第二章直接耦合放大电路

1、将前级的输出端直接接后级的输入端。将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE2指输入信号电压为零时，输出电压发生指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。缓慢地、无规则地变化的现象。uotO(1) 前后级静态工作点相互影响前后级静态工作点相互影响 直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。 严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。

2、信号电压还是漂移电压。是指放大电路在没有输入信号时，由于温度变化、是指放大电路在没有输入信号时，由于温度变化、电源电压波动、元器件老化等原因，使放大电路的电源电压波动、元器件老化等原因，使放大电路的工作点发生变化，这个变化量会被直接耦合放大电工作点发生变化，这个变化量会被直接耦合放大电路逐级加以放大并传送到输出端，使输出电压偏离路逐级加以放大并传送到输出端，使输出电压偏离原来的起始点而上下漂动，主要是晶体三极管的参原来的起始点而上下漂动，主要是晶体三极管的参数受温度的影响，所以零点漂移也称为温度漂移，数受温度的影响，所以零点漂移也称为温度漂移，简称温漂。简称温漂。 电路结构对称，在理想的情况下

3、，两管的特性及对电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。应电阻元件的参数值都相等。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差分放大原理电路差分放大原理电路 两个输入、两个输入、两个输出两个输出两管两管静态工静态工作点相同作点相同2.1.2 长尾式差动放大电路长尾式差动放大电路uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0静态时，静态时，ui1 = ui2 = 0当温度升高时当温度升高时ICVC （两管变化量相等）（两管变化量相等）+共模信号共模信号 需要抑制需要抑制+

4、差模信号差模信号 是有用信号是有用信号1. .静态分析静态分析 在静态时，设在静态时，设 IB1 = IB2 = IB， IC1= IC2 = ICEEEBEBB12EIRUIR 上式中前两项较第三项小得多略去，上式中前两项较第三项小得多略去，则每管的集电极电流则每管的集电极电流EEEC2REII 发射极电位发射极电位 VE 0每管的基极电流每管的基极电流EECB2 REII 每管的集每管的集 射极电压射极电压ECECCCCCCCE2RREUIRUU RC+UCCRB1T1RE -EEIB2IEICIE+UCE+UBE+单管直流通路单管直流通路2. .动态分析动态分析单管差模信号通路单管差模信

5、号通路 由于差模信号使两管的集电极电流一增一减，由于差模信号使两管的集电极电流一增一减，其变化量相等，通过其变化量相等，通过 RE 的电流近于不变，的电流近于不变，RE 上没上没有差模信号压降，故有差模信号压降，故 RE 对差模信号不起作用，可得对差模信号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。出下图所示的单管差模信号通路。单管差模电压放大倍数单管差模电压放大倍数beBCbeBbCbi1o1d1rRR)rR(iRiuuA 同理可得同理可得d1beBCi2o2d2ArRRuuA T1RCibic+uo1RB+ ui1 双端输入双端输入双端输出差分电路的差模电压放大倍数为双端输出差分电路的差模

6、电压放大倍数为beBCd1i2i1odrRRAuuuA 当在两管的集电极之间接入负载电阻时当在两管的集电极之间接入负载电阻时beBLdrRRA 式中式中LCL21/RRR 两输入端之间的差模输入电阻为两输入端之间的差模输入电阻为)( 2beBirRr 两集电极之间的差模输出电阻为两集电极之间的差模输出电阻为Co2Rr 例例1: :在在前图所示的差分放大电路中前图所示的差分放大电路中,已知已知UCC=12V， EE = 12V, = 50, RC = 10 k , RE =10 k , RB = 20 k ， RP =100 , 并在输出端接负载电阻并在输出端接负载电阻RL = 20k , 试求

7、试求电路的静态值和差模电压放大倍数电路的静态值和差模电压放大倍数。解解: :mA0.6A101021223EEC REImA0.012mA500.6CB IIV6V)100.6101012(33CCCCCE IRUU112.4120550beBLd rRRA 式中式中 k521/LCLRRR k 2.41)0.626(20026)1()(200EbeIr 2.1.4 2.1.4 差动放大电路的输入、输出形式差动放大电路的输入、输出形式 当信号从一个输入端输入时称为单端输入；当信号从一个输入端输入时称为单端输入；从两个输入端之间浮地输入时称为双端输入；从两个输入端之间浮地输入时称为双端输入；当信

8、号从一个输出端输出时称为单端输出；当信号从一个输出端输出时称为单端输出；从两个输出端之间浮地输出时称为双端输出。从两个输出端之间浮地输出时称为双端输出。因此，差动放大电路具有四种不同的工作状态：因此，差动放大电路具有四种不同的工作状态：双端输入，双端输出；单端输入，双端输出；双端输入，双端输出；单端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出。双端输入，单端输出；单端输入，单端输出。比较见表比较见表2-1-12.1.5 2.1.5 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路 考虑采用恒流源来代替原来的考虑采用恒流源来代替原来的Re，因，因为恒流源的内阻较大，可以得到较好的为恒流源的内阻

9、较大，可以得到较好的共模抑制效果，同时利用恒流源的恒流共模抑制效果，同时利用恒流源的恒流特性给三极管提供更稳定的静态偏置电特性给三极管提供更稳定的静态偏置电流。流。 恒流源式差动放大电路如下图所示。恒流源式差动放大电路如下图所示。 恒流源式差动放大电路 接入恒流三极管后，抑制了共模接入恒流三极管后，抑制了共模信号的变化。信号的变化。 有时，为简化起见，常常用一个有时，为简化起见，常常用一个简化的恒流源符号来表示恒流管简化的恒流源符号来表示恒流管VT3的的具体电路，如下图所示。具体电路，如下图所示。 恒流源式差动放大电路的简化表示法 电电源源供供给给的的直直流流功功率率率率负负载载得得到到的的交

10、交流流信信号号功功 ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管在输入信号晶体管在输入信号的整个周期都导通的整个周期都导通,静态静态IC较大，波形较大，波形好好, 管耗大效率低。管耗大效率低。晶体管只在输入信号晶体管只在输入信号的半个周期内导通，的半个周期内导通， 静态静态IC=0，波形严重，波形严重失真失真, 管耗小效率高。管耗小效率高。晶体管导通的时间大于晶体管导通的时间大于半个周期，静态半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。一般功放常采用。 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载

11、耦合时，由形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器于省去了变压器而被称为无输出变压器()电路，简称电路，简称OTL电路。若互补对称电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容输出电容(电路，简称电路，简称OCL电电路。路。 OTL电路采用单电源供电，电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源电路采用双电源供电。供电。2.2.1.1 乙类双电源互补对称电路乙类双电源互补对称电路乙类互补对称电路存在的问题乙类互补对称电路存在的问题2.2.1.2 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路

12、1. 静态偏置静态偏置可克服交越失真可克服交越失真2. 动态工作情况动态工作情况二极管等效为恒压模型二极管等效为恒压模型设设T3已有合适已有合适的静态工作点的静态工作点交流相当于短路交流相当于短路 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路BE4221CE4VRRRV VBE4可认为是定值可认为是定值 R1、R2不变时，不变时，VCE4也也是定值，可看作是一个直流是定值，可看作是一个直流电源。电源。 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路静态时，偏置电路使静态时，偏置电路使VKVCVCC/2（电容（电容C充电达到充电达到稳态）。稳态）。当有信号当有信号vi时时负半周负半周T1导

13、通，有电流通过负导通，有电流通过负载载RL，同时向，同时向C充电充电正半周正半周T2导通，则已充电的电导通，则已充电的电容容C通过负载通过负载RL放电。放电。只要满足只要满足RLC T信信，电容，电容C就就可充当原来的可充当原来的VCC。计算计算Po、PT、PV和和PTm的公式的公式必须加以修正，以必须加以修正，以VCC/2代替原代替原来公式中的来公式中的VCC。 在输出功率较大时常采用复合管在输出功率较大时常采用复合管复合管的构成复合管的构成ic1= 1 ib1 ,ic2= 2 ib2 = 2 (1+ 1 ) ib1,ic = ic1+ ic2 = 1+ 2 (1+ 1 ) ib1 1 2

14、ib1 方式方式 1ib2= ie1=(1+ 1 ) ib1 ,ib= ib1 ,T1NPNT2NPNibicieBECib bic cieNPN 复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数 1 2复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同EBCT2NPNibicieBCEib bic ciePNP 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。一种模拟集成电路。集成电路集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之是把

15、整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不组成一个不可分的整体。可分的整体。：体积小、重量轻、功耗低、可体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。靠性高、价格低。按集成度按集成度按导电类型按导电类型按功能按功能小、中、大和超大规模小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容双、单极性和两种兼容数字和模拟数字和模拟各类型号集成芯片各类型号集成芯片 1. 元器件参数的一致性和对称性好；元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接；源代替，电位

16、器需外接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感容、电感 和变压器均需外接；和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。二极管多用三极管的发射结代替。2.3.2 电路的简单说明电路的简单说明输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级偏置偏置电路电路运算放大器方框图运算放大器方框图 输入级：输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。 中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射

17、极放大电路构成。的共发射极放大电路构成。 偏置电路偏置电路: 由镜像恒流源等电路组成由镜像恒流源等电路组成 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。集成运放集成运放 741的的电路原理图电路原理图同相输入同相输入输入级输入级偏置电路偏置电路中间级中间级输出级输出级+UCCuo+- -UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C同相输入同相输入输出输出

18、运算放大器的管脚和符号运算放大器的管脚和符号反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端+UCCUEEuo+uu +Auo信号传信号传输方向输方向输出端输出端实际运放开环实际运放开环电压放大倍数电压放大倍数(a)(b)(a) 符号符号; (b)引脚引脚 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+UCC输出输出2.3.3 主要参数主要参数 1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。 2. 开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈电路时的差模电压放

19、大倍数。 Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。 6. 共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。 3. 输入失调电压输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流输入偏置电流 IIBRB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+esRB+UCCC1C2RRLui+uo+RS(b) 带反馈带反馈(a)不带反馈不带反馈AoXiX

20、电子电路方框图电子电路方框图+fXiXAoXfidXXX 净输入信号净输入信号dX 反馈信号反馈信号fX 输出信号输出信号oX净输入信号：净输入信号：FiXdX反馈电路反馈电路比较环节比较环节 输入信号输入信号iX基本放大电路基本放大电路 若若三者同相，则三者同相，则Xd = Xi - Xf , 即即Xd Xi ，即反馈信号起了增强净输入信号的，即反馈信号起了增强净输入信号的作用则为正反馈。作用则为正反馈。 +uf+ud设输入电压设输入电压 ui 为正，为正，差值电压差值电压 ud =ui uf各电压的实际方向如图各电压的实际方向如图uf 减小了净输入电压减小了净输入电压(差值电压差值电压)

21、负反馈负反馈 uoRFuiR2R1+ +例例1：uoRFuiR2R1+ +例例2：设输入电压设输入电压 ui 为正，为正，差值电压差值电压 ud =ui + uf各电压的实际方向如图各电压的实际方向如图uf 增大了净输入电压增大了净输入电压 正反馈正反馈 +uf+ud 在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。 在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。振荡，使放大器不能正常工作。 (1)根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。反馈和电流反馈。

22、如果反馈信号取自输出电压，叫如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈电流反馈。 (2)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。 反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较，称为号以电压形式作比较，称为串联反馈串联反馈。 反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为号以电流形式作比较，称为并联反馈并联反馈。oF11fuRRRu AF+ufuduiuO(b)方框图方框图fofRui AF+ifidiiuO(b)方框图方框图RuRuiifo 特点特点: 输出电流输出电流 io与负载电阻与负载电阻RL无关无关 同相输同相输入恒流源电路或入恒流源电路或电压电压电流变换电流变换电路。电路。AF+ufuduiiO(b)方框图方框图oFfiRRRi AF+ifidiiiO(b)方框图方框图f