差动放大器及集成运算放大器课件

基本放大電路11.2.1直接耦合電路因為電容的隔直作用以及低頻時容抗加大，所以阻容耦合只適用於放大頻率較高的交流信號。對於直流信號和低頻信號，阻容耦合已不適用，必須採用直接耦合方式。R1+ECRCC1C2TRLuiuoR2能夠放大直流信號（包括慢變信號和低頻信號）的放大器稱為直流放大器。建立靜態工作點+UCCuoRC2T21.前後級Q點相互影響。（須增加RE2）問題:uiRC1R1T1R2RE22.零點漂移:前一級的溫漂將作為後一級的輸入信號，被一級級放大，導致後級飽和或截止。（須增加兩級之間的直流負回饋）直接耦合放大器的級聯1.結構:對稱性結構11.2.2基本型差動放大器+UCCRCR1T2RB

uoRCR1T1RB

ui2ui1uo=uC1-uC2

uC1uC22.優點：抑制溫漂原理如下:uo=uC1-uC2

=0uo=(uC1+

uC1

)-(uC2+

uC2)=0當ui1

=

ui2

=0時，當溫度變化時：對稱性uC1=uC2

uC1=

uC2+UCCRCR1T2RB

uoRCR1T1RB

ui2ui1uC1uC23.共模電壓放大倍數ACuo=uC1-uC2

+UCCRCR1T2RB

uoRCR1T1RB

ui2ui1uC1uC2

當ui1=ui2（大小相等，極性相同），共模輸入信號

設ui1

，ui2

，使uC1

，uC2

。因ui1=ui2，

uC1=uC2

uo=0(理想化)。但因兩側不完全對稱，uo

0共模電壓放大倍數AC=uoui1（很小，<1)+UCCRCR1T2RB

uoRCR1T1RB

ui2ui1uC1uC24.差模電壓放大倍數Ad

當ui1=-ui2（大小相等，極性相反），差模輸入信號

(很大，>1)設ui1,ui2,使uC1,uC2

。設uC1=uC1-

uC1,uC2=uC2+

uC2

。因ui1=-ui2，

uC1=

uC2

uo=uC1-uC2=-

uC1-

uC2=-2

uC1

差模電壓放大倍數Ad=uoui1-ui2=uo2ui1

5.共模抑制比(CMRR)的定義CMRR=20logdb(分貝)ACAd例:Ad=-200Ac=0.1CMRR=20log(-200)/0.1=66dbCMRR—CommonModeRejectionRatio1.結構:11.2.3雙電源長尾式差放特點：加入射極電阻RE加入負電源-UEE，採用正負雙電源供電+UCC(+15V)RCR1T2RB

uoRCR1T1RB

ui2ui1uo=uC1-uC2

uC1uC2-UEE（-15V）REui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）RE2.雙電源長尾式差放中雙電源和射極電阻RE的作用雙電源的作用：（1）使信號變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負電源-UEE提供，可以取消R1和RB四個電阻，且使基極的直流靜態電位=0雙電源長尾式差放中雙電源和射極電阻RE的作用射極電阻RE的作用：T°C

IC1

IC2

IE

=IE1+IE2UE

=IERE+（-UEE）UBE1

、UBE2

IB1

、IB2

IC1

IC2

uo+UCCRCT1RCT2-UEERE（1）直流負回饋，穩定靜態工作點射極電阻RE的作用：（2）RE對共模信號有抑制作用（原理同上，即由於RE的負回饋作用，使IE基本不變）（3）RE對差模信號相當於開路ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REIEui1=-ui2，設ui1

,ui2

ib1

,ib2

ie1

,ie2

ie1=-ie2

IE不變

結論：IE具有恒流特性用恒流源代替RE

，可使電路進一步改善放大倍數(1)共模信號輸入ui1=ui2共模電壓放大倍數AC=uoui1(2)差模信號輸入ui1=-ui2ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REuo=uC1-uC2差模電壓放大倍數Ad=uoui1-ui2=–

RCrbe

放大倍數ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REuo=uC1-uC2(3)如果ui1

ui2ud差模分量:2ui1-

ui2=共模分量:uC2ui1

+

ui2=ui1

=uC

+

udui2=uC-

ud

疊加分解uC

+

uduC-

ud結論:當兩輸入端有任意輸入時,相當於共模輸入和差模輸入共存放大倍數ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REuo=uC1-uC2uC

+

uduC-

ud只考慮共模輸入時:uoC=ACuC只考慮差模輸入時:

uod=Ad(2ud)總輸出:

uo=uoC

+uod

=ACuC

+Ad(2ud)

Ad(2ud)=Ad(2

)=Ad(ui1-

ui2)2ui1-

ui2ud2ui1-

ui2=uC2ui1

+

ui2=ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REuo=uC1-uC2總輸出:

uo=Ad(ui1-

ui2)反相輸入端u-同相輸入端u_+放大倍數單端輸入:當ui2=0時,雙端輸入uo=Adui111.2.4恒流源式差放電路電路結構:R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoERCT1RCT2ui1電路特點：IC3具有恒流特性抑制溫漂的原理T°C

IC1

IC2

IC1+IC2=IC3=IE3

UBE3

=UB3-UE3R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoERCT1RCT2ui1IE3R2R1+R2（UCC-UEE）+（-UEE）UB3=認為穩定UE3

=IE3R3-UEEIC3

結論：IC3保持恒流，對共模信號抑制，對差模信號相當於短路加入溫度補償三極管T4（BC短接，相當於二極體）R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoEB2RCT1RCT2ui1IE3IE4T°C

IE3

IE4

(UCC+UEE-UBE4)/(R1+R2)恒定T°C

UBE4

iBuBET°C

IE4恒定UBE4減小T4UBE4

UB3

IE3

結論:T4穩定IE3恒流源相當於阻值很大的電阻。恒流源不影響差模放大倍數。恒流源使共模放大倍數減小，從而增加共模抑制比。理想的恒流源相當於阻值為無窮大的電阻，所以共模抑制比無窮大。恒流源的作用R2T3R1R3-UEE+UCCui2ERC1T1RC1T2ui1T4T1T2RC2RC2RE2單端輸出,至下一級雙端輸出雙端輸入如單端輸出,此RC2可去消11.2.5差放電路的幾種接法接法類型：單端輸入，雙端輸入。單端輸出，雙端輸出。第12章集成運算放大器12.1概述12.2集成運放的開環和閉環12.1集成運算放大器概述結構（1）採用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級一般採用差動放大器。（2）輸入級常採用複合三極管或場效應管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級採用互補對稱式射極跟隨器，以進行功率放大，提高帶負載的能力。IC=IC1+IC2

=

1IB+

2(1+

1)IB

=[

1+

2(1+

1)]IBR2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4為減小IB,提高輸入電阻,T1、T2採用複合三極管

=IC/IB

=

1+

2(1+

1)

1

2ICIBIE

1

2

IC1IC2IB2IE2T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE集成運放內部結構（舉例）第1級：差動放大器第2級：差動放大器第3級：單管放大器第4級：互補對稱射極跟隨器極性判斷＋－u－u+uo集成運算放大器符號－＋＋

反相輸入端u－同相輸入端u+輸出端uo美國符號：國內符號：集成運算放大器的技術指標(1)開環差模電壓放大倍數(開環增益)大

Ao(Ad)=uo/(u+-u-)=105-107倍;(2)共模抑制比高

CMRR=100db以上;(3)輸入電阻大

ri>1M,有的可達100M

以上;(4)輸出電阻小

ro

=幾

-幾十理想運放：5.1集成運算放大器的分析方法

—理想化Ao

=

CMRR=ri

=

ro

=0uo

=Ao(u+–u－)

Ao

u+–u－

0u+

u－uo－＋＋

u－u+ib-ib+

u+

=u－

ib