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1、电子技术,第六章 运算放大器,模拟电路部分,第六章 集成电路运算放大器,6.1 集成电路运算放大器中的电流源,6.2 差分式放大电路,6.3 集成电路运算放大,6.4 集成电路运算放大器的主要参数,镜像电流源的结构,+UCC,R,T1,RC,T2,结构特点：,T1和T2是对管，即所有的特征参数均一致。,镜像电流源,镜像电流源的改进,如果IB与IC相比不能忽略，怎么办？,微电流源,多级放大电路的组成与耦合方式（1）,理想放大器的条件：,0,多级放大电路的组成与耦合方式（2）,因为任何一个单管放大电路都不可能同时满足上述要求，故必须利用各单管电路的特点构成多级放大电路。,作用：获取信号,要求：ri
2、大,电路：共集、MOS管电路,作用：电压放大,要求：AU大,电路：共射、共源电路,作用：带负载能力强,要求：ro小,电路：共集、共漏、功率放大电路,多级放大电路的组成与耦合方式（3）,多级放大电路的耦合方式,阻容耦合,直接耦合,变压器耦合,多级放大电路的组成与耦合方式（4）,阻容耦合方式,直接耦合方式,直接耦合电路的优点,2）便于集成化。,1）不存在耦合电容，可放大直流信号和变化缓慢的信号。,直接耦合电路的问题（1）,解决办法：增加RE2 ，设置合适的Q点。,问题 1 :前后级Q点相互影响。,0.7V,0.7V,导致T1管饱和,问题 2 :零点漂移。,前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当
3、 ui 等于零时， uo不等于零。,有时会将信号淹没,直接耦合电路的问题（2）,特点：结构对称。,基本型差动放大器的结构,ui1,ui2,uo,uo= UC1 - UC2 = 0,uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0,当 ui1 = ui2 =0 时：,当温度变化时：,+UCC,基本型差动放大器抑制零漂的原理,+UCC,共模输入信号： ui1 = ui2 = uC （大小相等，极性相同）,理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0,共模电压放大倍数：,（很小，1),但因两侧不完全对称， uo 0,差放的共模电压放大倍数AVC,差模输入信号：
4、ui1 = - ui2 = ud （大小相等，极性相反）,(很大，1),设uC1 =UC1 +uC1 ， uC2 =UC2 +uC2 。因ui1 = -ui2, uC1 = -uC2 uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2uC1,差模电压放大倍数：,+UCC,差放的差模电压放大倍数AVD,结论：任意输入的信号 ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共模分量。,差模分量和共模分量,如果,差模分量和共模分量举例,例: Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB,CMRR Common Mode Rejection Ratio,KCM
5、RR =,KCMRR (dB) =,(分贝),共模抑制比(CMRR)的定义,为了使左右平衡，可设置调零电位器:,特点：加入射极电阻RE ；加入负电源 -UEE ，采用正负双电源供电。,双电源长尾式差放的结构（1）,双电源的作用：,（1）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。,双电源长尾式差放的结构（2）,温度T,IC,IE = 2IC,UE,UBE,IB,IC,1. RE的作用,设ui1 = ui2 = 0,RE 具有强负反馈作用, 抑制温度漂移，稳定静态工作点。,双电源长尾式差放的静态分析,IC1= IC2= IC= IB,UC1= UC2= UCCICRC,UE1=
6、 UE2 =IBRBUBE,UCE1= UCE2 = UC1UE1,输入信号分类,(1)差模(differential mode)输入,ui1 = -ui2= 0.5ud,(2)共模( common mode) 输入,ui1 = ui2 = uC,差模电压放大倍数:,共模电压放大倍数:,双电源长尾式差放的动态分析,均压器,差模信号输入,ui1,ui2,ib1 , ic1,ib2 , ic2,ic1 = - ic2,iRE = ie1+ ie2 = 0,uRE = 0,RE对差模信号不起作用,RE 对差模信号作用,T1单边微变等效电路,差模信号输入下的微变等效电路,单边差模：,单边差模信号输入下
7、的放大倍数,若差动电路带负载RL (接在 C1 与 C2 之间), 对于差模信号而言，RL中点电位为 0, 所以放大倍数：,即总的差动电压放大倍数为：,双边差模,双边差模信号输入下的放大倍数,ro = 2RC,ro,输入电阻：,输出电阻：,差模信号输入下的输入输出电阻,共模信号输入,ui1,ui2,ib1 , ic1,ib2 , ic2,ic1 = ic2,RE对共模信号起抑制作用,RE 对共模信号作用,iRE 、 uRE ,共模信号输入下的微变等效电路,T1单边微变等效电路,单边：,单边共模信号输入下的放大倍数,AC 0,问题：负载影响共模放大倍数吗？,不影响！,双边：,双边共模信号输入下的
8、放大倍数,ro = 2RC,输入电阻：,输出电阻：,共模信号输入下的输入输出电阻,双电源长尾式差放的改进,双电源恒流源式差放的结构,1. 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。,3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。,恒流源式差放电路的优点,差放电路的几种接法,差放电路几种接法的性能比较,1. 双端输入双端输出的性能指标等于单端输入双端输出的性能指标。,2. 双端输入单端输出的性能指标等于单端输入单端输出的性能指标。,3. 差模放大倍数单端输出是双端输出的一半。,集成电路: 将整个
9、电路的各个元件做在同一个半导体基片上。,集成电路的优点：,工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。,集成电路的分类：,模拟集成电路、数字集成电路；,小、中、大、超大规模集成电路；, ,集成电路运算放大器,1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。,2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。,3. 几十 pF 以下的小电容用PN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。,集成电路构造的特点,UEE,+UCC,u+,uo,u,反相输入端,同相输入端,输入级,中间级,输出级,与uo反相,
10、与uo同相,集成电路运算放大器的原理框图,（1）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。（2）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。（3）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。,集成电路运算放大器的结构,对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。,对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。,对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。,集成电路运算放大器各级的要求,IC =IC1+ IC2 = 1 IB + 2(1+ 1 ) IB = 1 +
11、2(1+ 1 ) IB,为减小IB， 提高输入电阻，T1、T2采用复合管, = IC / IB = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2,第4级：互补对称射极跟随器,第3级：单管放大器,+,极性判断,集成运放内部结构举例,ri 大: 几十k 几百 k,运放的特点：,KCMRR 很大,ro 小：几十 几百,A o 很大: 104 107,运放符号：,国际符号,国内符号,集成运放的特点与符号,一、开环差模电压放大倍数Aod,无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的Aod为。,二、共模抑制比KCMMR,常用分贝作单位，一般100dB以上。,集成运放的主要参数（1）,三、差模输入
12、电阻rid,ri1M, 有的可达100M以上。,四、输出电阻ro,ro =几-几十。,集成运放的主要参数（2）,五、最大共模输入电压UIcmax,六、最大差模输入电压UIdmax,七、-3dB带宽fH,运放是直流放大器， 也可放大低频信号，不适用于高频信号。,还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。不再一一介绍。,集成运放的主要参数（3）,掌握双端输入双端输出差动放大电路的静态工作点和交流性能的计算。,了解电流源的工作原理及用途。,了解运算放大器的内部结构、主要参数和应用。,本章基本要求,熟悉差动放大电路四种不同接法的特点。,熟悉差模信号、共模信号、共模抑制比的定义。,熟悉零点漂移产生的原因，以及抑制的措施。,电子技术,第六章 结 束,模拟电路部分,谢谢,
