项目三 音调调节集成放大器 的制作与调试

1、1项目三项目三 音调调节集成放大器的音调调节集成放大器的 设计与制作设计与制作2项目三：音调调节电路的原理项目三：音调调节电路的原理课前导读课前导读3课前导读课前导读应用：比例放大应用：比例放大4一、集成电路简介：一、集成电路简介： 集成电路是集成电路是60年代初期发展起来的。年代初期发展起来的。 采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作具有特采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作具有特定功能的电子线路。定功能的电子线路。 集成电路分为：模拟集成电路与数字集成电路。集成电路分为：模拟集成电路与数字集成电路。 根据用途和具体功能不同，可分为集成运算放大器、集根据用途和具体功能不同，可分为集

2、成运算放大器、集成功率放大器、集成带宽放大器、集成电压比较器、集成乘成功率放大器、集成带宽放大器、集成电压比较器、集成乘法器、集成稳压器、集成法器、集成稳压器、集成A/D和和D/A转换器等。其中通用性最转换器等。其中通用性最强、应用最为广泛的就是强、应用最为广泛的就是集成运算放大器集成运算放大器。课前导读课前导读 集成运算放大器集成运算放大器外接不同反馈网络和输入网络就可构成外接不同反馈网络和输入网络就可构成具有各种功能的模拟电子电路。例如：放大、加法运算、具有各种功能的模拟电子电路。例如：放大、加法运算、减法运算、微分运算、积分运算等各种模拟运算电路。减法运算、微分运算、积分运算等各种模拟运

3、算电路。5集成运放例子：集成运放例子：LM324课前导读课前导读LM324LM324系列由系列由四个四个独立的，独立的，高增益高增益，内部，内部频率补偿频率补偿运算放大器运算放大器 组成，并具组成，并具有有短路保护输出短路保护输出，差动差动输入级消除零漂输入级消除零漂等功能。等功能。6 u u+ uoAouu+ uo国际符号国际符号国内符号国内符号课前导读课前导读7中间级中间级输入级输入级偏置电路偏置电路输出级输出级ui +ui uo集成运放是一个集成运放是一个高增益高增益直接耦合直接耦合放大电路。放大电路。采用具有两个输入端采用具有两个输入端子的差动放大电路子的差动放大电路提供增益，通常是共

4、提供增益，通常是共射组态的放大电路射组态的放大电路二、集成运放组成二、集成运放组成多数由恒流多数由恒流源电路组成源电路组成由较强带负载能力的由较强带负载能力的互补推挽电路组成互补推挽电路组成课前导读课前导读Task 61 1、直接耦合、直接耦合直接耦合两级放大电路直接耦合两级放大电路直接耦合电路的特点：直接耦合电路的特点：（1）低频率特性好，可以放大直流、交流及缓慢变化的信号。（2）电路中无大的耦合电容，便 于集成化。（3）各级放大电路的静态工作点 互相影响，不利于电路的设 计、调试和维修。用途：直流放大器；集成电路。用途：直流放大器；集成电路。 回顾耦合方式回顾耦合方式92 2、阻容耦合两级

5、放大电路、阻容耦合两级放大电路特点：特点：（1 1）各级放大电路的）各级放大电路的静态工作点相对独立静态工作点相对独立，互不影响，利于放大器的设计、，互不影响，利于放大器的设计、调试和维修。调试和维修。（2 2）阻容耦合方式电路的）阻容耦合方式电路的低频特性差低频特性差，不适合放大直流及缓慢变化的信号。，不适合放大直流及缓慢变化的信号。用途：交流电压放大器用途：交流电压放大器 回顾耦合方式回顾耦合方式10三、集成运放特点三、集成运放特点集成运放在内部结构上充分利用集成工艺的特点。集成运放在内部结构上充分利用集成工艺的特点。1、集成工艺难以制作电感和较大容量的电容（一般只能、集成工艺难以制作电感

6、和较大容量的电容（一般只能制作制作200pF以下的电容）。集成运放均采用以下的电容）。集成运放均采用直接耦合直接耦合方式。方式。2、集成电路中的电阻多是半导体的体电阻，阻值越大，、集成电路中的电阻多是半导体的体电阻，阻值越大，所占硅片面积越大。故大电阻往往利用所占硅片面积越大。故大电阻往往利用有源负载（恒流源）有源负载（恒流源）实现。实现。3、集成工艺较易制作良好匹配性的同种元、器件，在集、集成工艺较易制作良好匹配性的同种元、器件，在集成运放中广泛采用成运放中广泛采用对称性电路对称性电路结构。结构。课前导读课前导读11集成运放内部结构课前导读课前导读12 输入级对整个运算放大器的性能指标影响比

7、输入级对整个运算放大器的性能指标影响比较大，通常采用较大，通常采用差动放大器差动放大器，以减小，以减小零点漂移零点漂移； 中间放大级主要完成中间放大级主要完成电压放大任务电压放大任务，要求有，要求有高的电压增益高的电压增益，一般采用带有源负载的，一般采用带有源负载的共射极电压共射极电压放大器放大器。 输出级为输出级为功率放大电路功率放大电路。课前导读课前导读13项目三项目三 音调调节集成放大器的制作音调调节集成放大器的制作3.1 差动放大电路差动放大电路3.2 集成运算放大器的基本特性集成运算放大器的基本特性3.3 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用143.1 差动放大电路差动放大电路

8、3.1.1 差动放大电路差动放大电路 3.1.3 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式151、理解零点漂移（简称零漂）产生的原因理解零点漂移（简称零漂）产生的原因差动放大电路差动放大电路专业能力：专业能力：2、熟练掌握差模信号、共模信号、差模增益、共模增益熟练掌握差模信号、共模信号、差模增益、共模增益 和共模抑制比的基本概念和共模抑制比的基本概念3、掌握差动放大电路、恒流源电路的构成特点和分析方法掌握差动放大电路、恒流源电路的构成特点和分析方法161.集成运放中采用直接耦合放大电路 集成运算放大器内部在硅芯片上制作三极管

9、容易，但制作电感和电容不容易，所以集成运算放大器内部尽量使用三极管和电阻，尽量不用电感和电容，实在非得用也是在集成运算放大器构成电路时外接。这就是要采用直接耦合放大电路的原因。 3.1.1 差动放大电路差动放大电路17缺点：缺点：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零漂零漂：输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。：输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。 原因原因：由于温度变化、电压的波动和器件的老化等原因引起，：由于温度变化、电压的波动和器件的老化等原因引起，造成放大电路的造成放大电路的静态工作点静态工作点发生变化，这个变化被放大电路发生变化，这个变化被放大电路逐逐

10、级加以放大级加以放大并传送到输出端，使输出信号偏离原来的起始点而并传送到输出端，使输出信号偏离原来的起始点而上下飘动，其中上下飘动，其中温度是主要原因温度是主要原因，故也称，故也称温漂温漂。 3.1.1 差动放大电路差动放大电路1.集成运放中采用直接耦合放大电路优点：优点：低频特性好低频特性好18例例 100,=AV1若第一级漂移若第一级漂移100 uV， 若第二级也漂移若第二级也漂移100 uV，则输出漂移则输出漂移 1V+10 mV。假设假设减少第一级的漂移是关键减少第一级的漂移是关键。 1= 100,=V3V2AA漂移漂移 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+

11、 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV 3.1.1 差动放大电路差动放大电路19 引入直流负反馈。引入直流负反馈。 用非线性元件进行温度补偿。用非线性元件进行温度补偿。 在输入端采用差分式放大电路。式放大电路。抑制零漂的措施： 3.1.1 差动放大电路差动放大电路 上图所示电路同时使用引入上图所示电路同时使用引入直流负反馈直流负反馈和和非线性元件温非线性元件温度补偿度补偿两种方法来稳定两种方法来稳定Q Q点。点。 非线性元件非线性元件D D温度补偿过程如下：温度升高时温度补偿过程如下：温度升高时二极管压降二极管压降U UD D减小减小。20结构特点：结构特点：1、电路结构对称、电路结构对称

12、2、有两个输入端、有两个输入端3、有两个输出端、有两个输出端单端输入单端输入双端输入双端输入单端输出单端输出双端输出双端输出4、采用正负电源供电、采用正负电源供电 VCCVEE2. 基本差动放大电路结构 3.1.1 差动放大电路差动放大电路21差动放大电路是构成的演化：差动放大电路是构成的演化：有零点漂移现象有零点漂移现象利用对称克服零点漂移现象利用对称克服零点漂移现象2. 基本差动放大电路结构 3.1.1 差动放大电路差动放大电路22差动放大电路是构成的演化：差动放大电路是构成的演化：2. 基本差动放大电路结构 3.1.1 差动放大电路差动放大电路引入负直流电压源引入负直流电压源V VEEE

13、E来扩大动态范围来扩大动态范围23(1) 、利用电路对称性抑、利用电路对称性抑制温漂（制温漂（ui1=ui2=0）TICQ1 =ICQ2UCQ1 = UCQ2Uo =UCQ1 UCQ2 =03. 差动抑制零点漂移的原理 3.1.1 差动放大电路差动放大电路24温度温度TICQIE = 2ICQVEQVBEIBQICQ当当vi1 = vi2 = 0 抑制温度漂移，抑制温度漂移，稳定静态工作点。稳定静态工作点。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1CQI2CQI1CQI2CQIEIVEQ(2)、利用、利用RE负反馈作用抑制温负反馈作用抑制温漂漂3. 差动抑制零点漂移的原理 3.1

14、.1 差动放大电路差动放大电路Task 6差动放大电路差动放大电路具有以下特点：具有以下特点：（1 1）这个电路的结构具有对称性这个电路的结构具有对称性。它由两个完全对称的共。它由两个完全对称的共射电路组成，射电路组成，VT1、VT2的参数相同，对称位置上的电阻阻值的参数相同，对称位置上的电阻阻值也相同。也相同。 （2 2）电路采用正负双电源供电。电路采用正负双电源供电。一是为了扩大动态范围；一是为了扩大动态范围；二是为了输入信号对地（参考点）幅度为负时，需要用二是为了输入信号对地（参考点）幅度为负时，需要用双电双电源源放大器放大器，才能保证发射结正偏。，才能保证发射结正偏。 （3 3）零点漂

15、移被抑制。零点漂移被抑制。由于电路的对称性，温度的变化对由于电路的对称性，温度的变化对左右两个晶体管放大电路的影响是一致的，相当于给两个放大左右两个晶体管放大电路的影响是一致的，相当于给两个放大电路同时加入了电路同时加入了大小和极性完全相同的输入信号大小和极性完全相同的输入信号。在电路完全。在电路完全对称的情况下，两管的集电极电位始终相同，使差动放大电路对称的情况下，两管的集电极电位始终相同，使差动放大电路的输出为零，不会像直接耦合放大电路那样出现漂移电压，从的输出为零，不会像直接耦合放大电路那样出现漂移电压，从而抑制了放大电路中的零点漂移现象。而抑制了放大电路中的零点漂移现象。 3.1.1

16、差动放大电路差动放大电路264.差模信号与共模信号的概念1）差模输入方式：）差模输入方式：在差分放大电路的两个输入端分别输在差分放大电路的两个输入端分别输入大小相等、极性相反的信号，即入大小相等、极性相反的信号，即ui1=-ui2。 3.1.1 差动放大电路差动放大电路所输入的信号称为所输入的信号称为差模差模信号信号，用表示，用表示uid表示：表示：27差模输入等效差模输入等效 3.1.1 差动放大电路差动放大电路+VCCvodRCT1RBRCT2RBREVEEui2ui1i2i1iduuu4.差模信号与共模信号的概念i2i1id2/uuu或或284.差模信号与共模信号的概念2）共模输入方式：

17、）共模输入方式：在差分放大电路的两个输入端分别输入在差分放大电路的两个输入端分别输入大小相等、极性相同的信号，即大小相等、极性相同的信号，即ui1=ui2。 3.1.1 差动放大电路差动放大电路所输入的信号称所输入的信号称为为共模信号共模信号，用，用uic表示：表示：29共模输入等效共模输入等效 3.1.1 差动放大电路差动放大电路4.差模信号与共模信号的概念+VCCvocRCT1RBRCT2RBREEVEEvic voc2 voc1ic1 ic2ieeveei2i1icuuu）（i2i1ic21uuu 即：即：303）一般信号）一般信号idic1i21uuu idic2i21uuu i2i1

18、iduuu ）（i2i1ic21uuu 电路的输入信号一般是差模和共模信号共存的。电路的输入信号一般是差模和共模信号共存的。可分解为差模分量信号与共模分量信号：可分解为差模分量信号与共模分量信号： 3.1.1 差动放大电路差动放大电路4.差模信号与共模信号的概念312V1021033icucidudo uAuAu例题：例题：ui1=10 mV, ui2=8 mV ，Aud103，Auc0，求，求uo=?mV2i2i1iduuu mV921i2i1ic ）（uuu 3.1.1 差动放大电路差动放大电路32icucidudocodouAuAuuu 根据线性电路叠加定理，可得一般输入信号根据线性电路

19、叠加定理，可得一般输入信号时差放输出电压的表达式时差放输出电压的表达式 3.1.1 差动放大电路差动放大电路idoduduuA差模增益差模增益icocucuuA 共模增益共模增益4.差模信号与共模信号的概念33 可见，可见，理想的差动放大电路理想的差动放大电路仅对仅对差模信号具有放大能力差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。，对共模信号不予放大。)(21iiudouuAu在理想情况下（电路完全对称的情况下），在理想情况下（电路完全对称的情况下）， 但是实际情况是电路不可能绝对对称，实际的输出信但是实际情况是电路不可能绝对对称，实际的输出信号号vo不仅取决于差模信号，而且还与共模信号有关。不

20、仅取决于差模信号，而且还与共模信号有关。icucidudouAuAu0 3.1.1 差动放大电路差动放大电路4.差模信号与共模信号的概念icucidudouAuAu差模差模电压增益电压增益共模共模电压增益电压增益34共模信号应用：共模信号应用：差模信号应用：差模信号应用： 差动放大电路是要差动放大电路是要放大差模信号放大差模信号，因此称为，因此称为差动放大差动放大电路。电路。 差动放大电路的差动放大电路的零点漂移零点漂移可以看成是一对共模信号。可以看成是一对共模信号。 另外，电源电压的波动以及由电源引起的另外，电源电压的波动以及由电源引起的50Hz50Hz工频干扰工频干扰都可以看成是共模输入信

21、号。都可以看成是共模输入信号。 共模信号被共模信号被理想的理想的差动放大电路差动放大电路完全抑制掉完全抑制掉。 3.1.1 差动放大电路差动放大电路Task 6 为了更好地描述差动放大电路为了更好地描述差动放大电路放大差模、抑制共模的放大差模、抑制共模的特性特性，要看差动放大电路对这两种信号放大倍数的比值。，要看差动放大电路对这两种信号放大倍数的比值。这个这个比值越大比值越大，则放大电路，则放大电路抑制温漂的能力就越强抑制温漂的能力就越强，这个，这个比值被称之为比值被称之为共模抑制比共模抑制比，定义为：定义为：udCMRucAKA5. 共模抑制比共模抑制比 3.1.1 差动放大电路差动放大电路

22、36习题习题1使用差动放大电路的目的是为了提高（ ）。 A.输入电阻 B.电压放大倍数 C.抑制零点漂移能力 D.电流放大倍数 2差动放大器抑制零点漂移的效果取决于（ ）。 A.两个晶体管的静态工作点 B.两个晶体管的对称程度 C.各个晶体管的零点漂移 D.两个晶体管的放大倍数 3差模输入信号是两个输入信号的（ ），共模输入信号是两个输入信号的（ ）。 A .和 B. 差 C.比值 D. 平均值 4电路的差模放大倍数越大表示（ ），共模抑制比越大表示（ ）。 A.有用信号的放大倍数越大 B.共模信号的放大倍数越大 C.抑制共模信号和温漂的能力越强 5差动放大电路的作用是（ ）。 A.放大差模

23、B.放大共模 C.抑制共模 D.抑制共模，又放大差模 37习题习题6差动放大电路中当UI1=300mV，UI2=-200mV，分解为共模输入信号UIC=（ ）mV，差模输入信号UID=（ ）mV。 A.500 B.100 C.250 D.50 7在相同条件下，阻容耦合放大电路的零点漂移（ ）。 A.比直接耦合电路大 B.比直接耦合电路小 C.与直接耦合电路相同 8. 判断：差动放大电路的零点漂移在输入端相当于一对差模信号。（ ）9. 判断：所谓直接耦合放大电路，就是指差动放大电路。（ ）10.判断：基本差动放大电路是用互相抵消的原理来抑制零点漂移的。（ ）11差动放大电路由双端输出改为单端输出

24、，共模抑制比KCMRR减小的原因是（ ）。 A. AUD不变，AUC增大 B. AUD减小，AUC不变 C. AUD减小，AUC增大 D. AUD增大，AUC减小12差动放大电路由双端输入变为单端输入，差模电压增益是（ ）。 A.增加一倍 B.为双端输入的1/2 C.不变 D.不定 38 差动放大器有两个对地的输入端和两个对地的输出差动放大器有两个对地的输入端和两个对地的输出端，所以信号的输入、输出共有四种输入输出方式端，所以信号的输入、输出共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出（双入双出）双端输入、双端输出（双入双出） 2. 双端输入、单端输出（双入单出）双端输入、单端输出（双入单

25、出） 3. 单端输入、双端输出（单入双出）单端输入、双端输出（单入双出） 4. 单端输入、单端输出（单入单出）单端输入、单端输出（单入单出） 主要讨论的问题有：主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻、输出电阻差模输入电阻、输出电阻 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式39观察集成运放中差动放大电路采用什么输入输出方式？401 1、 双端输入、双端输出双端输入、双端输出 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aud 双端输入差放

26、电路如图所示。负载电阻接在两集电极之双端输入差放电路如图所示。负载电阻接在两集电极之间。差模信号间。差模信号uid 接在两输入端之间，也可看成接在两输入端之间，也可看成uid /2各接各接在两输入端与地之间。在两输入端与地之间。 idu41 一个理想的差动放大电路采用双端输入、双端输出的工作方式时，其差模电压放大倍数为：beLc1112121d)2/(22rRRAuuuuuuuuAuioiiooidou1 1、 双端输入、双端输出双端输入、双端输出 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aud0ocucicuAu共模抑制

27、比为：CMRK(2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数ATask 61 1、 双端输入、双端输出双端输入、双端输出 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式(3)(3)差模输入、输出电阻差模输入、输出电阻ATask 6差模输入电阻差模输入电阻rid差模输出电阻差模输出电阻rodRid = 2rbe Rod =2RC Task 6 单端输入可以看成是双端输入的一种特例：两个输入单端输入可以看成是双端输入的一种特例：两个输入信号中的一个为零。例如：信号中的一个为零。例如：ui1 1 = = ui，ui2 2 = 0 = 0，可以有：可以有：121111,2222ii

28、iiiiuuuuuu 相当于其中的相当于其中的差模部分差模部分为为：12iu共模共模部分部分为为：12iu 所以单端输入和双端输入并没有本质的区别，所以单端输入和双端输入并没有本质的区别，可以可以直接利用双端输入时的公式进行计算。直接利用双端输入时的公式进行计算。2 2、 单单端输入、双端输出端输入、双端输出 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aud44（1 1）单端输出时的差模电压放大倍数）单端输出时的差模电压放大倍数AudAud及输入输出电阻及输入输出电阻 单端输出是指差动放大电路中单端输出是指差动放大电路中的一

29、个管子的集电极对地向外输出，的一个管子的集电极对地向外输出，而另一个管子的输出电压未被利用，而另一个管子的输出电压未被利用，所以单端输出时的电压放大倍数是所以单端输出时的电压放大倍数是双端输出时的一半。双端输出时的一半。单端输出时的差模电压放大倍数为单端输出时的差模电压放大倍数为：12LudbeRAr 单单端输出的差动放大电路3 3、 单单端输出端输出 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式单端输出时差模输入、输出电阻：rod=RC rid=2rbe 45（1 1）单端输出时的差模电压放大倍数）单端输出时的差模电压放大倍数AudAud及输入输出电阻及输入输出电阻单

30、端输出的差动放大电路3 3、 单单端输出端输出 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式单端输出时单端输出时差模差模输入、输出电阻输入、输出电阻rod=RC rid=2rbe 交流等效电路46（2 2）单端输出时的）单端输出时的共模电压共模电压放大倍数放大倍数AucAuc单单=-2(1)LucbeERArR单3 3、 单单端输出端输出 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式47（2 2）单端输出时的）单端输出时的共模电压共模电压放大倍数放大倍数AucAuc单单=-2(1)LucbeERArR单（3 3）单端输出时的共模抑制比）单端输出时

31、的共模抑制比K KCMRCMR2(1)2udbeEECMRucbebeArRRKArr3 3、 单单端输出端输出 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式故提高共模抑制比要增加电阻故提高共模抑制比要增加电阻RETask 6差动放大电路的四种工作状态及特点比较差动放大电路的四种工作状态及特点比较 工作状态 性能特点双端输入双端输出双端输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出差模电压放大倍数Aud差模输入电阻rid2rbe2rbe2rbe2rbe差模输出电阻rod2RcRc2RcRc共模抑制比KCMR很高较高很高较高/ /2-LCbeRRr/ /2-LCbeRRrE

32、CMRbeRKrECMRbeRKr 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式/12CLbeRRr（）/ /12CLbeRRr（）49 (1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关只与输出方式有关： 差动放大器动态参数计算总结：差动放大器动态参数计算总结：双端输出时：双端输出时：beLcd)2/(rRRAv 单端输出时：单端输出时：beLcd/21rRRAv (2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关只与输出方式有关： 双

33、端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出时：0vcAeL2RR 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式=-2(1)LucbeERArR单50 (3)(3)差模输入电阻差模输入电阻 既然与输入无关，无论何种输入方式差模输入电阻既然与输入无关，无论何种输入方式差模输入电阻Rid都是基本放大电路的两倍。都是基本放大电路的两倍。单端输出时，单端输出时，双端输出时，双端输出时， coRR co2RR berR2id (4)(4)输出电阻输出电阻 差动放大器动态参数计算总结：差动放大器动态参数计算总结： 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式

34、51(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个是差分放大器的一个重要指标重要指标。beeCMRrRKcdCMRvvAAK 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大， 单端单端输出时的共模抑制比：输出时的共模抑制比： 差动放大器动态参数计算总结：差动放大器动态参数计算总结： 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式故提高共模抑制比要增加电阻故提高共模抑制比要增加电阻Re。52为了使左右平衡，可设置调零电位器为了使左右平衡，可设置调零电位器 。 uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2REVEE具有调零

35、作用的差动放大电路：具有调零作用的差动放大电路： 3.1.2 差动放大电路的输入、输出方式差动放大电路的输入、输出方式RPRP53 已知已知E Ec c=12V=12V，E Ee e=12V=12V， =60=60，r rbbbb=100=100 R Rc c=R=Rb b=R=Reeee=10K=10K ，R RW W=100=100 ，U Ui1i1=5mV, U=5mV, Ui2i2=3mV=3mV求：求：1.1.静态工作点静态工作点 2.2.输入差模电压输入差模电压U Uidid和共模电压和共模电压U Uicic, ,双端输出差模双端输出差模 U Uodod和共模电压和共模电压 U U

36、oc oc 解：解： 求静态值求静态值Q0E2R)I(1/2R)I(1URIeeeBQWBQBEbBQA4.9)2R/2(R)(1UEIeeWBEeBQ例题例题1)2R/2(R)(1ReeWb54解：解： 求静态值求静态值QEQBQCQIAm565.0IIVAKIRECQCC35.6m565.01012UCQ例题例题1 已知已知E Ec c=12V=12V，E Ee e=12V=12V， =60=60，r rbbbb=100=100 R Rc c=R=Rb b=R=Reeee=10K=10K ，R RW W=100=100 ，U Ui1i1=5mV, U=5mV, Ui2i2=3mV=3mV求

37、：求：1.1.静态工作点静态工作点 2.2.输入差模电压输入差模电压U Uidid和共模电压和共模电压U Uicic, ,双端输出差模输出双端输出差模输出U Uodod和共模输出和共模输出U Uoc oc 55求求Uid、Uic Uid=Ui1-Ui2Uic= Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2=（53）/2=4mV=5-3=2mV求求AUd Uod /2R)(1rRRAWbebcUd= -31idUdodUAU= -31 2= -62mV 求求AUc Uoc 双端输出：双端输出：AUc=0Uoc=0例题例题156练习题：差动放大器电路如图1所示，试回答：1）静态时，两个三极管的集电极

38、电流关系如何？2）加入差模信号时，两个三极管的集电极电流关系又如何？（交直流分别讨论）3）加入共模信号时，两个三极管的集电极电流关系又如何？（交直流分别讨论）4）静态时，温度增加，两个三极管的集电极电流如何变化？输出电压vo为多少？57总结重点难点总结重点难点重点： (1)差分放大电路的组成、工作原理。 (2)差模信号、共模信号、差模增益、共模抑制比的基本概念。 (3)差分放大电路的静态、动态分析、计算。 难点： 在差模和共模时对两个电阻（RW和RE）的处理581差动放大电路中，当差模放大倍数差动放大电路中，当差模放大倍数 一定时，电路一定时，电路的共模放大倍数的共模放大倍数 越大，说明越大，

39、说明( )udAucAA电路中温度漂移越大电路中温度漂移越大B电路对有用信号的放大能力越强电路对有用信号的放大能力越强C电路对有用信号的放大能力越弱电路对有用信号的放大能力越弱D电路对温度漂移抑制能力越差电路对温度漂移抑制能力越差2差动放大电路由双端输入变为单端输入，差模电差动放大电路由双端输入变为单端输入，差模电压增益是压增益是( )。 A增加增加1倍倍 B为双端输入时的为双端输入时的1/2 C不变不变 D不确定不确定习题习题CD593有公共发射极电阻有公共发射极电阻 的差动放大电路中，电阻的差动放大电路中，电阻 的主要作用是的主要作用是( )。eReRA提高差模输入电阻提高差模输入电阻 B

40、提高差模电压增益提高差模电压增益C提高共模抑制比提高共模抑制比 D提高共模电压增益提高共模电压增益4差动放大电路抑制零点漂移的效果取决于差动放大电路抑制零点漂移的效果取决于( )。 A两个三极管的放大倍数两个三极管的放大倍数 B两个三极管放大电路的对称程度两个三极管放大电路的对称程度 C每个三极管的穿透电流大小每个三极管的穿透电流大小 D外界温度的变化外界温度的变化习题习题CB60习题习题61CCU习题习题62习题习题63 3.1.3 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路Task 6 理想的差动放大电路由于其电路的对称性，在双端输出时可以把温漂抑制掉。但在实际电路中，要做到电路完全对称是不

41、可能的，因此，基本差动放大电路存在着以下一些问题：（1 1）由于电路的）由于电路的不对称性不对称性，电路的输出端仍然会有温漂信号，电路的输出端仍然会有温漂信号输出。输出。（2 2）在实际电路中，常常）在实际电路中，常常需要单端输出信号需要单端输出信号，而这时电路的，而这时电路的温漂现象仍然比较严重，只不过是比单管基本放大电路增加温漂现象仍然比较严重，只不过是比单管基本放大电路增加了一些抑制温漂的能力而已，远达不到实际应用的要求。了一些抑制温漂的能力而已，远达不到实际应用的要求。 为了解决上述问题，需要在基本差动放大电路的基础上加以改进，采用恒流源式差动放大电路，即提高共模抑制比。 3.1.3

42、恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路65 为了提高共模抑制比应加大Re 。但Re加大后，为保证工作点不变，必须提高负电源，这是很不经济的。同时集成电路难以制造大电阻，为此可用恒流源来代替Re 。 恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。恒流源可提供一个稳定的偏流，同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源。 3.1.3 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路Task 6 图中恒流源由VT3构成，为使集电极电流稳定，采用了Rb1和Rb2及RE构成的分压式偏置电路。 特点：当温度变化时，VT3的发射极电位和发射极电流也基本保持稳定。 因：两个放大管的集电极电流ic1、ic2之和近似等于ic3，

43、所以：ic1和ic2将不会因温度的变化而同时增大或减小，恒流源VT3起到了抑制共模信号变化的作用。恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路 3.1.3 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路为什么叫做恒流源式差动放大电路？67恒流源电路的简化画法及电路调零措施 3.1.3 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路68例例 图示电路，设三极管的图示电路，设三极管的 100100。(1)(1)求静态工作点；求静态工作点；(2)(2)求差模放大倍数；求差模放大倍数；(3)(3)当当v vi i为一直流电压为一直流电压16mV16mV时，计算时，计算VTVTl l，VTVT2 2集电极集电极对地的直

44、流电对地的直流电压压。VVVVBEzRE6 . 47 . 03 . 53mARVIEREE17 . 46 . 43VRIVVVCCCCCC45. 91 . 55 . 012121mAIIIECC5 . 015 . 05 . 0321解解 (1)R(1)RE E上的电压上的电压vovi69(2) VVE7 . 0VVVVVECCECE2 .10)7 . 0(45. 9121kIrrCbbbe5 . 55 . 026)1001 (30026)1 (vovi例例 图示电路，设三极管的图示电路，设三极管的 100100。(1)(1)求静态工作点；求静态工作点；(2)(2)求差模放大倍数；求差模放大倍数

45、；(3)(3)当当v vi i为一直流电压为一直流电压16mV16mV时，计算时，计算VTVTl l，VTVT2 2集电极集电极对地的直流电对地的直流电压压。差模放大倍数：差模放大倍数：7 .9255005100100beCudrRA70vovi (3)vi为为16mV直流电压，经放大后为直流电压，经放大后为mVvAvido14721692 V47. 1 VT1集电极电压集电极电压 VvVVocc71.847.121.4592111 VT2 集电极电压集电极电压VvVVOCC2 .1054.12145.92122 例例 图示电路，设三极管的图示电路，设三极管的 100100。(1)(1)求静态

46、工作点；求静态工作点；(2)(2)求差模放大倍数；求差模放大倍数；(3)(3)当当v vi i为一直流电压为一直流电压16mV16mV时，计算时，计算VTVTl l，VTVT2 2集电极集电极对地的直流电对地的直流电压压。71 基本恒流源电路由于用了三个电阻，不利于集成基本恒流源电路由于用了三个电阻，不利于集成化，所以常采用化，所以常采用镜像电流源镜像电流源。 3.1.3 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路IC2T2T1RIRIC1+VCC2IBR72镜像电流源镜像电流源UBE1 = UBE2 = UBE 1 = 2 = IB1 = IB2 = IBIC1 = IC2 = IR 2IB

47、C2R2II /21RC2 IIRUVIBECCR RVCC 3.1.3 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路IC2T2T1RIRIC1+VCC2IBR733.2 集成运算放大器的基本特性集成运算放大器的基本特性 3.2.1 集成运算放大器的结构集成运算放大器的结构 3.2.2 集成运算放大器的参数集成运算放大器的参数741.1.输入级输入级 高性能的差分放大电路，对共模信号有很强的抑制力，且一般采用双端输入双端输出的形式。 4.4.偏置电路偏置电路 提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。 3.3.输出级输出级 由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极

48、性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。2.2.电压放大级电压放大级 提供高的电压增益，可由一级或多级放大电路组成。 3.2.1 集成运算放大器的结构集成运算放大器的结构75读图读图简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放大器inout直接耦合直接耦合 多级放大电路多级放大电路差动输入级双差动输入级双入单出入单出中间放大级复中间放大级复合管共射合管共射输出级输出级 2级共集级共集镜像电流源镜像电流源输入级偏置输入级偏置分压偏置放大器分压偏置放大器组成的电流源为组成的电流源为T5提供偏置提供偏置+ +- - + + +- - - -反相端反相端同相端同相端76T T1 1、T T2 2构

49、成复合管（达林顿管构成复合管（达林顿管) )复合管复合管-达林顿管达林顿管77 A、复合管的管型与第一只管子复合管的管型与第一只管子V1相同。相同。 因为因为V1 的的基极电流决定了复合管的基极电流方向。基极电流决定了复合管的基极电流方向。IB 流入复流入复合管为合管为NPN，反之为，反之为PNP。 B、复合管的复合管的12 。 bc1V2V1bi1Ci2b1eii 2ci2eibce2C1CCiii 1bbii 2eeii e1 2 复合管等效的特点复合管等效的特点复合管复合管-达林顿管达林顿管78 C、如果、如果V1的发射极接的发射极接V2， 则则V2相当于相当于V1的射极电的射极电阻，复

50、合管的输入电阻：阻，复合管的输入电阻：rbe=rbe1+（1+1）rbe2 如果如果V1的集电极接的集电极接V2， 此时的此时的V2相当于相当于V1的集的集电极电阻，电极电阻， 复合管的输入电阻：复合管的输入电阻： rbe=rbe1bc1V2V1bi1Ci2b1eii 2ci2eie1 2 bc1V2V1bi1ei2b1cii 2ci2eie1 2 复合管复合管-达林顿管达林顿管复合管等效的特点复合管等效的特点79几种典型复合管复合形式几种典型复合管复合形式 （a）、 (d)等效为NPN管; （b）、 (c)等效为PNP管 复合管复合管-达林顿管达林顿管80 运算放大器的符号中有运算放大器的符

51、号中有三个引线端，两个输入端，一个输出三个引线端，两个输入端，一个输出端。端。集成运放的符号和传输特性集成运放的符号和传输特性 u u+ uo 另一个称为另一个称为反相输入端，反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号端相反，用符号“N N”表示。表示。uPuN+u+u uo 一个称为一个称为同相输入端同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号相同，用符号P表示；表示； 3.2.1 集成运算放大器的结构集成运算放大器的结构Task 61.1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aud ou didu

52、Au2.2.共模抑制比共模抑制比KCMR理想集成运放为无穷大理想集成运放为无穷大理想集成运算放大器的理想集成运算放大器的KCMR为无穷大为无穷大3.3.差模输入电阻差模输入电阻Rid理想集成运放的理想集成运放的rid为无穷大为无穷大4.输出电阻输出电阻Rod理想集成运放的理想集成运放的rod为零。为零。 3.2.2 集成运算放大器的性能指标集成运算放大器的性能指标82简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放大器Task 65.输入失调电压输入失调电压UIO 对于集成运放电路，要求输入为零时，输出也为零，但对于集成运放电路，要求输入为零时，输出也为零，但由于实际电路的不对称往往输出不为零，由

53、于实际电路的不对称往往输出不为零，为了使输出电压为为了使输出电压为零而在输入端加的补偿电压零而在输入端加的补偿电压U UIOIO ，其大小反映了电路不对称程，其大小反映了电路不对称程度和调零的难易度和调零的难易，其值，其值要求愈小愈好，一般小于要求愈小愈好，一般小于10mV10mV。6. -3dB带宽带宽 fH dBdB为相对单位。为相对单位。实验发现，随着输入信号的频率上升，实验发现，随着输入信号的频率上升，放大电路的电压放大倍数将下降，当放大电路的电压放大倍数将下降，当A Aodod下降到最大放大倍数下降到最大放大倍数的的0.7070.707倍时所对应的信号频率称为截止频率，用分贝为单倍时

54、所对应的信号频率称为截止频率，用分贝为单位表示时正好是位表示时正好是3dB3dB，对应此点的频率，对应此点的频率f fH H称为上限截止频率，称为上限截止频率，又常称为又常称为-3dB-3dB带宽。带宽。 3.2.2 集成运算放大器的性能指标集成运算放大器的性能指标84集成运算放大器的输入输出特性曲线集成运算放大器的输入输出特性曲线 3.2.2 集成运算放大器的性能指标集成运算放大器的性能指标0ui(mV)uo(V)-0.10.1-1010线性区线性区非线性区非线性区非线性区非线性区850ui(mV)uo(V)-0.10.1-1010线性区线性区非线性区非线性区非线性区非线性区3.3 3.3

55、集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用Task 6u 理想的运算放大器的指标理想的运算放大器的指标 理想运算放大器就是将集成运算放大器的各项理想运算放大器就是将集成运算放大器的各项指标理想化，即：指标理想化，即：（1 1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数A Aodod= =；（2 2）输入电阻）输入电阻R Ridid= =；（3 3）共模抑制比）共模抑制比K KCMRCMR= =；（4 4）输出电阻）输出电阻R Rodod=0=0；（5 5）-3dB-3dB带宽带宽f fH H = =。 集成运算放大器集成运算放大器的的开环增益非常高，输入电阻很大，输开环增益非常高，输入电阻很大，

56、输出电阻很小出电阻很小，这些参数接近理想化的程度。，这些参数接近理想化的程度。 因此，在分析含有集成运算放大器的电路时，为了简化因此，在分析含有集成运算放大器的电路时，为了简化分析，可以将实际的运算放大器分析，可以将实际的运算放大器视为理想运算放大器视为理想运算放大器。 3.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用 前言：前言：87 结论结论：运放工作在线性区的条运放工作在线性区的条件是在电路中件是在电路中加入负反馈加入负反馈。运放的传输特性：运放的传输特性：运放的传输特性运放的传输特性uo=f(ui)0ui(mV)uo(V)+-ui1ui2uo A A+U-U在图示运放电路中，有

57、在图示运放电路中，有 uo=Aod(ui2-ui1)=Aodui 设运放设运放Aod=105，运放最大输出电压，运放最大输出电压 UOM=10V，则其传输特性如图所示则其传输特性如图所示-0.10.1-1010线性区线性区非线性区非线性区非线性区非线性区 结论结论：运放在开环状态下线性运放在开环状态下线性区很窄。区很窄。如何使运放如何使运放工作在线性工作在线性区呢区呢？ 降低电压降低电压放大倍数放大倍数如何降低如何降低电压放大电压放大倍数呢倍数呢？ 引入负反馈引入负反馈 3.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用88运放线性应用的特点运放线性应用的特点运放工作在线性状态下的运放工

58、作在线性状态下的两个特点两个特点RF引入负引入负反馈反馈设设U+与与U-为运放同相与反相端的电位为运放同相与反相端的电位 ，有，有 uo=Aod(U+-U-)即即： U+-U-=uo/Aod因为对于理想运放有因为对于理想运放有Aod=，所以所以U+=U-虚短虚短+-ui1ui2uoA Aododu uididridro-uid+-U-U+uo A ARFI-I+I-I+ 设设I+与与I-为运放同相与反相端的输入为运放同相与反相端的输入电流电流 ，因为对于理想运放有因为对于理想运放有r ridid=，所所以以I+=I-=0虚断虚断 3.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用891

59、1 运放线性应用的条件与特点运放线性应用的条件与特点运放的传输特性运放的传输特性线性应用的条件线性应用的条件2 2 基本运算电路基本运算电路反相比例运算电路反相比例运算电路同相比例运算电路同相比例运算电路二、加减运算电路二、加减运算电路反相加法运算电路反相加法运算电路同相加法运算电路同相加法运算电路减法运算电路减法运算电路一、比例运算电路一、比例运算电路 3.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用三、积分与微分运算电路三、积分与微分运算电路积分运算电路积分运算电路微分运算电路微分运算电路90同相同相比例运算比例运算实现将输入信号按比实现将输入信号按比例放大的电路，称为例放大的电路

60、，称为比例运算比例运算电路电路反相反相比例运算比例运算-实现运算实现运算uo=-kui-实现运算实现运算uo=+kui（1）、）、反相比例运算电反相比例运算电路路(Inverting Amplifier)+- R1Rfui+-R2-u0+u电路结电路结构特点构特点Rf引入深度负反馈引入深度负反馈该反馈为该反馈为何种组态？何种组态？输入信号加入反相端输入信号加入反相端平衡电阻平衡电阻R2=R1/Rf1.1.比例运算电路比例运算电路 3.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用91u参数计算参数计算因为因为I-=0，所以，所以 i1=if即即，foiRuURUu1又因为又因为U-=U+