电工电子技术基础第九章(课堂)1

1、 第第9 9章章 集成运算放大器集成运算放大器9.1.1 Rsus+uiRC1C1C2V1RB11RB12CE1RL+uo+UCCRC2C3V2RB21RB22CE2RE1RE2+uo1+各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。阻容耦合多级放大电路分析阻容耦合多级放大电路分析（1）静态分析：各级单独计算。（2）动态分析电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。21o1oo1ouuiiuAAUUUUUUA注意：计算前级的

2、电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。输入电阻就是第一级的输入电阻。输出电阻就是最后一级的输出电阻。+uiRC 1V1RB 1+uo+ UC CRC 2V2RE 2+uo 19.1.2 优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多(温度变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等等)，其中最主要的是温度影响。第一级产生的

3、零漂对放大电路影响最大。1.1.结构结构特点：特点：结构对称。结构对称。9.1.3 基本型差动放大器基本型差动放大器ui1ui2uo+UCCRCR1T1RBRCR1T2RB抑制零漂的原理抑制零漂的原理: :uo= uC1 - uC2 = 0uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0当当 ui1 = ui2 =0 时：时：当温度变化时：当温度变化时：uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2一、结构一、结构为了使左右平衡，可为了使左右平衡，可设置调零电位器设置调零电位器: 9.1.4 双电源长尾式差放双电源长尾式差放uoui1+UCCRCT1RBRCT2

4、RBui2REUCC二、二、 静态分析静态分析 温度温度TICIE = 2ICUEUBEIBIC1. RE的作用的作用： 抑制温度漂移抑制温度漂移设设ui1 = ui2 = 0自动稳定自动稳定RE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUCCuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUCC2. Q点的计算点的计算直流通路直流通路IC1= IC2= IC= IB UC1= UC2= UCCICRC UE1= UE2 =IBRBUBE UCE1= UCE2 = UC1UE1IBIC1IC2IBIEEBBEccBRRUUI)1 (2三、三、 动

5、态分析动态分析输入信号分类输入信号分类(1)(1)差模差模(differential mode)输输入入ui1 = -ui2= ud(2)(2)共模共模( common mode) 输入输入ui1 = ui2 = uC共模抑制比共模抑制比（Common - Mode Rejection Ratio)的的定义定义: :KCMRR =KCMRR (dB) =(分贝分贝)差模电压差模电压放大倍数放大倍数: :doddUUA共模电压共模电压放大倍数放大倍数: coccUUAcdAAcdAAlog20(3) 任意输入的信号任意输入的信号: ui1 , ui2注意：注意：ui1 = uC + ud ；ui

6、2 = uC - ud首先将信号分解：首先将信号分解：例例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV则：则：ud = 5mV , uc = 15mV 差模分量差模分量:221iiduuu共模分量共模分量:221iicuuu(一一) 差模输入差模输入均压器均压器diiuuu211diiuuu212RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUCCRE 对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUCCib2ib1ic2ic1i

7、RERE对差模信号不起作用对差模信号不起作用差模信号通路差模信号通路T1单边微变单边微变等效电路等效电路uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E1. 放大倍数放大倍数111iodduuA单边差模放大倍数单边差模放大倍数:11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiRiA21ddAAuod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib121221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA若差动电路带负载若差动电路带负载RL(接在接在C1与与C2之间之间), 对于差动信号而言，对于差

8、动信号而言，RL中点电位为中点电位为 0, 所以放大倍数：所以放大倍数：121)21/(beBLCdddrRRRAAA即即:总的差动电压放大倍数为总的差动电压放大倍数为差模电压放大倍数差模电压放大倍数:iodduuA ro = 2RC ri ri ro)/( 21BbeiRrRr输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：2. 输入输出电阻输入输出电阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E(二二) 共模输入共模输入RE对共模信号起作用，并且对共模信号起作用，并且iRE=2ie1。uS ic1 、 ic2 iRE 、 uRE +UCCuocRC

9、T1RBRCT2RBREUCCuS uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE共模信号通路共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuC1 uoc2 uoc1ic1 ic2uC22RET1单边微变等效电路单边微变等效电路EbBccoccRrRRUUA)1 (211112cARCRB2REic1uc1uoc1ib1 ib1ie1rbe1KCMRR AC 0问题：问题：负载影响共模放大倍数吗？负载影响共模放大倍数吗？111ccocUAU222ccocUAU021ocococUUU不影响！不影响！RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC9.1.5 恒流

10、源式差放电路恒流源式差放电路电路结构电路结构:IC3R2T3R1R3-UEERRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEE rce3 1M 恒流源恒流源uCEIB3iCUCE3IC3QUCE3 T3 :放大区放大区333cceceIUrRRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEE1. 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。2. 恒流源不影响差模放大倍数。恒流源不影响差模放大倍数。3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数

11、减小，从而增加共模抑制放大倍数减小，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。穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。恒流源的作用恒流源的作用9.1.6 差放电路的几种接法差放电路的几种接法输入端输入端 接法接法双端双端单端单端输出端输出端 接法接法双端双端单端单端差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：双端输出：双端输出：Ad = Ad1单端输出：单端输出：121ddAA ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE集成电路集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个将整个电路的各个元件做在同一个 半导体

12、基片上。半导体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：一、一、 概述概述9.2 集成运放结构特点及性能参数集成运放结构特点及性能参数工作稳定工作稳定使用方便使用方便体积小体积小功耗小功耗小重量轻重量轻集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；双极型双极型单极型（单极型（MOS）单、双兼容单、双兼容超大规模集成电路：在几十平方毫超大规模集成电路：在几十平方毫米的的芯片上制有上亿个元件米的的芯片上制有上亿个元件按功能按功能按集成度按集成度按导电类型按导电类型9.2.19.2.1 集成集成 运算放大器简

13、介运算放大器简介一、运放构成输入级中间级偏置 电路输出级输入端输出端输 入 级：由差放构成由差放构成。可减小零点漂移和抑制干扰。中 间 级：共射放大电路共射放大电路。用于电压放大。输 出 级：射极输出器射极输出器。降低输出电阻，提高带载 能力。偏置电路：由恒流源电路构成由恒流源电路构成。确定运放各级的静态 工作点。 在制造工艺上，运放中很难制造电感、电容元件，所以需要时一般都采取外接的方法。制造电阻比较容易，而制造晶体管却最容易。运放举例：LM741 LM741 1 2 3 48 7 6 5 7417614325822反相输入端反相输入端 出于集成化的原因及放大缓变信号和直流信号的需要，运放各

14、级之间均采用直接耦合的方式。66输出端输出端33同相输入端同相输入端44正电源端正电源端77负电源端负电源端88闲置端闲置端（NC）1 1、55接调零电位器接调零电位器运运算算放放大大器器外外形形图图运算放大器运算放大器的主要参数主要参数：1 1、最大输出电压、最大输出电压U UOPPOPP能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压。2 2、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数A Auouo没有外接反馈时所测出的差模电压放大倍数。 AuoAuo越高，所构成的电路越稳定，运算精度也越高。 AuoAuo一般约为104至109。3、输入失调电压、输入失调电压Uio为使输出等于零而在输入端加的微

15、小补偿电压。4、输入失调电流、输入失调电流Iio当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流之差。其值愈小愈好。 Iio=|IB1-IB2|，一般在零点零几到零点几微安级。5、输入偏置电流、输入偏置电流IiB当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流的平均值，其值愈小愈好。 IiB =(IB1+IB2)/2，他的大小主要和电路的第一级管子的性能有关，一般为零点几微安级6 6、最大共模输入电压、最大共模输入电压U Uicmaxicmax运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的共模电压范围内才具备。如超出这个电压，运放的共模抑制能力就大为下降，甚至造成器件损坏。7 7、共模抑制比、共模抑制

16、比CMRCMR 反映了运放对共模信号的抑制能力。集成电路内部结构的特点：集成电路内部结构的特点：2. 输入级采用差动放大电路电路。元件制作在同输入级采用差动放大电路电路。元件制作在同一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。一性好。3. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到30千千欧。高阻值电阻成本高，占用面积大且精度低。欧。高阻值电阻成本高，占用面积大且精度低。一般高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。一般高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。1.直接耦合的多级放大电路。几十直接耦合的多级放大电路。几十 PF

17、以下的小电以下的小电容用容用PN结的结电容构成、大电容要外接。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。二极管一般用三极管的发射结构成。-UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：原理框图：输入级输入级中间级中间级输出级输出级与与uo反相反相与与uo同相同相对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移, ,尽量提高尽量提高 KCMRR , , 输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大。尽可能大。对中间级的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：对输出级的要

18、求：主要提高带负载能力，给出足主要提高带负载能力，给出足够的输出电流够的输出电流io 。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小。小。集成运放的结构集成运放的结构（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二）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。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）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。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）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。功率放大，提高带负载的能力。R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoE

19、RCT1RCT2ui1T4IC =IC1+ IC2 = 1 IB + 2(1+ 1 ) IB = 1 + 2(1+ 1 ) IB为减小为减小IB， 提高输入电阻，提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管采用复合三极管 = IC / IB = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2 ICIBIE 1 2 IC1IC2IB2-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器+集成运放内部结构（举例）集

20、成运放内部结构（举例）极极性性判判断断 ri 大大: :几十几十k k 几百几百 k k 运放的特点：运放的特点：KCMRR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很大很大:10:104 4 10 107 7理想运放：理想运放： ri KCMMRR ro 0 0Ao 运放符号：运放符号：uu+ uo u u+ uouiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须在越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间输出与输入之间加负反馈才能使其工作加负反馈才能使其工作于线性区。于线性区。uiuo_+二、二、 传输特性传输特性ui=u+-u-ui=u+-u-由于运放的开环放大倍

21、数很大，输入电阻由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的称其所谓的理想运放理想运放。理想运放的条件理想运放的条件0Air)(0uuAuo虚短路虚短路uu0iI放大倍数与负载无关，可以放大倍数与负载无关，可以分开分析。分开分析。虚断路虚断路运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点1. 运算放大器工作在线性区时的特点运算放大器工作在线性区时的特点 ro 0 01. 虚短路虚短路 当同相端接地时当同相端接地时,反相反相端为端为”虚地虚地”。0iIuuu+uo_+uIi线性区的两条分析依据线性区的两条分析依据2. 虚断路虚断路Ao越大，运放的线性范围越小，必须在越大，