第4章多级放大电路和集成电路运算放大器1

1、模 拟 电 子 技 术第第4章章 多级放大电路和多级放大电路和 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 4.1多级放大电路多级放大电路4.2 集成运算放大器概述集成运算放大器概述 4.3差动放大电路差动放大电路4.4电流源电路电流源电路 4. 6集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数 4.5 通用集成运算放大器通用集成运算放大器模 拟 电 子 技 术第四章知识要点1.正确理解多级放大电路的耦合模式以及直接耦合放大电路中零点漂移现象及其抑制措施；2.熟练掌握多级放大电路的分析计算；差动放大电路的工作原理、输入和输出方式及各项指标的计算；3.深刻理解熟练掌握理想集成运放的特点和实际运放的主

2、要参数。4.了解各种电流源电路 模 拟 电 子 技 术级间耦合问题级间耦合问题多级放大电路的分析多级放大电路的分析4.1多级放大电路多级放大电路模 拟 电 子 技 术 为什么要多级放大？为什么要多级放大？在第在第2 2、3 3章，我们主要研究了由单章，我们主要研究了由单个晶体管或场效应管组成基本放大电路，它们的电压放大个晶体管或场效应管组成基本放大电路，它们的电压放大倍数一般只有几十倍。但是在实际应用中，往往需要放大倍数一般只有几十倍。但是在实际应用中，往往需要放大非常微弱的信号，上述的放大倍数是远远不够的。为了获非常微弱的信号，上述的放大倍数是远远不够的。为了获得更高的电压放大倍数，可以把得

3、更高的电压放大倍数，可以把多个基本放大电路多个基本放大电路连接起连接起来，组成来，组成“多级放大电路多级放大电路”。而级与级之间的连接方式则。而级与级之间的连接方式则叫做叫做“耦合方式耦合方式”。 实际上，实际上，单级单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之放大电路中也存在电路与信号源以及负载之间的间的耦合耦合问题。问题。引言引言模 拟 电 子 技 术极间耦合形式：极间耦合形式：直接直接耦合耦合A1A2电路简单，能放大交、直流电路简单，能放大交、直流信号，信号，“Q” 互相影响，零互相影响，零点点漂移严重。漂移严重。阻容阻容耦合耦合A1A2各级各级 “Q” 独立，只放大交独立，只放大交流流信

4、号，信号频率低时耦合电信号，信号频率低时耦合电容容抗大。容容抗大。变压器变压器耦合耦合A1A2用于选频放大器、用于选频放大器、功率放大器等。功率放大器等。模 拟 电 子 技 术光电光电耦合耦合A1A2以光信号为媒介实现电信号的以光信号为媒介实现电信号的耦合与传递，抗干扰能力强耦合与传递，抗干扰能力强模 拟 电 子 技 术1 1、阻容耦合、阻容耦合 阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接，阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接，其方框图所示。其方框图所示。阻容耦合放大电路的方框图阻容耦合放大电路的方框图模 拟 电 子 技 术单级阻容耦合放大电路单级阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路两极

5、阻容耦合放大电路模 拟 电 子 技 术1 1）各级的直流工作点相互独立各级的直流工作点相互独立。由于电容器隔直流而。由于电容器隔直流而 通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的，通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。这样就给设计、调试和分析带来很大方便。 2 2）在传输过程中，交流信号损失少。在传输过程中，交流信号损失少。只要耦合电容选只要耦合电容选 得足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地得足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地加到后级，实现逐级放大。加到后级，实现逐级放大。优点：优点：3 3）电路的温漂小。）电路的温漂小

6、。4 4）体积小，成本低。）体积小，成本低。缺点：缺点：2 2）低频特性差；）低频特性差；1 1）无法集成；）无法集成；3 3）只能使信号直接通过，而不能改变其参数）只能使信号直接通过，而不能改变其参数。模 拟 电 子 技 术2 2、 变压器耦合变压器耦合 变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧，因此可以作为耦合元件。传送到二次侧，因此可以作为耦合元件。变变压压器器耦耦合合的的两两级级放放大大电电路路模 拟 电 子 技 术 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L2L2c21RIRIPPl? 理想变

7、压器情理想变压器情况下，负载上获况下，负载上获得的功率等于原得的功率等于原边消耗的功率。边消耗的功率。，实现了阻抗变换。L221L2c2L)(RNNRIIRl从变压器原从变压器原边看到的等边看到的等效电阻效电阻为什么要讲变压器耦合？为什么要讲变压器耦合？因为变压器在传送交流信号的因为变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。模 拟 电 子 技 术优点优点：1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。工作点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。2）变压器耦合多级放大电路

8、基本上没有温漂现象。变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。3 3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。电压以及阻抗变换。缺点：缺点：1 1）高频和低频性能都很差；）高频和低频性能都很差；2 2）体积大，成本高，无法集成。）体积大，成本高，无法集成。模 拟 电 子 技 术3 3、 光电耦合光电耦合光电耦合放大电路的方框图光电耦合放大电路的方框图u uD D+-i iD Di iC C 把发光元件与光敏元件结合在一起。发光元件为把发光元件与光敏元件结合在一起。发光元件为输入回路，把电能转换为光能；光敏元件为输出回输入回路，把电

9、能转换为光能；光敏元件为输出回路，将光能转换为电能。路，将光能转换为电能。DCiiCTR(0.11.5)模 拟 电 子 技 术u us sRsRc光电耦合器放大电路光电耦合器放大电路模 拟 电 子 技 术4. 直接耦合直接耦合直接耦合的两级放大电路直接耦合的两级放大电路存在两个问题：存在两个问题：1）第一级的静态工作）第一级的静态工作点已接近饱和区。点已接近饱和区。2）由于采用同种类型的管子，）由于采用同种类型的管子，级数不能太多。级数不能太多。（1）直接耦合的具体形式）直接耦合的具体形式UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 在用在用NPN型管组成型管组成N级共射放大电路，由

10、于级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接），以致于后级集电极电位接近电源电压，近电源电压，Q点不合适。点不合适。模 拟 电 子 技 术为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a) 加入电阻加入电阻RE2模 拟 电 子 技 术RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC（b）在）在T2的发射极加入稳压管的发射极加入稳压管模 拟 电 子 技 术RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+为了解决第二个问题：

11、可以在电路中采用不同类型为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型的管子，即的管子，即NPNNPN和和PNPPNP管配合使用，如下图所示管配合使用，如下图所示。利用利用NPN型管和型管和PNP型管进行电平移动型管进行电平移动UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 模 拟 电 子 技 术1 1）电路可以放大缓慢变化的）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。低频特性好信号和直流信号。低频特性好。2 2）便于集成。）便于集成。由于电路中只由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。和电感器，因此便于集成。缺点：缺点：优点优点：1 1）各级

12、的静态工作点不独立，相互影响）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、。会给设计、计算和调试带来不便。计算和调试带来不便。2 2）引入了零点漂移问题）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。路的影响比较严重。（2 2）直接耦合放大电路的优缺点）直接耦合放大电路的优缺点模 拟 电 子 技 术（3 3）直接耦合放大电路中的零点漂移问题）直接耦合放大电路中的零点漂移问题1 1）何谓零点漂移？）何谓零点漂移？ 一个直接耦合多级放大电路的输入端短路时输出电压并不是始终不变，而是会出现电压的随机漂动，这就是零点漂移，简称零漂。其中晶体管的特性对温度敏感是

13、主要原因，故也称零漂为温漂。 uI0，uO0的现象。的现象。模 拟 电 子 技 术2 2）产生零点漂移的原因）产生零点漂移的原因 温度变化导致温度变化导致电阻，管子参数的变化，直流电源波动，直流电源波动，元器件老化元器件老化。如果采用高精度电阻并经过老化处理和采用高稳定度的电源，则晶体管参数随温度的变化将成为产生晶体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。零点漂移的主要原因。OCQBEQCEQCBBEQCBQUIUUIIUIT2211111,模 拟 电 子 技 术3 3）零点漂移的严重性及其抑制方法）零点漂移的严重性及其抑制方法 如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟，就无法正确

14、地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能正常工作，必须有效地抑制零点漂移。模 拟 电 子 技 术注意：为什么只对直接耦合多级放大电路注意：为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？原来温度的变化和零点提出这一问题呢？原来温度的变化和零点漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化的信号不会逐级传递和放大，问题不会很的信号不会逐级传递和放大，问题不会很严重。但是，对直接耦合多级放大电路来严重。但是，对直接耦合多级放大电路来说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输

15、出端造成严重的影响。特别是当温度变化出端造成严重的影响。特别是当温度变化较大，放大电路级数多时，造成的影响尤较大，放大电路级数多时，造成的影响尤为严重。为严重。模 拟 电 子 技 术4 4）抑制零点漂移的方法：）抑制零点漂移的方法：a.采用恒温措施，使晶体管工作温度稳定。需要恒温室或槽，因此设备复杂，成本高。b.采用温度补偿法。就是在电路中用热敏元件或二极管（或晶体管的发射结）来与工作管的温度特性互相补偿。最有效的方法是设计特殊形式的放大电路，用特性相同的两个管子来提供输出，使它们的零点漂移相互抵消。这就是“差动放大电路”的设计思想。c.采用直流负反馈稳定静态工作点。d.各级之间采用阻容耦合。

16、模 拟 电 子 技 术5 5）零点漂移大小的衡量）零点漂移大小的衡量uIdr= uOdr/Au TuOdr是输出端的漂移电压；uIdr就是温度每变化1折合到放大电路输入端的漂移电压。T是温度的变化；Au是电路的电压放大倍数；模 拟 电 子 技 术 思路：根据电路的思路：根据电路的约束条件约束条件和管子的和管子的I IB B、I IC C和和I IE E的相的相互关系，列出方程组求解。如果电路中有互关系，列出方程组求解。如果电路中有特殊电位点特殊电位点，则应以此为突破口，简化求解过程。则应以此为突破口，简化求解过程。4.1.24.1.2多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法1 1、静态工作

17、点的分析、静态工作点的分析变压器耦合变压器耦合 同第二章单级放大电路同第二章单级放大电路阻容耦合阻容耦合光电耦合光电耦合直接耦合直接耦合模 拟 电 子 技 术如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1= 2 =50, T1和和T2均为均为3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术解解: : 两级放大电路的静态值可分别计算。两级放大电路的静态值可分别计算。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2

18、E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术A8 . 9mA2750)(110000.624) (1E1B1BECCB1 RRUUImA 49. 0mA 0098. 050)(1)1(B1E1 II V77. 10V2749. 024E1E1CCCE RIUU RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术V26. 843V438224B2B2B1CCB2 RRRUVmA 96. 0mA5 . 751.

19、06 . 026. 8E2E2BE2B2C2 RRUUI RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术V71. 6)V5 . 751. 010(96. 024)(E2E2C2C2CCCE2RRRIUURB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+Ui.B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.模 拟 电 子 技 术例例2 下图是一个输入短路的两级直接耦合放大电路，计算下图是一个输入短路的两级直接耦合放大电

20、路，计算 IBQ1、ICQ1、UCEQ1和和IBQ2、ICQ2、UCEQ2的值。设的值。设VT1、VT2的的值分别是值分别是1=50， 2=35，稳压管的稳定电压，稳压管的稳定电压UZ=4V，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。模 拟 电 子 技 术mA12. 0mA10957 . 0127 . 03BCC1RVImA1 . 0mA108 . 67 . 07 . 0312RImA02. 021BQ1III1mAmA02. 050BQ11CQ1IIV7 . 4ZBEQ2CEQ1UUU模 拟 电 子 技 术mA07. 1mA108 . 67 . 4123C1CEQ1CC3RUVImA07. 0mA1

21、mA07. 1CQ13BQ2IIImA45. 2mA07. 035BQ22CQ2IIV1 . 7V) 245. 212(C2CQ2CCOQRIVU模 拟 电 子 技 术2. 动态性能分析动态性能分析Au1第一级第一级Au2第二级第二级Aun末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uiniiiouuAu nuuuuuuuuioi3o32i2oi1o. = Au1Au2 AunAu (dB) = Au1 (dB) + Au2 (dB) + + Aun (dB) 考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的倍数时，应把后级的输入电阻作

22、为前级的负载处理输入电阻作为前级的负载处理!（1）放大倍数的计算模 拟 电 子 技 术（2）输入和输出电阻的计算 多级放大电路的多级放大电路的输入电阻输入电阻为第一级放大电路的输为第一级放大电路的输入电阻。入电阻。 多级放大电路的多级放大电路的输出电阻输出电阻为最后一级放大电路的为最后一级放大电路的输出电阻。输出电阻。i1iRR 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的数的数值大，最大不失真输出电压大。值大，最大不失真输出电压大。模 拟 电 子 技 术如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1= 2

23、 =50, T1和和T2均为均为3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术（1 1）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数）求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数 994 022 950)(1322 9)501 ()1 ()1 (L111beL111u.RrRA 2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U. RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R

24、 E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术 1851. 050)(179. 11050)1 (2E2be22C2 RrRAu 总电压放大倍数总电压放大倍数9 . 1718)(994. 021 uuuAAA2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术2ir1iirr 2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术 由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻由微变等

25、效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等等于第一级的输入电阻于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它。第一级是射极输出器，它的输入电阻的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻是第二级输入电阻 ri2。模 拟 电 子 技 术 k58. 196. 0265120026)1(200Ebe2 Ir k 14)1 (/E2be2B2B12RrRRri k 22. 9k14271427/i2E1L1 rRR2ir2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技

26、 术 k 349 02650)(120026) (1200rE11be1 .I k 320)1 (/L1be1B1i1i RrRrr 2oorr k10C2o2o Rrr2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术 1 = 60, 2 = 100; rbe1= 2 k , rbe2 = 2.2 k 。求求 Au, Ri, Ro。例例 3:模 拟 电 子 技 术 解解 Ri2 = R6 / R7 / rbe2R L1 = R3 / Ri2 9.61 . 0 6123 . 1 60)1 (41be1L11

27、1 RrRAu 1112 . 2) 1 . 5/7 . 4( 100be2L2 2 rRAu AU=AU1AU2Ri = Ri1= R1 / R2 / rbe1 + (1+ 1)R4Ro = R8 = 4.7 k 模 拟 电 子 技 术4.1.3其他多级放大电路其他多级放大电路模 拟 电 子 技 术4.3.2 4.3.2 射极耦合差动放大电路的静态分析射极耦合差动放大电路的静态分析4.3.6 4.3.6 具有恒流源差分放大电路具有恒流源差分放大电路4.3.4 4.3.4 差分放大电路的的四种接法差分放大电路的的四种接法4.3.1 4.3.1 电路组成及抑制零点漂移的原理电路组成及抑制零点漂移的

28、原理4.3.3 4.3.3 射极耦合差动放大电路的动态分析射极耦合差动放大电路的动态分析4.3.5 4.3.5 差动放大电路的调零差动放大电路的调零模 拟 电 子 技 术1、电路组成、电路组成 特点：特点： a.两只完全相同的两只完全相同的管子；管子； b.两个输入端，两个输入端， 两个输出端；两个输出端； c.元件参数对称元件参数对称；4.3.1 4.3.1 电路组成及抑制零点漂移的原理电路组成及抑制零点漂移的原理模 拟 电 子 技 术2、抑制零漂的工作原理、抑制零漂的工作原理 原理：原理：静态时，输入信号为零，即将输入端静态时，输入信号为零，即将输入端和和短接。由于两管特性相同，所以当温度

29、或其他外界条短接。由于两管特性相同，所以当温度或其他外界条件发生变化时，两管的集电极电流件发生变化时，两管的集电极电流ICQ1和和ICQ2的变化规的变化规律始终相同，结果使两管的集电极电位律始终相同，结果使两管的集电极电位UCQ1、UCQ2始终始终相等，从而使相等，从而使UOQ=UCQ1-UCQ20，因此抑制了零点漂移。，因此抑制了零点漂移。UCQ1UCQ2模 拟 电 子 技 术具体实践：具体实践：在实践中，两个特性相同的管子采用在实践中，两个特性相同的管子采用“差差分对管分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，尽可能保证阻值对称性精度满足要求。尽

30、可能保证阻值对称性精度满足要求。结论：结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点漂移不可能完全消除，漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小只能被抑制到很小。模 拟 电 子 技 术（2）共模输入方式）共模输入方式Ui1=Ui2=Uic(共模信号、共模输入方式、共模输入信号、共模输出信号、共模电压放大倍数）共模信号、共模输入方式、共模输入信号、共模输出信号、共模电压放大倍数）0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参数理想对称时

31、，参数理想对称时共模放大倍数共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等、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模 拟 电 子 技 术Ac叫做共模电压放大倍数。理论上讲，叫做共模电压放大倍数。理论上讲，Ac为为0，实际上，实际上由于电路不完全对称，可能仍会有不大的由于电路不完全对称，可能仍会有不大的Uoc，一般，一般Ac1。为什么讨论共模信号呢？为什么讨论共模信号呢？ 差放的两半电路完全对称，又处于同一工作环境，这差放的两半电路完全对称，又处于同一工作环境，这时时温度变化以及其它干扰因素对这两半电路都有完全相同温度变化以及其它干

32、扰因素对这两半电路都有完全相同的影响和作用，都等效成共模输入信号。的影响和作用，都等效成共模输入信号。如果在如果在Uic作用作用下，下，Uoc=0或或Ac=0，则说明差放有效地抑制了因温度变化，则说明差放有效地抑制了因温度变化而引起的零漂。而引起的零漂。模 拟 电 子 技 术3、信号的输入方式和电路的响应、信号的输入方式和电路的响应（1）差模输入方式）差模输入方式Ui1=Uid，Ui2=-Uid差模输入信号为：差模输入信号为：Ui1 Ui2=2 Uid差模输入方式ui1ib1 ic1 uc1ui2 ib2 ic2 uc2 输出电压输出电压uO= uC1 uC20，而是出现了信号，而是出现了信号

33、，记为记为Uod。定义：定义：Ad=Uod/2Uid(差模信号、差模输入方式、差模输入信号、差模输出信号、差模电压放大倍数）差模信号、差模输入方式、差模输入信号、差模输出信号、差模电压放大倍数）模 拟 电 子 技 术（3）任意输入方式）任意输入方式 输入端分别接输入端分别接Ui1和和Ui2，这种输入方式带有一般性，叫，这种输入方式带有一般性，叫“任意输入方式任意输入方式”。Uic = (Ui1+ Ui2 ) / 2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若若则则Uid = (Ui1- Ui2 ) / 2任意输入方式任意输入方式模 拟 电 子 技 术例如：例如：Ui1=10mVUi2=

34、6mV则则 Uid=2mV Uic=8mV利用叠加原理得到：利用叠加原理得到：Uo= Uod + Uoc = Ad2Uid+AcUic= Ad（ Ui1- Ui2 ）结论：在任意输入结论：在任意输入方式下，被放大的方式下，被放大的是输入信号是输入信号Ui1和和Ui2的差值。这也的差值。这也是这种电路为什么是这种电路为什么叫做叫做“差动放大的差动放大的原因原因”。模 拟 电 子 技 术4.4.存在的问题及改进的方案存在的问题及改进的方案 以上研究的是基本的差动放大电路，它实际上不可能完全抑以上研究的是基本的差动放大电路，它实际上不可能完全抑制零漂，因为两半电路不会完全对称。另外，如果从一管输出，

35、制零漂，因为两半电路不会完全对称。另外，如果从一管输出，则与单管放大电路一样，对零漂毫无抑制能力，而这种则与单管放大电路一样，对零漂毫无抑制能力，而这种“单端输单端输出出”方式的形式又是经常采用的。方式的形式又是经常采用的。 稳定静态工作点，就是要减小稳定静态工作点，就是要减小I ICQCQ的变化，而抑制零点漂移也同样的变化，而抑制零点漂移也同样是减小是减小I ICQCQ的变化。即抑制零点漂移和稳定静态工作点是一回事。因此的变化。即抑制零点漂移和稳定静态工作点是一回事。因此可以借鉴工作点稳定电路中采用过的方法，在管子的射极上接一电阻。可以借鉴工作点稳定电路中采用过的方法，在管子的射极上接一电阻

36、。这样，基本的差动放大电路就改进为如图所示。这样，基本的差动放大电路就改进为如图所示。模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术 可以想见，可以想见，R RE E越大，则工作点越稳定，零点漂移也越小。但，越大，则工作点越稳定，零点漂移也越小。但，R RE E太太大，在一定的工作电流下，大，在一定的工作电流下，R RE E上的压降太大，管子的动态范围就会变小，上的压降太大，管子的动态范围就会变小，如下图所示。为了保证一定的静态工作电流和动态范围，而如下图所示。为了保证一定的静态工作电流和动态范围，而R RE E又希望又希望取得大些，常采用双电源供电，用电源取得大些，常采用双电源供电，用电源V

37、VEEEE提供提供R RE E上所需的电压。采用上所需的电压。采用双电源供电后的的负载线也如图所示，可以看出在同一个双电源供电后的的负载线也如图所示，可以看出在同一个I ICQCQ下，输出下，输出电压的动态范围大多了。电压的动态范围大多了。模 拟 电 子 技 术改进后的电路叫射极耦合差动放大电路也叫长尾电路。改进后的电路叫射极耦合差动放大电路也叫长尾电路。射极耦合差动放大电路射极耦合差动放大电路 因为有负电源因为有负电源VEE提供发射极正偏所需要的电压，所以提供发射极正偏所需要的电压，所以RB可以去掉。可以去掉。模 拟 电 子 技 术在理想对称的情况下：1. 克服零点漂移；2. 零输入零输出；

38、3. 抑制共模信号；4. 放大差模信号。典型电路典型电路模 拟 电 子 技 术eEQBEQBQEE21RIURIV晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，R1较小，且较小，且IBQ很小很小(微安微安)，故故eBEQEEEQ2RUVI选合适的选合适的VEE和和Re就就可得合适的可得合适的Q1EQBQII11CQ2CQ1=BQIIICQCQCCRIVUUCQ2CQ1=EEEEQCEQVRIRIVU2CCQCC1BQ21U=RIUBQBQ4.3.2 4.3.2 射极耦合差动放大电路的静态分析射极耦合差动放大电路的静态分析R1是必要的吗？是必要的吗？模 拟 电 子 技 术4.3.3.4.3

39、.3.射极耦合差动放大电路的动态分析射极耦合差动放大电路的动态分析A模 拟 电 子 技 术在讨论基本差动放大电路时已经讨论过在讨论基本差动放大电路时已经讨论过（1）对于任意输入信号）对于任意输入信号Ui1和和Ui2，可以用一个差模信号和一，可以用一个差模信号和一个共模信号叠加来表示。其中个共模信号叠加来表示。其中Uid = (Ui1- Ui2 ) / 2Uic = (Ui1+ Ui2 ) / 2 因此总是分别求电路的差模电压放大倍数和共因此总是分别求电路的差模电压放大倍数和共模电压放大倍数。模电压放大倍数。模 拟 电 子 技 术1、差模电压放大倍数、差模电压放大倍数A、对差模信号，若一管的射极

40、电流增大、对差模信号，若一管的射极电流增大I，则另一管的射极电流必然减小，则另一管的射极电流必然减小I，因而流过射极电阻因而流过射极电阻RE的总电流不变，相当于交流接地。的总电流不变，相当于交流接地。B、负载、负载RL中点电位为交流地电位。中点电位为交流地电位。iE1= iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。模 拟 电 子 技 术由此画出半电路的交流通路如图所示。由此画出半电路的交流通路如图所示。beLCidoddrRRRuuA11112/A Ad1d1：表示一个管子差摸电压放大倍数。：表示一个管子差摸电压放大倍数。iddiddiddodod

41、odUAUAUAUUU121212)(11222dididdidoddAUUAUUA结论：差模电压放大倍数等于半电路电压放大倍数。结论：差模电压放大倍数等于半电路电压放大倍数。模 拟 电 子 技 术bebLcd)2( rRRRA模 拟 电 子 技 术3、差模输入电阻、差模输入电阻RidRid=2R1+rbe4、差模输出电阻、差模输出电阻Rod=2RC2、共模电压放大倍数、共模电压放大倍数在理想情况下，共模电压放大倍数在理想情况下，共模电压放大倍数Ac=0。模 拟 电 子 技 术5、共模抑制比、共模抑制比KCMR= Ad/Ac 用分贝表示： KCMR=20lg Ad/AcAd越大越好，越大越好，

42、Ac越小越好，因此越小越好，因此KCMR越大越好越大越好。6、差动放大电路的电压传输特性、差动放大电路的电压传输特性模 拟 电 子 技 术Rid=2R1+rbeRod=2RCAc=0be1Lcd)2( rRRRAP模 拟 电 子 技 术电路如图所示，设滑动端处于中间位置，管子的 ， 分析计算：（1）静态工作点参数 、 、 的值。静态时中是RL 否有电流通过？（2）动态性能指标：差模电压放大倍数、差模输入电阻和输出电阻。100k3 .10berB1IC1IC1U模 拟 电 子 技 术 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

43、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，差分放大电路有四根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。输入双端输出、单端输入单端输出。4.3.4 差动放大电路的四种接法差动放大电路的四种接法主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：静态分析静态分析 ； 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 差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻模 拟 电 子 技 术be1Lcd)2/(rRRRA1.双端输入双端输出

44、双端输入双端输出(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 （2）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数0cA（3）差模输入电阻）差模输入电阻（4）输出电阻）输出电阻co2RRbe12idrRR模 拟 电 子 技 术 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。cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU2. 双端输入单端输出双端输入单端输出静态分析静态分析Q 关键是UC1 1模 拟 电 子 技 术2/21221Lcd11dbeOdOdrRRRAUidUUidUA(1)差模电压放

45、大倍数差模电压放大倍数 如果在右端输出，则如果在右端输出，则 d11212d212222AUidUUidUUidUUUidUAodOdOdOdOd动态分析动态分析 问题：双端输出时的问题：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？beidodrRRRUUA1Lc1d1/模 拟 电 子 技 术（3）输出电阻）输出电阻coRR（2）差模输入电阻）差模输入电阻be12idrRR模 拟 电 子 技 术（4）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数共模半电路：共模半电路：eLCRRRRrRRRA2/)1 (2)/( ebe1LccbeerRRrRRrRK1be1ebe1CMR)(2)1 (2b

46、erRRRA1Lcd/模 拟 电 子 技 术 3. 单端输入双端输出单端输入双端输出模 拟 电 子 技 术4. 单端输入单端输出单端输入单端输出模 拟 电 子 技 术4.3.3差动放大电路的调零差动放大电路的调零增加调零电阻后四种接法下的性能分析比较增加调零电阻后四种接法下的性能分析比较静态分析时不考虑静态分析时不考虑Rp模 拟 电 子 技 术(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：2)1 (Lcd12/pRberRRRA 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

47、时： 单端输出时：单端输出时： (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，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出时：0cA2)1 (Lcd12/pbeRrRRRAeLc2/RRRAC模 拟 电 子 技 术 (3)(3)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。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 (4)(4)输出电阻输出电阻2)1 (bei

48、12pRrRR模 拟 电 子 技 术(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重要指标。是差分放大器的一个重要指标。cdCMRAAK 双端输出双端输出时时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大， 单端输出单端输出时共模抑制比：时共模抑制比：2)1 (1pECMRRrRRcAdAKbe模 拟 电 子 技 术例题射极耦合差动放大电路 ， ， , , 两的 ，输入信号为 ， 。求负载电阻 接在两管集电极 与 之间以及接在 与地之间的输出电压和电路的共模抑制比。 V12CCEEVVk15CRk10LRk10ER100PR01R50mV161 iUmV102iU

49、LR1C1C2C模 拟 电 子 技 术4.3.6 4.3.6 具有恒流源差分放大电路具有恒流源差分放大电路 电路的组成和工作原理电路的组成和工作原理ELCCRRRA2 从以上两式看出要减小从以上两式看出要减小AcAc，提高共模抑制比，应，提高共模抑制比，应增大增大R RE E，但，但R RE E不能太大。不能太大。 beEcdCMRrRRAAK1be1Lcd)2/(rRRRA模 拟 电 子 技 术因为因为 1.Re1.Re增大增大，ie减小，ib减小，rbe增大，Ad减小2.2.在保持在保持VTVT1 1、VTVT2 2两管的工作电流为一定值时，要加大两管的工作电流为一定值时，要加大R RE

50、E，必须提高，必须提高V VEEEE，这是有困难的。，这是有困难的。1mA,50K,100V1mA,50K,100V3.3.集成电路中大电阻不易制作集成电路中大电阻不易制作能不能找到这样一能不能找到这样一种元器件，它的直种元器件，它的直流电阻很小，而它流电阻很小，而它的交流电阻却很大，的交流电阻却很大，这样静态时不需要这样静态时不需要很大的很大的VEE，动态，动态时的时的AC却很小，却很小，KCMR很大？很大？模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术减少共模放大倍数的思路：减少共模放大倍数的思路： 增大增大 REE用恒流源代替用恒流源代替 REE特点：特点：直流电阻直流电阻为有限值为有限值

51、动态电阻动态电阻很大很大1. 三极管电流源三极管电流源电流源代替差分电电流源代替差分电路中的路中的 REE+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V3CCQOIUR/CeBEbeEOrRRrRR)1 (模 拟 电 子 技 术ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V31、静态分析、静态分析2、动态分析、动态分析带射极恒流源的差动放大电路带射极恒流源的差动放大电路模 拟 电 子 技 术 带射极恒流源的差动放大电路带射极恒流源的差动放大电路2、动态分析、动态分析1、静态分析、静态分析优点：IC3稳定，静态工作点

52、稳定，缺点：但电阻多，不容易集成模 拟 电 子 技 术1 1、镜像电流源镜像电流源RUVIBECCR/ )(2BEBEBEUUU21BBBIII21/22212CRBRCCIIIIII)/ 21/(2RCIIRCII2RUVBECC/ )(24.4 电流源电路电流源电路当 较小时，误差较大 。模 拟 电 子 技 术) 1(21 ()12(121312311C23B1B113E3B11B3B11B3C1REFCIIIIIIIIIIIREFIII) 1(/2131REFC2RUVIBECCREF22 2改进的镜像电流源改进的镜像电流源 该电流是恒定的，不可调。 增加三极管的目的是减少三极管VT1、

53、VT2对IR的分流作用，提高镜像精度，减小值不够大时带来的影响。 模 拟 电 子 技 术1BE1CCREFRRUVI3E3BE32E2BE21E1BE1RIURIURIUBEU21REF21E1E2C2RRIRRIII31REF31E1E3C3RRIRRIII和 改变射极电阻的大小可以获得不同比例的输出电流。 3 3多路输出比例电流源多路输出比例电流源模 拟 电 子 技 术3、微电流源微电流源ECEEBEBERIRIUU22212E2BE2BE1E2RUUI模 拟 电 子 技 术 4. 4. 电流源用作有源负载电流源用作有源负载 由于电流源具有直流电阻小、交流电阻大的特点，由于电流源具有直流电

54、阻小、交流电阻大的特点， 在模拟集成电路中广泛地把它作负载使用在模拟集成电路中广泛地把它作负载使用-有源负载，有源负载， 可提高电路的电压增益及动态输出范围。可提高电路的电压增益及动态输出范围。 模 拟 电 子 技 术4.2集成运算放大器的概述 1.集成电路的概念1)分立元件电路:由相互独立的电阻、电容、二极管、三极管等元件，用导线或印制电路连接成的一个完整电路，这种电路统统称为分立元件电路。 2)集成电路:采用半导体制造工艺将晶体管、场效应管、二极管、电阻等元器件以及电路的连线都集中制作在一小块半导体硅基片上，并封装在一个管壳内，构成一个完整的具有一定功能的微型结构器件，称为集成电路。 优点

55、：元器件密度高、连线短、体积小、重量轻、功耗低、外部连线及焊点大为减少，从而使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步，综合性能大大高于分立元件电路，实现了元件、电路和系统的三结合，为电子技术的应用开辟了一个新时代。模 拟 电 子 技 术 2集成电路的种类 1）集成电路按照单个芯片上能集成的元器件数目的多少可分为小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）四类。 2）集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。 3) 按制造工艺分类可分为双极型、CMOS型和BiFET型。 模 拟 电 子 技 术3. 3. 模拟集成电路的特

56、点模拟集成电路的特点1) 1) 直接耦合：直接耦合：采用差动电路形式采用差动电路形式和电流源电路和电流源电路，元件相对误差小；，元件相对误差小；2)2)用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。的大电阻。大电阻大电阻用恒流源代替，大电容外接；用恒流源代替，大电容外接；3) 3) 二极管用三极管代替二极管用三极管代替( (B B、C C 极接在一起极接在一起) )；4)4)用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。化并不带来工艺的复杂性。高增益、高输入电阻、低输高

57、增益、高输入电阻、低输出电阻。出电阻。 集成运算放大电路，简称集成运放，是一个集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能高性能的直的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。模 拟 电 子 技 术4、集成运放电路的组成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”，则可等效为一，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。个双端输入、单端输出的差分放大电路。模 拟 电 子 技 术输入级：输入级：差动电路，大大减少温漂。差动电路，大大减少温漂。输入级又称前置级，它的好坏直

58、输入级又称前置级，它的好坏直接影响集成运放的大多数性能参数，如增大输入电阻，减小零漂，提高接影响集成运放的大多数性能参数，如增大输入电阻，减小零漂，提高共模抑制比等。所以，输入级一般是一个共模抑制比等。所以，输入级一般是一个双端输入的高性能双端输入的高性能差分放大电差分放大电路，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。路，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。中间级：中间级：采用采用有源负载的有源负载的共发射极电路共发射极电路，增益大。，增益大。中间级的主要作用是中间级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。而且为了提高电压放大提高电压增益，它可由一级

59、或多级放大电路组成。而且为了提高电压放大倍数，增大输出电压，经常采用倍数，增大输出电压，经常采用复合管复合管做放大管，以恒流源做有源负载的做放大管，以恒流源做有源负载的共射放大电路。共射放大电路。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+ + u uo o u uidid偏置电路偏置电路：镜像电流源，微镜像电流源，微电流源。电流源。偏置电路的作用是偏置电路的作用是为输入级、中间级和输出级为输入级、中间级和输出级提供静态偏置电流，建立合提供静态偏置电流，建立合适的静态工作点。适的静态工作点。输出级：输出级： OCL OCL 电路，带负载能力强。电路，带负载能力强。集成运放的输出级一般

60、要求输出电集成运放的输出级一般要求输出电压幅度要大，输出功率大，效率高，输出电阻较小，提高带负载能力。压幅度要大，输出功率大，效率高，输出电阻较小，提高带负载能力。因此，一般采用互补对称的电压跟随器。因此，一般采用互补对称的电压跟随器。模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术4.5.1集成运放的发展概况集成运放的发展概况 第一代产品基本沿用了分立元件放大电路的设计思想，第一代产品基本沿用了分立元件放大电路的设计思想，采用了集成数字电路的制造工艺。采用了集成数字电路的制造工艺。 第二代产品以第二代产品以1986年制造的年制造的A741型高增益运放型高增益运放(10万万倍左右倍左右)为代表。为