《前置集成放大器的制作》2.2.1 差放放大电路

1、HomeNextBack单元单元2.2：集成运算放大器：集成运算放大器 单元单元2.1：差动放大电路：差动放大电路 单元单元2.3：信号运算与处理电路：信号运算与处理电路 HomeNextBack内容简介 本章介绍本章介绍多级放大电路的耦合方式及分多级放大电路的耦合方式及分析方法；直接耦合多级放大电路的组成及分析方法；直接耦合多级放大电路的组成及分析；零点漂移的基本概念；差分放大电路的析；零点漂移的基本概念；差分放大电路的分析计算；互补输出级电路。分析计算；互补输出级电路。HomeNextBack1. 直接耦合直接耦合 级间耦合：级间耦合：多级放大电路的每一个基本放大电路称多级放大电路的每一个

2、基本放大电路称为一级；级与级之间的连接称之为耦合。多级放大电路为一级；级与级之间的连接称之为耦合。多级放大电路有四种基本耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦有四种基本耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。合和光电耦合。 将前一级的输出用导线直接连接到后一级的输入端将前一级的输出用导线直接连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为的耦合方式，称之为直接耦合直接耦合。1 1）直接耦合放大电路静态工作点的设置）直接耦合放大电路静态工作点的设置一一. 多级放大电路的级间耦合方式多级放大电路的级间耦合方式 HomeNextBack + Rs 图图 3.1 直直接接耦耦合合多多级级放放大大电电

3、路路 Rc1 + ouRc2 +Vcc Rb2 T2 T1 suiu + 已知：已知：R Rs s=1.5k=1.5k ，R Rb1b1=20k=20k ，R Rc1c1=2.2k=2.2k ，R Rc2c2=720=720 ， V Vcccc=12V=12V， 1 1= = 2 2=50=50， T T1 1、T T2 2均为硅管。均为硅管。 6 5 4 3 2 1 0 5 vCE (V) iC(mA) 10 50 A 150 A 100 A 200 A IB=250 A 例例3.1 计算图计算图3.13.1所示直接耦合放大电路的静态工作点，所示直接耦合放大电路的静态工作点，并在输出特性曲线

4、上标出该静态工作点，进行动态范围和并在输出特性曲线上标出该静态工作点，进行动态范围和失真的定性分析。计算放大电路的电压放大倍数、输入电失真的定性分析。计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。阻和输出电阻。HomeNextBack + VCE2 - IC2 IB 2 + VCE1 - IC1 IB 1 Rs 图图 3.2 直直 流流 通通 路路 Rc1 Rc2 +Vcc Rb1 T2 T1 )(1005 . 17 . 0207 . 0121111AkkRVRVVIsBEbBECCB )(5111mAIIBC )(7 . 021VVVBECE )(20052 . 27 . 0121122A

5、kIRVVICCBECCB )(10222mAIIBC )(8 . 47201010123222VRIVVCCCCCE Q2 Q1 6 5 4 3 2 1 0 5 vCE (V) iC(mA) 10 50 A 150 A 100 A 200 A IB=250 A 从计算的过程可以看出，从计算的过程可以看出，直接耦合放大电路的静态工作直接耦合放大电路的静态工作点是相互影响的；从图中可以点是相互影响的；从图中可以看出，看出，T T1 1的静态工作点靠近饱的静态工作点靠近饱和区，容易产生饱和失真。和区，容易产生饱和失真。HomeNextBack21212221122111112211222)/()/

6、(vvbebecbecbebecbebebecbebecbeiovAArrRrRrrRIrIRrIRIVVA Rs Rc1 + ouRc2 +Vcc Rb1 T2 T1 + suiu+ 图图 3.1 直直接接耦耦合合多多级级放放大大电电路路 + Rc1 + ouRc2 Rb1 T2 T1 iu + Rc1 + Rc2 Rb1 iUrbe1 rbe2 1beI11beI 2beI22beI oU11/bebiiirRIVr 2coRr HomeNextBack + Rb1 图图 3. 2 第第二二级级加加射射极极电电阻阻 Rc1 + ouRc2 +Vcc Rb2 T2 T1 iuRe2 直接耦合

7、放大电路的改进形式：直接耦合放大电路的改进形式： DZ R + Rb1 图图 3. 3第第二二级级射射极极加加稳稳压压管管 Rc1 + ouRc2 +Vcc Rb2 T2 T1 iu + + Rb1 图图 3. 4 第第一一、二二级级采采用用互互补补管管 Rc1 ouRc2 +Vcc Rb2 T2 T1 iuRe2 问题：问题：Re2的接入将大大降低第二级的电压放大倍数，的接入将大大降低第二级的电压放大倍数，从而影响整个放大电路的放大能力。从而影响整个放大电路的放大能力。 问题：问题：DZ的接入将逐级抬高集电极的静态电位，使的接入将逐级抬高集电极的静态电位，使之接近于电源电压，引起后级的静态工

8、作点不合适。之接近于电源电压，引起后级的静态工作点不合适。HomeNextBack2 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 优点：优点：具有良好的低频特性，可以放大缓慢变化的信具有良好的低频特性，可以放大缓慢变化的信号；无大电容和电感，容易集成。号；无大电容和电感，容易集成。 缺点：缺点：静态工作点相互影响，分析、计算、设计较复静态工作点相互影响，分析、计算、设计较复杂；存在零点漂移。杂；存在零点漂移。2. 阻容耦合阻容耦合 将前一级的输出用电容连接到后一级的输入端的耦将前一级的输出用电容连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为合方式，称之为阻容耦合阻容耦合。 例例3.2 图图

9、3.5所示阻容耦合放大电路，推导静态工作点、电所示阻容耦合放大电路，推导静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。HomeNextBack C1 + Rs 图图 3.5 阻阻容容耦耦合合多多级级放放大大电电路路 Rc1 + ouRc2 +Vcc Rb11 T2 T1 suRb12 Rb2 Re1 RL C2 C3 Ce1 提示：提示：（1 1）在直流）在直流通路上求解静态工作点，通路上求解静态工作点，此时电容相当于开路；此时电容相当于开路；（2 2）在微变等效电路）在微变等效电路上求解交流参数，此时上求解交流参数，此时电容和直流电源均相当电容

10、和直流电源均相当于短路于短路。 阻容耦合放大电路的直流通路是相互独立的，电路阻容耦合放大电路的直流通路是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易，是分立元件放大电路的的分析、计算和调试比较容易，是分立元件放大电路的主要耦合方式。其缺点是低频特性差，不能放大缓慢变主要耦合方式。其缺点是低频特性差，不能放大缓慢变化的化的 信号；由于耦合电容容量较大，所以不便于集成化。信号；由于耦合电容容量较大，所以不便于集成化。HomeNextBack + RL N2 N1 C1 图图 3.6 变变压压器器耦耦合合放放大大电电路路 ou+Vcc Rb1 T1 suRb2 + Rs Re1 Ce1 提示：提示：（

11、1 1）在直流通路）在直流通路上求解静态工作点，此时电上求解静态工作点，此时电容相当于开路，电感相当于容相当于开路，电感相当于短路；（短路；（2 2）在微变等效电路）在微变等效电路上求解交流参数，此时电容上求解交流参数，此时电容和直流电源均相当于短路，和直流电源均相当于短路，变压器相当于阻抗变换器变压器相当于阻抗变换器。3. 变压器耦合变压器耦合 将前一级的输出通过变压器连接到后一级的输入端将前一级的输出通过变压器连接到后一级的输入端（或负载上）的耦合方式，称之为（或负载上）的耦合方式，称之为变压器耦合变压器耦合。LLLRNNRnR2212 例例3.3 对图对图3.6所示放大电路所示放大电路进

12、行静态和动态分析。进行静态和动态分析。HomeNextBack 变压器耦合放大电路的直流通路也是相互独立的，变压器耦合放大电路的直流通路也是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易；可以实现阻抗变换，电路的分析、计算和调试比较容易；可以实现阻抗变换，在分立元件功率放大电路中应用广泛。其缺点是低频特在分立元件功率放大电路中应用广泛。其缺点是低频特性差，不能放大缓慢变化的性差，不能放大缓慢变化的 信号；体积大，而且非常笨信号；体积大，而且非常笨重，不能集成化。重，不能集成化。 rd e c + iD 图图 3.7 光光电电耦耦合合器器及及其其交交流流小小信信号号等等效效模模型型 DuiC e c

13、 dIcIdICTR 4. 光电耦合光电耦合 光电耦合：光电耦合：以光信号为媒质来实现电信号的耦合与传递。以光信号为媒质来实现电信号的耦合与传递。HomeNextBack + uo - + us - 图图 3.9 光光电电耦耦合合放放大大电电路路 Rc +Vcc Rs 输出特性：输出特性：DICECufi)( 传输比：传输比：)5 . 11 . 0(只只有有CEUBCiiCTR 增增大大 0 vCE (V) iC(mA) ID 图图 3.8 输输出出特特性性曲曲线线 光电耦合放大电路的最光电耦合放大电路的最大优点是可以实现输入回路大优点是可以实现输入回路和输出回路的电气隔离，从和输出回路的电气

14、隔离，从而可有效地抑制电干扰。但而可有效地抑制电干扰。但其放大能力较差，可用集成其放大能力较差，可用集成光电耦合放大器解决。光电耦合放大器解决。HomeNextBack二二. 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。主要原因主要原因：温度温度变化引起，也称变化引起，也称温漂温漂。电源电压波动电源电压波动、元件老化元件老化等也会产生输出电压的漂移。等也会产生输出电压的漂移。温漂指标温漂指标：温度每升高：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的

15、等效输入漂移电压值。折算到输入端的等效输入漂移电压值。1、零点漂移、零点漂移HomeNextBack2） 采用温度补偿（利用非线性元件）。采用温度补偿（利用非线性元件）。1） 在电路中引入直流负反馈。在电路中引入直流负反馈。2、抑制零点漂移的方法、抑制零点漂移的方法 100,=V1A若第一级输入漂了若第一级输入漂了100 uV，则输出电压漂移则输出电压漂移 1 V。若第二级输入漂了若第二级输入漂了100 uV，则输出电压漂移则输出电压漂移 10 mV。假设假设F 第一级是关键第一级是关键V2V3=100, =1AA漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10

16、 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV3） 采用差动放大电路。采用差动放大电路。HomeNextBack三三. 差分放大电路差分放大电路 电路特点电路特点：T1、T2 所在的两边电路参数完全对称。所在的两边电路参数完全对称。1、电路的组成和、电路的组成和抑制温漂抑制温漂的原理的原理 +Vcc + + Re 图图 3.10 差差分分放放大大电电路路的的组组成成 Rc ouRc Rb T2 T1 1iu2iu + -VEE Rb 温度变化和电源电压波温度变化和电源电压波动，都将使动，都将使T1、T2集电极集电极电流产生变化，且变化趋电流产生变化，且变化趋势是相同的，因此当从势是相同的，因此当从T1、

17、 T2 集电极输出信号时，其集电极输出信号时，其变化量相互抵消，理想情变化量相互抵消，理想情况下，没有温漂。况下，没有温漂。抑制温漂抑制温漂HomeNextBack1）静态分析）静态分析2、差放电路的分析计算、差放电路的分析计算 iE iE1 +Vcc + + Re 图图 3.10 差差分分放放大大电电路路的的组组成成 Rc OuRc Rb T2 T1 1Iu2Iu + -VEE Rb iE2 + VCE1 - IB1 IE1 +Vcc 2Re 图图 3.11 半半边边直直流流 等等效效电电路路 Rc -VEE Rb eBEEEebBEEEBEEEeBEbBRVVRRVVIVIRVRI)1(2

18、)1(2211111111 111BCII )R(RIVVVRIRIVVecC1EECCEEeE1cCCCCE1221HomeNextBack2）动态分析）动态分析 + + iE iE1 +Vcc + + Re 图图 3.12 共共模模输输入入差差放放电电路路 Rc OcuRc Rb Icu2Iu-VEE Rb iE2 1Iu1Ocu2Ocu共模共模输入：输入： uI 1= uI 2= uI c，称之为共模输入信号。称之为共模输入信号。 Rc + + 2Re 图图 3.13 共共模模输输入入单单端端输输出出 半半边边交交流流通通路路 1Ou T1 Icu Rb 1Iu Ei rbe Rc +

19、+ 2Re 图图 3.14 共共模模输输入入单单端端输输出出 半半边边微微变变等等效效电电路路 Rb 1Ou Icu 1Iu Ei Bi Bi ebebcIcOIOccRrRRuuuuAAa)1(211121 ）单端输出时：）单端输出时：（0)(21111 ccIcOOIOcAAuuuuuAb双双端端输输出出时时： 以上计算结果表明：（以上计算结果表明：（1）单端输出时，差放电路对共模单端输出时，差放电路对共模信号的抑制是通过信号的抑制是通过Re的强烈负的强烈负反馈实现的；（反馈实现的；（2）双端输出时，）双端输出时，差放电路对共模信号的抑制主差放电路对共模信号的抑制主要是通过电路参数的对称性

20、实要是通过电路参数的对称性实现的；在电路参数不完全对称现的；在电路参数不完全对称时，通过时，通过Re的强烈负反馈作用，的强烈负反馈作用，进一步抑制共模信号。进一步抑制共模信号。共模电压放共模电压放大倍数大倍数共模电压放共模电压放大倍数大倍数HomeNextBack差模差模输入：输入：uI1= - uI2= uId/2，称之为差模输入信号。，称之为差模输入信号。 -VEE + + iE iE1 +Vcc + + Re 图图 3.15 共共模模输输入入差差放放电电路路 Rc OcuRc Rb 2Idu2IuRb iE2 1Iu1Ocu2Ocu2IduIdu + Rc + + 图图 3.16 差差模

21、模输输入入的的交交流流通通路路 1Ou T1 2Idu Rb 1Iu Rc + + 2Ou T2 2Idu Rb 2Iu Ou + Rc + 图图 3.17 差差模模输输入入的的交交流流通通路路 1Ou T1 2Idu Rb 1Iu Rc + 2Ou T2 2Idu Rb 2Iu Ou Idu + Rc + 图图 3.18 差差模模输输入入的的微微变变等等效效电电路路 1Ou Rb Rc + 2Ou Rb Ou Idu rbe Bi Bi Bi Bi rbe HomeNextBackbebcIdOIdOddrRRuuuuAAa 212/21)(1121单端输出时：单端输出时：)(2bebBId

22、idrRiur + Rc + 图图 3.18 差差模模输输入入的的微微变变等等效效电电路路 1Ou Rb Rc + 2Ou Rb Ou Idu rbe Bi Bi Bi Bi rbe codRr 差模电压放差模电压放大倍数大倍数121212)(dddIdOOIdOdAAAuuuuuAb双端输出时：)(2bebBIdidrRiurcodRr2思考题思考题 （1 1）为什么差放可以抑制零）为什么差放可以抑制零漂？（漂？（2 2）当输出端接负载电）当输出端接负载电阻阻R RL L时，静态工作点和差模电时，静态工作点和差模电压放大倍数如何？压放大倍数如何？HomeNextBack共模抑制比：共模抑制比

23、： CMRcdCMRKAAK，理想情况下，理想情况下，3、差放电路的四种接法、差放电路的四种接法 前面我们已经介绍了前面我们已经介绍了双入双出和双入单出两种双入双出和双入单出两种接法。输入信号除了可以接法。输入信号除了可以接在差放电路的两个输入接在差放电路的两个输入端之间，还可以单端输入端之间，还可以单端输入（如图（如图3.19所示），输出所示），输出也可以采用单端和双端两也可以采用单端和双端两种形式，从而构成种形式，从而构成单入双单入双出出和和单入单出单入单出两种接法。两种接法。 +Vcc + + Re 图图 3.19 单单端端输输入入方方式式 Rc ouRc Rb T2 T1 Iu-VEE

24、 Rb HomeNextBack 单端输入可以等效为图单端输入可以等效为图3.29所示输入方式：既有差模所示输入方式：既有差模输入信号输入信号uI，又有共模输入信，又有共模输入信号号uI/2；输出电压既包括差模；输出电压既包括差模信号，又包括共模信号。单信号，又包括共模信号。单入单出、单入双出情况下的入单出、单入双出情况下的静态分析静态分析和和差模信号差模信号的分析的分析对应于双入单出、双入双出对应于双入单出、双入双出时的情况，没有差别。时的情况，没有差别。 +Vcc + Re 图图 3.20 单单端端输输入入方方式式 Rc ouRc Rb T2 T1 -VEE Rb + uI/2 - + u

25、I/2 - + uI/2 - + -uI/2 - 对对共模信号共模信号而言，单入双出在理想情况下，其共模信号完而言，单入双出在理想情况下，其共模信号完全被抑制，可以等效为双入双出的情况；但在电路参数不完全全被抑制，可以等效为双入双出的情况；但在电路参数不完全一致时，存在共模双出电压。而单入单出就一定存在共模输出一致时，存在共模双出电压。而单入单出就一定存在共模输出电压，共模电压放大倍数的计算与双入单出相同。电压，共模电压放大倍数的计算与双入单出相同。HomeNextBack4、差放电路的改进形式、差放电路的改进形式 差放电路依靠电路的对差放电路依靠电路的对称性抑制零漂，当电路对称称性抑制零漂，

26、当电路对称性不好时，将产生零漂，故性不好时，将产生零漂，故在两管发射极之间增加一阻在两管发射极之间增加一阻值很小的调零电位器值很小的调零电位器Rw，以，以使使uI1= uI2 =0时，时， uO =0。 I +Vcc + + Rw 图图 3.21 差差放放电电路路的的改改进进形形式式 Rc ouRc Rb T2 T1 1Iu-VEE Rb + 2Iu 此外，增加此外，增加Re的阻值，的阻值，可以增加抑制零漂的效果，可以增加抑制零漂的效果，但同时需要提高电源电压，但同时需要提高电源电压，并且在集成电路中，大阻值并且在集成电路中，大阻值电阻制作困难，所以改用恒电阻制作困难，所以改用恒流源代替流源代

27、替Re 。 Rw的接入对差模电压放大倍数、的接入对差模电压放大倍数、输入和输出电阻有何影响？输入和输出电阻有何影响？HomeNextBack解解:(1)求求Q点：点： I +Vcc + + Rw 图图 3.22 例例 3.4 图图 Rc Ou Rc Rb T2 T1 Iu -VEE Rb RL 例例3.4 图图3.22所示电路中，已知所示电路中，已知VCC= VEE =9V，VBE =0.7V， Rc=4.7 k ， Rb= Rw= 100 ， RL=10 k ， I=1.2mA， Rw的的滑动端位于中点，晶体管滑动端位于中点，晶体管 =50，rbb =300 ， uI =0.02V，求：求： （1）静态工作点；（）静态工作点；（2）差模输出电压）差模输出电压 uO。 I/2 +Vcc Rw/2 半半边边直直流流通通路路 Rc T1 -VEE Rb mAIIE6 . 02 AIIEB 121 )(2 . 6VRIVRIVVVVbBBEcCCCECCE HomeNextBack(2)求求 uO ： I +Vcc + + Rw Rc Ou Rc Rb T2 T1 Iu -VEE Rb RL )(5 . 26 . 026)501(30026)1( kIrrEbbbe 5 .232)1(2/2/2/ wbebLcIOIOdRr