂零漂。产生原因产生原因：主要是由于晶体管参数（主要是由于晶体管参数（ICBO、ICEO、UBE、）会随着温度的变化而波动，温度变化是产生零漂的会随着温度的变化而波动，温度变化是产生零漂的主要原因，所以有时也称为主要原因，所以有时也称为温度漂移温度漂移，简称

10、，简称温漂温漂。温漂指标温漂指标：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。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章14例如例如 100,=V1A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。 若第二级也漂若第二级也漂了了100 uV，则输出漂移则输出漂移 10 mV。假设假设 第一级是关键第一级是关键。 1= 100,=V3V2AA减小零漂的措施减小零漂的措施采用温度补偿采用温度补偿采用差分式放大电路采用差分式放大电路漂了漂了 100

11、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直流负反馈直流负反馈河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章153.2.3 直接耦合放大电路的电位移动直接耦合放大电路直接耦合放大电路VC1=VB2VC2= VB2+ VCB2 = VC1+ VCB2 VC1 前后级的直接耦合前后级的直接耦合 这种方式的缺点：各级静态工作点互相影响，集电极电位这种方式的缺点：各级静态工作点互相影响，集电极电位会逐级提高，难以设置正确的静态工作点。因此只适用于会逐级提高，难以设置正确的静态工作点。因此只适用于级数较少的放大电路。级数较

12、少的放大电路。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章16解决方案一：解决方案一：NPN+PNP组合组合由于由于NPN管集电极电位高管集电极电位高于基极电位，于基极电位，PNP管集电管集电极电位低于基极电位，它极电位低于基极电位，它们的组合使用可避免集电们的组合使用可避免集电极电位的逐级升高。极电位的逐级升高。NPN和和PNP管组合管组合河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章17电流源电位移动电路电流源电位移动电路 在模拟集成电路中，常采用这种电位移动电路。在模拟集成电路中，常采用这种电位移动电路。 电流源在电路中的作用实际上是

13、个电流源在电路中的作用实际上是个有源负载，其上的直流压降小，通过有源负载，其上的直流压降小，通过R1上的压降可实现直流电位移动。但电流上的压降可实现直流电位移动。但电流源交流电阻大，在源交流电阻大，在R1上的信号损失相对上的信号损失相对较小较小，从而保证信号的有效传递。同时，从而保证信号的有效传递。同时, ,输出端的直流电位并不高，实现了直流输出端的直流电位并不高，实现了直流电位的合理移动。电位的合理移动。电流源电位移动电路电流源电位移动电路 解决方案二：解决方案二：河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章183.2.4 多级放大电路电压放大倍数计算一、电压放大

14、倍数一、电压放大倍数 NjujNuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io二、输入电阻二、输入电阻i1iRR 三、输出电阻三、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：R Ri i大，大， R Ro o小，小，A Au u数值大，最数值大，最大不失真输出电压大。大不失真输出电压大。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章19 在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数时有两种处理方法。时有两种处理方法。输入电阻法输入电阻法开路电压法开路电压法 是将后一级的输入电阻作为前一级的负载考虑，即将是将后一级的输

15、入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。第二级的输入电阻与第一级集电极负载电阻并联。 是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放是将后一级与前一级开路，计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并将其作为信号源内阻加以考虑，共大倍数和输出电阻，并将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用到后一级的输入端。同作用到后一级的输入端。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章20 现以现以NPN和和PNP管组合管组合的两级放大电路为例加以说的两级放大电路为例加以说明，三极管的参数为明，三极管的参数为 1= 2= =100，VBE1=VBE

16、2=0.7 =0.7 V。计算总电压放大。计算总电压放大倍数。分别倍数。分别用用输入电阻输入电阻法法和和开路电开路电压法压法计算。计算。 两级放大电路两级放大电路河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章21一、用输入电阻法求电压增益一、用输入电阻法求电压增益（1 1）求静态工作点）求静态工作点A9.3=0.0093mA=mA7 . 2101)20/51(7 . 038. 3)+(1+)/(=e1b2b1BECCBQ1RRRVVImA93.0BQ1CQ1II河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章22V96. 77 . 026. 7

17、BE2B2E2VVVV7 . 48 . 793. 012)()(=e1c1CQ1cce1BQ1CQ1c1CQ1CCCEQ1RRIVRIIRIVVV26. 71 . 593. 012c1CQ1ccB2C1RIVVV河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章23mA04. 19 . 3/04. 49 . 3/ )96. 712(/ )(e2E2CCCQ2EQ2RVVIIV47. 43 . 404. 1c2CQ2C2RIVV45. 396. 747. 4E2C2CEQ2VVV河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章24（2 2）求电压放大

18、倍数）求电压放大倍数先计算三极管的输入电阻：先计算三极管的输入电阻：k8 .204.126101300mA)(mV)(26)1 (=k1 .393.026101300mA)(mV)(26)1 (=E2bbbe2E1bbbe1IrrIrr河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章25电压增益：电压增益：be2i2be1i2c11, 3 .581 . 3) 8 . 2/1 . 5(100)/(=rRrRRAv式中6 .1538 . 23 . 4100)/(=be2Lc22rRRAv8955)6 .153(3 .5821vvvAAA河南师范大学物理与电子工程学院河南师范

19、大学物理与电子工程学院第三章第三章26 如果求从如果求从VS算起的电压增益，需计算第一算起的电压增益，需计算第一级的输入电阻级的输入电阻 Ri1 =rbe1 / Rb1 / Rb2 =3.1/51/20 =3.1/14.4=2.55 k6436)6 .153(9 .419 .41)3 .58(55. 2155. 2+=2s1s1i1si1s1vvvvvAAAARRRA河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章27二、用开路电压法求电压增益二、用开路电压法求电压增益 第一级的输出电阻：第一级的输出电阻：c1o1RR5 .1641 . 31 . 5100=be1c1O

20、1rRAv3 .548 . 23 . 41008 . 21 . 58 . 2=be2c2i2o1i22rRRRRAv 第一级的开路电压增益：第一级的开路电压增益： 第二级的电压增益：第二级的电压增益： 总电压增益：总电压增益：8932) 3 .54()5 .164(=2O1vvvAAA河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章28集成运算放大器的单元电路n3.1 集成运算放大器概述n3.2 直接耦合多级放大电路n3.3 差分放大电路n3.4 互补功率放大电路n3.5 运算放大器的参数和型号河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章29

21、3.3 差分放大电路 前面提到了在多级放大电路中采用直接耦前面提到了在多级放大电路中采用直接耦合存在着两个特殊问题，一是静态工作点的合存在着两个特殊问题，一是静态工作点的相相互影响，二是零点漂移。为了解决这两个问题，互影响，二是零点漂移。为了解决这两个问题，可采用差分放大电路。也叫做差动放大电路，可采用差分放大电路。也叫做差动放大电路，简称差放。简称差放。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章303.3.1 差分放大电路的组成即：即： 1= 2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe Rc1=Rc2= Rc Rs1=Rs2= Rs差分放

22、大电路差分放大电路 对称性电路结构，其含义是两个三极管对称性电路结构，其含义是两个三极管VT1、VT2的特性一致，电路参数对应相等。的特性一致，电路参数对应相等。EEVc1R1VTeRi1uo1us1RCCVc2R2VTi2uouo2us2RCCVEEVc2Rc1R1VT2VTeRi1ui2uo1uouo2us1Rs2R河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章313.3.2 差分放大电路的输入和输出方式CCVEEVc2Rc1R1VT2VTeRi1ui2uo1uouo2us1Rs2R 信号从三极管的两个基极加入称为信号从三极管的两个基极加入称为双端输入双端输入；信

23、信号从三极管的一个基极对地加入称为号从三极管的一个基极对地加入称为单端输入单端输入。反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端在输入端在输入端ui1输入极性为正的信号，输入极性为正的信号，输出信号极性与其相反，称该输输出信号极性与其相反，称该输入端为反相输入端。入端为反相输入端。在输入端在输入端ui2输入极性为正的信号，而输出信号输入极性为正的信号，而输出信号极性与其相同，称该输入端为同相输入端。极性与其相同，称该输入端为同相输入端。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章32 差分放大电路的四种输入输出方式差分放大电路的四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输

24、出（双端输入、双端输出（双双-双双） 2. 双端输入、单端输出（双端输入、单端输出（双双-单单） 3. 单端输入、双端输出（单端输入、双端输出（单单-双双） 4. 单端输入、单端输出（单端输入、单端输出（单单-单单） 差分放大电路可以有两个输出端，一个差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极是集电极C1另一个是集电极另一个是集电极C2。从。从C1 和和C2输输出称为出称为双端输出双端输出，仅从集电极仅从集电极 C1或或C2 对地对地输出称为输出称为单端输出单端输出。3.3.2 差分放大电路的输入和输出方式河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章333.3.3

25、差模信号和共模信号差模信号差模信号 Oui1tui2Ot图 5-1-3 共模信号直流信号交直流信号共模信号共模信号Ot直流信号交直流信号Oui2tui1是指在两个输入端加上幅度相等，是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号。极性相反的信号。是指在两个输入端加上幅度相等，是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。极性相同的信号。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章343.3.3 差模信号和共模信号 差模、共模混合信号差模、共模混合信号是指两个极性相同（或不同）、幅度是指两个极性相同（或不同）、幅度不等的信号加在差分放大电路的输入端，则相当于一组差模信不

26、等的信号加在差分放大电路的输入端，则相当于一组差模信号迭加在共模信号上，共同加在差分放大电路的输入端。号迭加在共模信号上，共同加在差分放大电路的输入端。差模差模、共模混合信号、共模混合信号ui1、ui2如图所示。如图所示。 +ticu0ticu0i1ui1ui2ui2u差模、共模信号混合的情况差模、共模信号混合的情况河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章35在差分放大电路中有两个输入信号在差分放大电路中有两个输入信号ui1、ui2 。uid为差分放大电路的差模输入信号，显然为差分放大电路的差模输入信号，显然uid是两是两个输入信号之差个输入信号之差,即即i2i

27、1iduuuuic为差分放大电路的共模输入信号。它是两个输入为差分放大电路的共模输入信号。它是两个输入信号的算术平均值，即信号的算术平均值，即)(i2i121icuuu3.3.3 差模信号和共模信号河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章36 用共模信号和差模信号表示两个输入信号时，用共模信号和差模信号表示两个输入信号时，id21ici1uuuid21ici2uuu 在差模信号和共模信号同时存在的情况下输出电压：在差模信号和共模信号同时存在的情况下输出电压：icucidudouAuAu 差分放大电路的差分放大电路的差模电压增益差模电压增益差分放大电路的差分放大电

28、路的共模电压增益共模电压增益3.3.3 差模信号和共模信号idodud/=uuAicocuc/=uuA其中，其中，uod与与uoc分别是差模输出信号和共模输出信号分别是差模输出信号和共模输出信号河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章37例如：例如：ui1=10 sint(mV), ui2=4 sint(mV)，则，则 )(sin32)(sin7)(sin6mVtumVtumVtuidicid一般情况：一般情况：对于任意输入的信号对于任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分，都可分解成差模分量和共模分量的组合形式。解成差模分量和共模分量的组合形式。例例:

29、ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV则：则：uid = 10mV , uic = 15mV ,i2i1iduuu)(i2i121icuuu差模分量差模分量:共模分量共模分量:3.3.3 差模信号和共模信号河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章38 任意输入信号时差动放大器任意输入信号时差动放大器(a) 原电路；原电路； (b) 分解为差模和共模信号电路分解为差模和共模信号电路 (b)Rcuo EcV1V23 sintRsRsRcRe Ee3 sint7 sint(a)Rcuo EcV1V210 sintRsRsRcRe Eeus14 sintus

30、2河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章39 差分放大电路对差模信号的放大示意图如图。差分放大电路对差模信号的放大示意图如图。两两集电极电位一个升高（集电极电位一个升高（uC2增加增加），一个下降（，一个下降（uC1减小减小），就象跷跷板一样。，就象跷跷板一样。差分放大电路对差模信号放大差分放大电路对差模信号放大能力强。能力强。1C2CCQ1UCQ2U0交流oui2ui1u差模输入时集电极的输出情况差模输入时集电极的输出情况3.3.3 差模信号和共模信号河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章40 差分放大电路对共模信号的放大示

31、意图如图。如果输入差分放大电路对共模信号的放大示意图如图。如果输入是共模信号且幅度相等，两集电极电位（是共模信号且幅度相等，两集电极电位（uC1和和uC2）同时以）同时以相同幅度、向相同方向变化。在电路对称的条件下，两集电相同幅度、向相同方向变化。在电路对称的条件下，两集电极之间输出极之间输出uo=0。所以，差分放大电路对共模信号放大能力。所以，差分放大电路对共模信号放大能力弱（理想情况下无放大作用）。双端输出对共模信号有较强弱（理想情况下无放大作用）。双端输出对共模信号有较强的抑制能力，而单端输出对共模信号抑制能力较弱。的抑制能力，而单端输出对共模信号抑制能力较弱。 1C2CCQ1UCQ2U

32、oui2ui1u0ou共模输入时集电极的输出情况共模输入时集电极的输出情况3.3.3 差模信号和共模信号河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章41 抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理 在差分放大电路中，无论是电源电压波动或温度在差分放大电路中，无论是电源电压波动或温度变化都会使两管的集电极电流和集电极电位发生相同变化都会使两管的集电极电流和集电极电位发生相同的变化的变化,相当于在两输入端加入共模信号。由于电路的相当于在两输入端加入共模信号。由于电路的完全对称性完全对称性,使得共模输出电压为零，共模电压放大倍使得共模输出电压为零，共模电压放大倍数数Ac=0，从

33、而抑制了零点漂移。这时电路只放大差模，从而抑制了零点漂移。这时电路只放大差模信号。信号。 实际上，差分放大电路对零漂的抑制，一是靠对实际上，差分放大电路对零漂的抑制，一是靠对称，而是靠称，而是靠Re。双端输出这两条都可以利用，而单端。双端输出这两条都可以利用，而单端输出只利用输出只利用Re这一条。这一条。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章423.3.4 差分放大电路的静态分析 双端输入双端输出差分放大电路双端输入双端输出差分放大电路CCVEEVc2Rc1R1VT2VTeRi1ui2uous1Rs2Rou 双端输入双端输出差分放大电路双端输入双端输出差分放大

34、电路如如图所示。图所示。 河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章43CCVEEVc2Rc1R1VT2VTeRi1ui2uous1Rs2R双端输入双端输出差分放大电路双端输入双端输出差分放大电路CCVEEVc2Rc1R1VT2VTeRous1Rs2R0i1u0i2uIE1IE2EEeEQ1BEQs1BQ12VRIURIEECCeEQ1CEQ1cCQ12VVRIURIBQ2BQ1IIBQ1CQ2CQ1=IIIBQ1EQ2EQ11=III）（CEQ2CEQ1= UUesBEQEEBQ2BQ12)1 (=RRUVIIBQ1CQ2CQ1=IIIeEQ1C1CQ1EECC

35、CEQ2CEQ12=RIRIVVUU对对IE1来说来说,等效等效2Re河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章443.3.5差分放大电路的差模动态分析3.3.5.1 差模电压放大倍数差模电压放大倍数ic1ic2ie1ie22/idi2i1uuui2i1iduuu 双端输入双端输出差分放大电路双端输入双端输出差分放大电路CCVEEVcRcR1VT2VTsRsReRou+idui1ui2uRRLR+ 1. 双端输入双端输出双端输入双端输出 Re=0 RL的中点相当于的中点相当于公共端（等效地）公共端（等效地）,对对VT1、VT2各取各取 L21R河南师范大学物理与电

36、子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章45微变等效电路如图所示微变等效电路如图所示: iroridui2uRsRsrbeRc2RLrbeRc2RLbioduuod2uod2bibibibii1uRsrbeRc2RLbiuod2bii1u差模电压放大倍数差模电压放大倍数 besLbesbLbid21od21idodud)(rRRrRiRiuuuuAL21cL/RRR河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章46微变等效电路如图所示微变等效电路如图所示: 差模差模输入电阻输入电阻or 差模差模输出电阻输出电阻差模输入电阻：差模输入电阻：besid2rRR

37、差模输出电阻：差模输出电阻：cod2RR 此电路适用于输入、输出此电路适用于输入、输出不需要接地，对称输入，不需要接地，对称输入，对称输出的场合。对称输出的场合。idui2usRsrbeRc2RLrbeRc2RLbioduuod2uod2bibibibii1uRir河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章47 差模输入：差模输入：放大器的两个输入端分别输入放大器的两个输入端分别输入大小相等极性相反的信号大小相等极性相反的信号(即即ui1= ui2)，这，这种输入方式称为差模输入。种输入方式称为差模输入。idiidiiiiiiduuuuuuuuu21,212221

38、2121差模输出电压差模输出电压 差模输入信号差模输入信号212122ccccoduuuuu河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章48)21/(22L12111LcLSbeuuduuicidodudRRRRrRAAAAuuuuA差模电压放大倍数差模电压放大倍数 即差动式放大电路的差模电压放大倍数等于单管即差动式放大电路的差模电压放大倍数等于单管共射极电路的电压放大倍数。共射极电路的电压放大倍数。 式中式中 河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章492. 双端输入单端输出双端输入单端输出beiodidoddrRRuuuuAsL1

39、111u212Lod1uidui2uRsRsrbeRcrbeRcRbibibibibii1uCCVEEVcRcR1VT2VTsRsReRod1u+idui1ui2uRRLR+（a）从）从C1输出输出LCL/RRR其中其中输入与输出反相输入与输出反相河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章50CCVEEVcRcR1VT2VTsRsReRod2u+idui1ui2uRRLR+（b）从）从C2输出输出Lod2u+idui2uRsRsrbeRcrbeRcRbibibibibii1ubeiodidoddrRRuuuuAsL2222u212LCL/RRR输入与输出同相输入与

40、输出同相河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章51微变等效电路如图所示微变等效电路如图所示: 差模差模输入电阻输入电阻or 差模差模输出电阻输出电阻差模输入电阻：差模输入电阻：besid2rRR差模输出电阻：差模输出电阻：codRR 此电路适用于双端输入转此电路适用于双端输入转换成单端输出的场合。换成单端输出的场合。irodidui2usRsrbeRcrbeRcRLbiubibibibii1uR河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章523. 单端输入双端输出单端输入双端输出CCVEEVcRcR1VT2VTsRsReRouiuL

41、R+(a)单端输入双端输出差分电路单端输入双端输出差分电路CCVEEVcRcR1VT2VTsRsReRouLR+iu2iu2iu2(b)对输入信号进行等效变换对输入信号进行等效变换ii2i1iduuuu2/)(ii2i121icuuuuiidici12/uuuu02/idici2uuu河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章533. 单端输入双端输出单端输入双端输出 由于输入信号中有差模和共模信号两部分，由于输入信号中有差模和共模信号两部分，则输出信号也由两部分组成。就差模信号而言，则输出信号也由两部分组成。就差模信号而言，单端输入时电路的工作状态与双端输入时的

42、工单端输入时电路的工作状态与双端输入时的工作状态一致，故作状态一致，故单端输入双端输出单端输入双端输出的差模电压的差模电压放大倍数与放大倍数与双端输入双端输出双端输入双端输出的差模电压放大的差模电压放大倍数相同。倍数相同。 此电路适用于单端输入转换成双端输出的此电路适用于单端输入转换成双端输出的场合。场合。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章544. 单端输入单端输出单端输入单端输出 由前面的分析可知，单端输入时差分电路由前面的分析可知，单端输入时差分电路的工作状态与双端输入时的工作状态一致，所的工作状态与双端输入时的工作状态一致，所以其单端输入单端输出的差

43、模电压放大倍数与以其单端输入单端输出的差模电压放大倍数与双端输入单端输出的差模电压放大倍数相同。双端输入单端输出的差模电压放大倍数相同。CCVEEVcRcR1VT2VTsRsReRouiuLR+此电路适用于输入输出均有一端接地的场合此电路适用于输入输出均有一端接地的场合河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章55 从几种电路的接法来看，输入方式对电从几种电路的接法来看，输入方式对电路差模输入电阻没有影响路差模输入电阻没有影响,只有输出方式对差模放大倍数和输出电阻有只有输出方式对差模放大倍数和输出电阻有影响，不论哪一种输入方式，只要是影响，不论哪一种输入方式，只要

44、是双端输双端输出出， 其差模放大倍数就其差模放大倍数就等于等于单管放单管放大倍数，大倍数，单端输出单端输出差模电压放大倍数为双端差模电压放大倍数为双端输出的输出的一半一半。cod2RRbesid2rRRcodRR3.3.5.2 差模输入电阻和输出电阻差模输入电阻和输出电阻河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章56 + + iE iE1 +Vcc + + Re 共共模模输输入入差差放放电电路路 Rc OuRc Rb Icu2Iu-VEE Rb iE2 1Iu1Ou2Ou共模输入分析：共模输入分析： uI1= uI2= uIc，称之为共模输入信号。，称之为共模输入

45、信号。 Rc + + 2Re 共共模模输输入入单单端端输输出出 半半边边交交流流通通路路 1Ou T1 Icu Rb 1Iu Ei rbe Rc + + 2Re 共共模模输输入入单单端端输输出出 半半边边微微变变等等效效电电路路 Rb 1Ou Icu 1Iu Ei Bi Bi 3.3.6 差分放大电路的共模动态分析河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章57LcLL1112u1u/RRR)1 (2式中）单端输出时：（ebebIcOIOccRrRRuuuuAAa0)(2u1u211uccIcOOIOcAAuuuuuAb双端输出时： 以上计算结果表明：（以上计算结果

46、表明：（1）单端输出时，差放电路对共模单端输出时，差放电路对共模信号的抑制是通过信号的抑制是通过Re的强烈负的强烈负反馈实现的；（反馈实现的；（2）双端输出时，）双端输出时，差放电路对共模信号的抑制主差放电路对共模信号的抑制主要是通过电路参数的对称性实要是通过电路参数的对称性实现的；在电路参数不完全对称现的；在电路参数不完全对称时，通过时，通过Re的强烈负反馈作用，的强烈负反馈作用，进一步抑制共模信号。进一步抑制共模信号。 Re称为称为共模抑制电阻。共模抑制电阻。共模电压放大倍数共模电压放大倍数共模电压放大倍数共模电压放大倍数河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第

47、三章583.3.6.2 共模抑制比共模抑制比ucudCMRAAKdBlg20ucudCMRAAK，或反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标定义：定义：)r(R)R(1)r(R)R2(1rR21bebebebebebucudCMRAAK双端输出双端输出，理想情况下，理想情况下 KCMR。单端输出单端输出共模抑制比：共模抑制比：增大增大KCMR，可以通过增大，可以通过增大Re来实现来实现河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章59长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 分析分析Re对共对共模电压放大模电压放大倍数和差模电压放大倍倍数和差模电压放大倍数的影响。数的

48、影响。长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路CCVEEVc2Rc1R1VT2VTeRous1Rs2Ri1ui2u+河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章60 Re稳定静态工作点的过程稳定静态工作点的过程 加加Re后，当温度上升时，由于后，当温度上升时，由于IC1和和IC2同时增同时增大，稳定过大，稳定过程实质上是一个负反馈过程。程实质上是一个负反馈过程。 T(C) IC1 IC1 IC2 IC2 IEUReUEUBE1IB1 UBE2IB2Re越大工作点越稳定，但越大工作点越稳定，但Re过大会导致过大会导致UE过高使过高使静态电流减小，加入负电源静态电流减小，加

49、入负电源-VEE可补偿可补偿Re上的压降。上的压降。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章61射极电阻射极电阻Re的作用：的作用：（1）直流负反馈，稳定静态工作点）直流负反馈，稳定静态工作点（2） Re对共模信号有抑制作用（原理同上，即由对共模信号有抑制作用（原理同上，即由于于Re的负反馈作用，使的负反馈作用，使Ie基本不变）基本不变）（3） Re对差模信号相当于短路对差模信号相当于短路河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章62 通过对带通过对带Re的差动式放大电路的分析可的差动式放大电路的分析可知，知，Re越大，越大，KCM

50、R越大，但增大越大，但增大Re，相应的，相应的负电源负电源VEE也要增大。显然，使用过高的也要增大。显然，使用过高的VEE是不经济的。此外是不经济的。此外,Re直流能耗直流能耗也相应增大。也相应增大。而且，集成电路里制造大电阻也很困难。所而且，集成电路里制造大电阻也很困难。所以，靠增大以，靠增大Re来提高共模抑制比是不现实的来提高共模抑制比是不现实的 为解决这个问题，可以用恒流源电路来为解决这个问题，可以用恒流源电路来代替代替Re，电路如图所示。，电路如图所示。T3管采用稳压管管采用稳压管VZ提供稳定的基极偏置电压提供稳定的基极偏置电压，无论，无论T1、T2管有管有无信号输入，无信号输入，Ib

51、3恒定，恒定，IC3恒定，所以恒定，所以T3称称为恒流管。为恒流管。3.3.7 恒流源差分放大电路河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章63 图中图中IC3=IE3，由于，由于IC3恒定，恒定，IE3恒定，则恒定，则IE0，这时动态电阻这时动态电阻rd为为 恒流源对动态信号呈现出高达几兆欧的电阻，而恒流源对动态信号呈现出高达几兆欧的电阻，而直流压降不大，可以不增大直流压降不大，可以不增大-UEE。rd相当于相当于Re，所以对，所以对差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aud无影响。对共模电压放大倍数无影响。对共模电压放大倍数Auc相当于接了一个无穷大的相当于接了一

52、个无穷大的Re，所以，所以Auc0，这时，这时KCMR。实现了在不增加。实现了在不增加-UEE的同时，提高了共模的同时，提高了共模抑制比的目的。恒流源电路可用恒流源符号表示抑制比的目的。恒流源电路可用恒流源符号表示 33EEdIUr河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章64 具有恒流源的差动式放大电路具有恒流源的差动式放大电路CCVEEVc2Rc1R1VT2VTous1Rs2Ri1ui2u+IS河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章65恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源不影响差模放大倍数。恒流源不影

53、响差模放大倍数。恒流源使共模放大倍数减小，从而增恒流源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加共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大。比无穷大。恒流源的作用恒流源的作用河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章66重要结论重要结论要尽可能的提高差分放大器的共模抑制比，两要尽可能的提高差分放大器的共模抑制比，两个关键因素是：个关键因素是：电路对称性；电路对称性；共射极电阻。共射极电阻。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章67集成运算放大器的单元电路

54、n3.1 集成运算放大器概述n3.2 直接耦合多级放大电路n3.3 差分放大电路n3.4 互补功率放大电路n3.5 运算放大器的参数和型号河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章683.4 互补功率放大电路 功率放大电路与电压放大器的区别是，电功率放大电路与电压放大器的区别是，电压放大器是多级放大器的前级，它主要对小信压放大器是多级放大器的前级，它主要对小信号进行电压放大，主要技术指标为电压放大倍号进行电压放大，主要技术指标为电压放大倍数、输入阻抗及输出阻抗等。而功率放大电路数、输入阻抗及输出阻抗等。而功率放大电路则是多级放大器的最后一级，它要带动一定负则是多级

55、放大器的最后一级，它要带动一定负载，如扬声器、电动机、仪表、继电器等载，如扬声器、电动机、仪表、继电器等，所，所以，功率放大电路要求获得一定的不失真输出以，功率放大电路要求获得一定的不失真输出功率。功率。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章69例：例： 扩音系统扩音系统执行机构执行机构功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章70 功率放大电路的特点功率放大电路的特点 （1）输出功率足够大。常常工作在大信号输出功率足够大。常常工作在大信号状态，接近极限工作状态。状态，接近极限工作状

56、态。 （2）效率高。功率放大器的效率是指负载效率高。功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章71 （3）非线性失真小。功率放大器是在大信号非线性失真小。功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，极易超状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区造成出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区造成输出波形的非线性失真。因此，功率放大器比小输出波形的非线性失真。因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重

57、。信号的电压放大器的非线性失真问题严重。 （4）保护及散热。功放管承受高电压、大电保护及散热。功放管承受高电压、大电流，因而功放管的保护及散热问题也应重视流，因而功放管的保护及散热问题也应重视。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章72分析功放电路应注意的问题分析功放电路应注意的问题(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院

58、第三章第三章73(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。波形失真。(3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（的效率（ ）。）。Pomax : 负载上得到的交流信号最大功率。负载上得到的交流信号最大功率。PV： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。maxV100%oPP河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章743.4.1 三极管的工作状态乙类（乙类（B类）类）甲类（甲类（A类）类）甲乙类（甲乙类

59、（AB类）类） 丙类（丙类（C类）类）丁类（丁类（D类）类） 导通角为导通角为360；效率低效率低 50% 。OtiC2PIPI3PIIC甲类甲类 共射极放大电路共射极放大电路河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章75导通角为导通角为180；效率效率 78.5% 。 + - vi T VCC +12V Rc 零偏置共射极放大电路零偏置共射极放大电路乙类乙类tiC2PIPI3PIO河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章76甲乙类甲乙类OtiCIC导通角导通角 180；效率效率 接近乙类接近乙类导通角导通角 180；效率效率 可达

60、可达90%OtiC丙类丙类2PIPI3PI河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章77 3.4.2 乙类互补输出电路OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互补对称功放的类型：互补对称功放的类型： 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （ OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （ OCL电路）电路）河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第三章第三章781 1 电路组成电路组成OtiC乙类管耗小管耗小效率高效率高失真严重失真严重 3.4