第五章 集成电路运算放大器

1、 第五章第五章 集成运算放大器集成运算放大器5.4 5.4 集成运算放大器集成运算放大器5.1集成运算放大器概述集成运算放大器概述集成电路简称集成电路简称 IC ( (Integrated Circuit) )集成电路按集成电路按其功能分其功能分数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成模拟集成电路类型电路类型集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高频放大器集成高频放大器；集成中频放大器；集成中频放大器；集成比较器集成比较器；集成乘法器；集成乘法器；集成稳压集成稳压器器；集成数；集成数/模或模模或模/数转换器等。数转换器等。集成电路的外形集成电路的外

2、形集成电路的外形集成电路的外形( (a) )双列直插式双列直插式( (b) )圆壳式圆壳式( (c) )扁平式扁平式集成运算放大器结构特点集成运算放大器结构特点一一. 对称性好，适用于构成差分放大电路。对称性好，适用于构成差分放大电路。二二. 集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。三三. 在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管代替代替电阻电阻( (特别是大电阻特别是大电阻) )。四四. 在芯片上制作比较大的电

3、容和电感非常困难，在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，电路通常采用直接耦合电路方式。电路通常采用直接耦合电路方式。集成运算放大器集成运算放大器 集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，一般由四部分组成：级直接耦合放大电路，一般由四部分组成：一般是差动放大器，利一般是差动放大器，利用其对称特性可以提高整个电路用其对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和电路性能，输入的共模抑制比和电路性能，输入级有反相输入端级有反相输入端“- -”、同相输入、同相输入端端“+ +”两个输入端；两个输入端；的主要作用是

4、的主要作用是提高电压增益，一般由多级放大电路组成；提高电压增益，一般由多级放大电路组成；一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。载能力。 是为各级提供合适的工作电流。是为各级提供合适的工作电流。 此外还有一些过载保护电路及高频补偿环节等辅助环节。此外还有一些过载保护电路及高频补偿环节等辅助环节。集成电路的几种外形集成电路的几种外形集成运算放大器图符号集成运算放大器图符号U0U+U-简化电路符号简化电路符号(1)开环电压放大倍数开环电压放大倍数Au 指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况

5、指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。集成运放的下的直流差模电压增益。集成运放的Au一般很高，约为一般很高，约为104107；(2)差模输入电阻差模输入电阻ri和输出电阻和输出电阻r0 集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧；由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电；由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很低，约在几十欧至几百欧之间；阻很低，约在几十欧至几百欧之间；(3)最大共模输入电压最大共模输入电压Uicmax 指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个

6、电指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件损坏。造成器件损坏。(4)(4)共模抑制比共模抑制比KCMR 为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放理想化，集成运放的理想化参数为：常把集成运放理想化，集成运放的理想化参数为： Au=、 ri=、 r0=0 、KCMR=。 根据集成运放的实际特性根据集成运放的实际特性和理想特性，可画出相应的电和理想特性，可画出相应的电压传输特性。压传输特性。 可以看出，当集成运放工

7、可以看出，当集成运放工作在线性区（作在线性区（+U0MU0M)时，时，其实际特性与理想特性非常接其实际特性与理想特性非常接近；由于集成运放的电压放大近；由于集成运放的电压放大倍数相当高，即使输入电压很倍数相当高，即使输入电压很小，也足以让运放工作在饱和小，也足以让运放工作在饱和状态状态使输出电压保持稳定。使输出电压保持稳定。理想特性理想特性集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性u0(V)ui(mV)0U0MU0M实际特性实际特性电流源电流源 镜像电流源镜像电流源 多路电流源多路电流源 电流源用作有源负载电流源用作有源负载 微电流源微电流源 概述概述 BJTBJT基本电流源基本电流源 比例

8、电流源比例电流源学习要求学习要求 会计算电流源的输会计算电流源的输出出 电流（求电流（求Q Q） 能辨认电路（电流能辨认电路（电流源结构的变化规律）源结构的变化规律） 第五章第五章 集成运算放大器集成运算放大器 概述概述 Q ICQ IBQ Rc VCC VCC vCE iC VCEQ vCE iC 直流电阻小直流电阻小交流电阻大交流电阻大CCECE=IVRCCEce=ivr 恒流源恒流源：Rs = ， iO = Is ，与，与RL无关无关 三极管工作在放大区，其输出特性三极管工作在放大区，其输出特性 具有恒流特性。具有恒流特性。易受温度影响易受温度影响特点：特点：分析任务分析任务 确定电流源

9、的输出电流，确定电流源的输出电流， 并提高计算精度并提高计算精度 提高输出电阻提高输出电阻Ro1. BJT1. BJT基本电流源基本电流源 三极管电流源三极管电流源 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 分压式射极偏置电路分压式射极偏置电路 Rb1 IC Rc +VCC Re Rb2 VB IE 在满足条件在满足条件 I1 IB ；VB VBE 时时电流源内阻电流源内阻 Rs = Ro（输出电阻）（输出电阻）CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII eCCb2b1b2eBRVRRRRV Rb1

10、 rbe Ib rce + Vo Ib Rb2 Rb Re Io Ro)(ebbeeceoRRrR1rR RL与与Rc无关，且能稳定无关，且能稳定Q（温度影响）（温度影响）2. 2. 比例电流源比例电流源 Rb1 IC Rc +VCC Re Rb2 VB IE I1 Rb1 IC RL +VCC Re Rb2 D T I1 IO R IC2 RL +VCC Re2 Re1 T2 IC1 T1 IO I1 eBeBEBCRVRVVI 提高计算精度提高计算精度满足条件：满足条件： I1 IBVB VBE 增加增加1 1个二极管个二极管D D 并使并使D与与T（Je）具有相同）具有相同的温度特性（补

11、偿）的温度特性（补偿） 即：即： VD = VBE所以，在所以，在Je回路有：回路有：VD +I1 Rb2 = VBE +IC Reeb21CRRII 比例电流源比例电流源b2b1CCb2b1BECC1 RRVRRVVI 而而：集成电路中，集成电路中，DT1BJT基本电流源基本电流源特殊状态特殊状态思路：思路：VCC=0IC=0VBBIC 0VBBTBJTBJT电流源接法与放大电路接法比较电流源接法与放大电路接法比较 R IC2 Rc +VCC Re2 Re1 T2 IC1 T1 3. 3. 镜像电流源镜像电流源思路：思路：比例系数比例系数1 1 R IC2 RL +VCC Re2 Re1 T

12、2 IC1 T1 IO I1 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF e1CCe2e1e2e11C2RRVRRRRII 比例电流源比例电流源去掉去掉2个电阻，减少占用硅片面积个电阻，减少占用硅片面积2IB求求 IC2 = ?对管对管T1与与T2特性相同特性相同（温度补偿）（温度补偿）假设假设T1处于放大区（问题？）处于放大区（问题？）12VV ；BE1BE2= C1C2B1B2= IIII； C1REFBREFC1I2II2II REFREFC1C221=IIII 对对T1的的C点列点列KCL方程：方程：RVRVVCCBE1CC 镜像镜像ce2orR R IC2 RL +VC

13、C T2 IC1 T1 IREF 3. 3. 镜像电流源镜像电流源RVIIIICCREFREFC1C221= 思路：提高精度思路：提高精度问题问题1问题问题2VCE1 = VBE1 0.6V VCE2但仍造成：但仍造成：IC2 IC1虽有：虽有：VBE2 = VBE1 ； 2 = 1 修正如下：修正如下：考虑基区宽度调制效应考虑基区宽度调制效应）电电压压，典典型型值值为为（100V =ACAceEarlyVIVr)(1eCESCBEAVvVvIiT 1.291000.6110030111CE1CE2C1C2 AAVVVVII带缓冲级的镜像电流源带缓冲级的镜像电流源 R IC2 RL +VCC

14、T2 IC1 T1 IREF 3. 3. 镜像电流源镜像电流源RVIIIICCREFREFC1C221= R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF T3 IB3 2IB1 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF T3 IB3 2IB1 Re3 问题问题2思路：提高精度思路：提高精度若若 较小，则分流造成较小，则分流造成的误差不能忽略！的误差不能忽略！解决方法：解决方法：增加增加1个缓冲级个缓冲级T3 即共集放大器，减小分流。即共集放大器，减小分流。为了避免为了避免T3的电流过小而使的电流过小而使 3下降，下降，常常加入电阻常常加入电阻Re3 ，使，使IE3增大

15、。增大。 B1REFB3REFC1I2IIII 同样对同样对T1的的C点列点列KCL方程：方程：REFREFC1C221=IIII2 RVRV2VICCBE1CCREF ce2orR I IC2C2I IREFREF 镜像电流源镜像电流源IC2 IREF （VccVBE）/ R Vcc / RIC1 IREF 2IB IREF 设T1 T2参数完全相同。 1= 2，ICEO1 = ICEO2 ， VBE1=VBE2 ， IE1 =IE2 ， IC1=IC2存在问题：当存在问题：当不够大时，不够大时，I IC2C2与与I IREF REF 差异较差异较大大改改 进进较大，较大，IB=IC/IC

16、，IC1 IC2RRcT1T2Vcc2IBIREFIC1IE1IC2IREFIC1IC2IBT1T2RVccT3IB2IB1IC2 IREFIC2IREF镜像电流源改进电路：镜像电流源改进电路：镜像电流源电路适合用于较大工作电流（镜像电流源电路适合用于较大工作电流（mA级）的场合，若级）的场合，若需要需要IC2 R ，在集成电路中不易实现。故推出，在集成电路中不易实现。故推出4. 4. 微电流源微电流源 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF RVIIIICCREFREFC1C221= R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF Re2 思路：产生思路：产生 A

17、 A级电流级电流例如：例如：VCC = 10V，IC2 = 1 A，则则 R=10M 。需需占用硅片面积大占用硅片面积大e2BE2BE1RVV E2C2II )10k10mV(e2BE RV解决方法：。解决方法：。TVvIIBEeSE SEBElnIIVvT E2E1e2e2BE2BE1E2C2lnIIRVRVVIIT (1) ln C2REFe2C2IIRVIT (2) CCREFRVI 例：已知例：已知VCC=15V，IR =1mA， IC2 =20 A，VBE1=0.7V，则由则由(2)得得R=15k ；由由(1)得得Re2 =5k 。计算方法：计算方法： 微电流源微电流源IREFIC1

18、IE2IC2RRe22IBT1T2VccIE2Re2 =V BE1VBE2IE2Re2+ VBE2= VBE1（KVL方程）方程）IE2=（V BE1VBE2 ）/ Re2 IC2 IE2 V BE的数值很小的数值很小 IC2亦很小，故称为亦很小，故称为IREF （VccVBE）/ R Vcc / R 当电流变化时当电流变化时 IREF变化变化 V BE变化很小变化很小 IC2变化很小（远变化很小（远小于小于IREF的变化）的变化） IC2较稳定较稳定5. 5. 多路电流源多路电流源e1eREFC1RRII 带缓冲级的带缓冲级的比例电流源比例电流源e2eREFC2RRII e3eREFC3RR

19、II 小结小结 电流源结构的变化电流源结构的变化 Rb1 IC Rc +VCC Re Rb2 VB IE I1 R IC2 RL +VCC Re2 Re1 T2 IC1 T1 IO I1 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF T3 IB3 2IB1 Re3 R IC2 RL +VCC T2 IC1 T1 IREF Re2 电流源用作有源负载电流源用作有源负载(1) 用于提供静态电流并能稳定静态工作点，这对直接耦用于提供静态电流并能稳定静态工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。合放大器是十分重要的。(2) 用作有源负

20、载，可获得增益高的特性。用作有源负载，可获得增益高的特性。beLcce1ioV)/(=rRRrVVA 共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为：电流源的作用：电流源的作用：例：例：共射放大共射放大电流源作有源负载后电流源作有源负载后beLce2ce1ioV)/(=rRrrVVA 比用电阻比用电阻Rc作负载时提高了作负载时提高了 电流源用作有源负载电流源用作有源负载RT2VccT1T3VOVIIREF特点：特点：直流电阻小，交流电阻很大直流电阻小，交流电阻很大提高交流放大倍数而不影响提高交流放大倍数而不影响 静态工作点静态工作点亦常用作射级负载亦常用作射级负载电流源用作集电极负载电流源用作集电

21、极负载 R1 1k R6 1k T3 R8 3k+VCC Vo 3kC1 1k C3 1k T2 T1 R3 20k RL 3k R7 3kR4 3k Vi 3kC2 1k43 3k R2 3k R5 3k1.8k8.2k1k 3k1k 3k 10k3.3k1.5k3.3k(+12V) 3k 放大电路如图所示。各三极管都有放大电路如图所示。各三极管都有 = 49，VBE=0.7V。例：例：(1) 试简要说明各三极管的作用；试简要说明各三极管的作用；(2) 计算电路的电压放大倍数（电容的容抗可忽略不计）。计算电路的电压放大倍数（电容的容抗可忽略不计）。 第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 输

22、输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级多级放大电路多级放大电路u一级放大器放大倍数不够，需要多级级联。一级放大器放大倍数不够，需要多级级联。u放大倍数满足要求，输入电阻或输出电阻放大倍数满足要求，输入电阻或输出电阻不满足要求，也需要级联。不满足要求，也需要级联。u多级放大电路还可以展宽放大器的通频带，多级放大电路还可以展宽放大器的通频带，提高稳定性，改善高频特性等。提高稳定性，改善高频特性等。1. 怎样级联？怎样级联？ 2. 多级放大器性能指标如何计算？多级放大器性能指标如何计算？为什么需要多级放大电路？为什么需要多级

23、放大电路？输入级输入级输入电阻高，噪声和漂移小。输入电阻高，噪声和漂移小。对各级电路的要求：对各级电路的要求：输出级输出级动态范围大，输出功率大，带载能力强。动态范围大，输出功率大，带载能力强。中间级中间级具有足够大的放大能力。具有足够大的放大能力。多级放大电路的组成多级放大电路的组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级单级放大器常常采用电容进行信号的耦合单级放大器常常采用电容进行信号的耦合放大电路中的信号耦合技术放大电路中的信号耦合技术单级放大器中单级放大器中的耦合技术的耦合技术耦合：耦合：即信号的传输方式。即信号的传输方式。耦合方式：耦合方式：电容耦合；变压器耦合；电容耦合；变压器耦合；

24、光电耦合；直接耦合。光电耦合；直接耦合。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求： 静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置 动态动态: 传送信号。传送信号。要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。 一一. . 多级放大电路耦合技术多级放大电路耦合技术1.直接耦合直接耦合将后级电路通过导线直接与前级相连将后级电路通过导线直接与前级相连优点优点：电路中没有电容和变压器，易于电路中没有电容和变压器，易于集成。集成。 能放大能放大交流信号，交流信号， 同时也能放大直流或缓变信号。同时也能放大直流或缓变信号。缺点缺点：各级静态工作点各级静态工作点Q相互影响，分析

25、、设相互影响，分析、设 计和调试困难；计和调试困难； 前后级的直流电平需匹配；前后级的直流电平需匹配； 存在着严重的存在着严重的零点漂移现象零点漂移现象。直接耦合直接耦合两个特殊问题两个特殊问题：前后级的直流电平需匹配；前后级的直流电平需匹配； 存在着严重的存在着严重的零点漂移现象零点漂移现象。RC1RC2T2RB_vi+VCCRL+_vo+T1级间电平配置常用的解决方法级间电平配置常用的解决方法提高后级射极电位提高后级射极电位电平移位电平移位+VCC T2RERC2RC1RBT1RzDZ+VCC T2RERC2RC1RBT1两种管子互补两种管子互补+VCC T2RC2RE2RC1RB1T1V

26、CC 级间电平配置常用的解决方法级间电平配置常用的解决方法零点漂移问题的解决方法零点漂移问题的解决方法 当输入当输入vi=0时，输出电压时，输出电压vO并不恒定，而是出现缓慢的、无并不恒定，而是出现缓慢的、无规则的漂动。这种现象称为零点漂移，简称零漂。规则的漂动。这种现象称为零点漂移，简称零漂。零漂实质上就是放大电路静态工作点的变化零漂实质上就是放大电路静态工作点的变化引起零漂的主要原因引起零漂的主要原因(a) 元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的变化而变化。元器件参数，特别是晶体管的参数会随温度的变化而变化。(b) 元器件会出现老化，参数发生了变化。元器件会出现老化，参数发生了变化。 由

27、温度引起的零漂称为由温度引起的零漂称为温漂温漂由元器件老化引起的零漂称为由元器件老化引起的零漂称为时漂时漂引起直接耦合放引起直接耦合放大电路零漂的主大电路零漂的主要因素是温漂要因素是温漂零漂零漂1. 引入直流负反馈引入直流负反馈2. 采用差动放大电路采用差动放大电路抑制零点漂移的常用方法抑制零点漂移的常用方法2. 电容耦合电容耦合将后级电路通过电容器与前级相连将后级电路通过电容器与前级相连RC1RC2T2RB1vi+VCCRL+_voT1RB2+_C1C2C3缺点缺点：耦合电容隔断直流，不能放大直流信号，耦合电容隔断直流，不能放大直流信号， 且当信号频率较低时，放大倍数下降。且当信号频率较低时

28、，放大倍数下降。 耦合电容容量大，不易集成。耦合电容容量大，不易集成。优点优点： 各级之间直流通各级之间直流通路不相通，路不相通，Q点点相互独立；设计、相互独立；设计、计算、调试方便。计算、调试方便。3.变压器耦合变压器耦合将后级电路通过变压器与前级相连将后级电路通过变压器与前级相连CE1RE1T1Tr1Tr2CB1vi+_CE2RE2T2RL+_voTr3+VCCRB11+RB12+RB21RB22CB2优点优点：前后级靠磁路耦合，前后级靠磁路耦合，各级各级Q点相互独立；点相互独立； 可进行阻抗变换，实现功率匹配，可进行阻抗变换，实现功率匹配， 从而使后级或负载上得到最大功率。从而使后级或负

29、载上得到最大功率。缺点缺点：低频特性差；低频特性差； 变压器体积大、笨重、贵，更不能集成化，变压器体积大、笨重、贵，更不能集成化， 只能用于分立元件放大电路。只能用于分立元件放大电路。变压器耦合多级放大电路的主要特点变压器耦合多级放大电路的主要特点4. 光电耦合光电耦合 光电耦合器光电耦合器是将发光元件（发光二极管）与光敏元件是将发光元件（发光二极管）与光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起：发光元件为输入（光电三极管）相互绝缘地组合在一起：发光元件为输入回路，它将电能转化成光能；光敏元件为输出回路，它将回路，它将电能转化成光能；光敏元件为输出回路，它将光能再转换成电能，实现输入与输出电路

30、的电气隔离，从光能再转换成电能，实现输入与输出电路的电气隔离，从而可有效地抑制电干扰。而可有效地抑制电干扰。以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递图图3.34 光电耦合器及其传输特性光电耦合器及其传输特性 光电耦合放大电路光电耦合放大电路复合管复合管达林顿管达林顿管 作用：提高电流放大系数，增大电阻作用：提高电流放大系数，增大电阻rbe12ccciii122bbii1211bbiicbii1211bbbiii121112 ber 112(1)beberribib2ic1ic2icie12同类型管子组成的复合管同类型管子组成的复合管复合管复合管达林顿管达林顿

31、管 作用：提高电流放大系数，增大电阻作用：提高电流放大系数，增大电阻rbe互补型复合管互补型复合管两个两个不同类型的管子不同类型的管子组成的复合管，等效后组成的复合管，等效后管子的类型取决于管子的类型取决于第一个管子的类型第一个管子的类型。组成复合管的原则：管内电流方向要一致组成复合管的原则：管内电流方向要一致直接耦合放大电路的静态分析直接耦合放大电路的静态分析RC1RC2T2RB_vi+VCCRL+_vO+VBBT1+_BQ1IBEQ1V+_CEQ1V+_CEQ2VBQ2ICQ2ICQ1IOIEREQ2I+BEQ2V_ 阻容耦合、变压器耦合的各级阻容耦合、变压器耦合的各级Q点相互独立，分点相

32、互独立，分析方法与前述的单级放大电路的方法相同。这里只对析方法与前述的单级放大电路的方法相同。这里只对直接耦合电路进行直接耦合电路进行静态分析。静态分析。BEQ1BBQ1BBVRIVBBEQ1BBBQ1RVVIBQ11CQ1II令输入电压令输入电压vi= =0RC1RC2T2RB_vi+VCCRL+_vO+VBBT1+_BQ1IBEQ1V+_CEQ1V+_CEQ2VBQ2ICQ2ICQ1IOIEREQ2I+BEQ2V_在输入回路在输入回路C1BQ2CQ1CCCEQ1)(RIIVVEEQ2BEQ2CEQ1RIVVBQ22EQ2)1 (IIIBQ2 、ICQ2 、IEQ2在一、二级之间在一、二级之

33、间EEQ2C2OCQ2CCCEQ2)(RIRIIVVLOEEQ2CEQ2RIRIV联立求解可得联立求解可得VCEQ2 、Io在输出回路在输出回路后级放大器的输入电阻是前级放大器的负载；后级放大器的输入电阻是前级放大器的负载；前级放大器的输出电路是后级放大器的信号源。前级放大器的输出电路是后级放大器的信号源。图图3.36 多级放大器的通用小信号模型多级放大器的通用小信号模型1. 电压放大倍电压放大倍数数21211(1)oooovvvvniioo nvvvvAAAAvvvv二二. 多级放大器交流性能指标的计算多级放大器交流性能指标的计算2. 输入电阻输入电阻注意：在计算注意：在计算Ri1 时要把时

34、要把后一级的输入电阻作为第后一级的输入电阻作为第一级的负载电阻来考虑。一级的负载电阻来考虑。121LiiiiRRivRRi3. 输出电阻输出电阻注意：在计算注意：在计算Ron时要时要把前一级的输出电阻把前一级的输出电阻作为它的信号源内阻作为它的信号源内阻来考虑。来考虑。(1)0sno nLstoonRRRtvvRRi多级放大器的输入电阻多级放大器的输入电阻Ri就是第一级放大器的输入电阻就是第一级放大器的输入电阻Ri1 。多级放大器的输出电阻多级放大器的输出电阻Ro，就是最末级放大器的输出电阻，就是最末级放大器的输出电阻Ron。电路结构电路结构1. 共射共射-共基（共基（CE-CB）组合放大电路

35、）组合放大电路交流通路交流通路输入电阻输入电阻be132iii/rRRrvR三三. BJT组合放大器的计算组合放大器的计算电压放大倍数电压放大倍数其中，第二级其中，第二级CB放放大器的输入电阻：大器的输入电阻： 若两管的小信号参数相同，则若两管的小信号参数相同，则表明：表明：CE-CB组合放大电路的电压放大倍组合放大电路的电压放大倍数数 与单级与单级CE放大器相同。放大器相同。 be2LC2be1i21v2v1iov)/(rRRrRAAvvA2be2i21rRbeLCbeLCbebev)/()/(1rRRrRRrrA输出电阻输出电阻C0ttosLRivRvR2. 共集共集-共基（共基（CC-C

36、B）组合放大电路）组合放大电路CC-CB放大电路的交流通路放大电路的交流通路 输入电阻输入电阻其中其中: :i1Biii/ RRrvR2be2i2i2E1bei11)/)(1 (rRRRrR 输出电阻输出电阻C0ttosLRivRvR 电压放大倍数电压放大倍数 若两管小信号参数相同，而且通常设计若两管小信号参数相同，而且通常设计RERi2，则：，则： 表明：表明：CC-CB 组合放大电路的电压放大倍数只是单组合放大电路的电压放大倍数只是单管管CE放大器的一半；但由于放大器的一半；但由于CC和和CB组态的高频性组态的高频性能都优于能都优于CE状态。所以，它们的组合放大电路的高状态。所以，它们的组

37、合放大电路的高频特性会比频特性会比CE放大器好。放大器好。be2LC2i2E1be1i2E1v2v1iov)/()/)(1 ()/)(1 (rRRRRrRRAAvvA2be2i21rRbe2LC2i21be1i21v2v1iov)/()1 ()1 (rRRRrRAAvvAbe2LC2v)/(21rRRA3. 共射共射-共集（共集（CECC）组合放大电路）组合放大电路输入电阻输入电阻be11 ib2b1B/rRRRR，1 iBiii/ RRrvR输出电阻输出电阻其中其中电压放大倍数电压放大倍数其中其中Le2L/ RRR 2v1viovAAvvA1vbe1L2be2b3C11)1 (/(/ArRr

38、RRL2be2L2be1L2be2b3C11)1 ()1 ()1 (/(/RrRrRrRRo2sL/e20ttoRRivRvR2b3c1be1/o2RRrR4. 共集共集-共射（共射（CC-CE）组合放大电路）组合放大电路CC组态组态大的大的Ri1提高源电压增益提高源电压增益CC组态小的组态小的Ro1减小减小CE组态的时间常数组态的时间常数扩展了通频带扩展了通频带线性放大vi1vi2vovo=AVD（vi1vi2）差模电压增益 直接耦合放大电路的零点漂移问题直接耦合放大电路的零点漂移问题 1、 概述概述 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理 2、 基本差分式放

39、大电路基本差分式放大电路 主要指标分析计算主要指标分析计算 几种方式指标比较几种方式指标比较 差分式放大电路 差分的基本概念差分的基本概念1.差模信号：差模信号： vid = vi1 vi22.共模信号：共模信号： vic = （vi1 + vi2 ）/2可以看出：可以看出：差模信号是在两输入端各加入了一个大小相差模信号是在两输入端各加入了一个大小相等，方向相反的信号。等，方向相反的信号。共模信号是在两输入端各加入了一个大小相共模信号是在两输入端各加入了一个大小相等，方向相同的信号。等，方向相同的信号。在差模共模信号同时存在的情况下（用叠加原理）在差模共模信号同时存在的情况下（用叠加原理）vO

40、=AVDvid+ A VC vic AVD = vod /vidAVC = voc /vic其中：其中：称为差模电压增益称为差模电压增益称为共模电压增益称为共模电压增益vi1= vic+ vid / 2vi2= vic vid / 2 1.差分的基本概念差分的基本概念 差模与共模：差模与共模： 差差分分 放放大大 +- -vi1+- -vi2+- -vo+- -vid- -+ +i2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号icVCidVDooo=vAvAvvv C19mV/5Vi1 vC19mV/5Vi2 v总输出电压总输出电压2=idici1vvv 2

41、vvvidici2= 0=icidoidoVD vvvvvA差模电压增益差模电压增益0=idicoicoVC vvvvvA共模电压增益共模电压增益共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力反映抑制零漂能力VCVDCMR=AAK例：例： 分析思路：叠加定理分析思路：叠加定理2=idi1vv 2=idi2vv ici1= vvici2= vv测试测试选择填空选择填空 1. 差分放大电路中，当差分放大电路中，当Vs1=300mV，Vs2=200mV时，分解为时，分解为共模输入信号共模输入信号Vsc= ，差模输入信号，差模输入信号Vsd= 。 a. 500mV b. 100mV c. 250mV d. 50

42、mV 3. 在单端输出差分放大电路中，差模电压增益在单端输出差分放大电路中，差模电压增益AVd=50，共模，共模电压增益电压增益AVc= 0.5，若输入电压，若输入电压Vs1=80mV，Vs2=60mV，输出，输出电压电压Vo2= 。 a. 1.035V b. 0.965V c. 0.965V d. 1.035VVo2=AvdVsd +AvcVsc =5020mv 0.570mv =1000mv-35mv 2. 差分放大电路中，当差分放大电路中，当Vs1=200mV，Vsd2=0mV时，分解为共时，分解为共模输入信号模输入信号Vsc= ，差模输入信号，差模输入信号Vsd= 。2.直接耦合放大电

43、路的零点漂移问题直接耦合放大电路的零点漂移问题 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 零点漂移问题零点漂移问题可以放大直流信号可以放大直流信号V60oi vvV71mV. 0oi vv4io10 vvAV# 集成运算放大器要采用直接耦合？集成运算放大器要采用直接耦合？零漂：零漂：输 入 短 路 时 ， 输 出输 入 短 路 时 ， 输 出 仍有缓慢变化的电压产生。仍有缓慢变化的电压产生。主要原因：主要原因： 温度变化引起，也称温度变化引起，也称温漂温漂。温漂指标：温漂指标： 温度每升高温度每升高1 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折算到输入端的等效输入漂移电压

44、值。的等效输入漂移电压值。电源电压波动也是原因之一电源电压波动也是原因之一没有电容、变压器没有电容、变压器A1vivo103A2vivo105答：答：两个放大电路是否都可以放大两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号？的信号？增加了增加了Re电压增益电压增益输出漂移电压输出漂移电压均为均为 200 mV输出漂移电压输出漂移电压均为均为 200 mV输入端漂移电输入端漂移电压为压为 0.2 mV输入端漂移电输入端漂移电压为压为 0.002 mVA1不可以，不可以， A2可以可以例如例如 100,=V1A若第一级漂了若第一级漂了100 uV，则输出漂移则输出漂移 1 V。 若第二级也漂若第二级也

45、漂了了100 uV，则输出漂移则输出漂移 10 mV。假设假设 第一级是关键！第一级是关键！。 1= 100,=V3V2AA 减小零漂的措施减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿 调制解调方式。如调制解调方式。如“斩波稳零放大器斩波稳零放大器” 采用采用差分式放大电路差分式放大电路漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV 基本差分式放大电路基本差分式放大电路 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 组成特点组成特点 静态分析静态分析 动态分析（定性）动态分析（定性） 输入差模信号输入差模信号 输

46、入共模信号输入共模信号 抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理 主要指标分析计算主要指标分析计算 动态分析思路动态分析思路 双端输入双端输入 差模增益差模增益 共模增益共模增益 共模抑制比共模抑制比 输入、输出电阻输入、输出电阻 单端输入单端输入 带恒流源的差分电路带恒流源的差分电路 几种接法性能对比几种接法性能对比 基本差分式放大电路基本差分式放大电路 基本差分电路（长尾）基本差分电路（长尾） 带恒流源的差分电路带恒流源的差分电路 教材上的差分电路教材上的差分电路T1+6Vvs1RC120k+vs2T2RC220kRs50T3T4IREFR2480R32.4kRs 50R12.4k+vo RP20

47、06V vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 基本差分式放大电路基本差分式放大电路 vi1 iC1 Rc1 +VCC vo1 T1 Re1 - -VEE + - - Rb1 vi1 iC1 Rc1 +VCC vo1 T1 Re1 - -VEE iC2 Rc2 +VCC vo2 T2 Re2 - -VEE + - - Rb1 vi2 + - - Rb2 vo = vo1 vo2 = Av1vi1 Av2vi2vo = Avd(vi1 vi2) AV1

48、= = AV2 （对管）对管）原因之二原因之二对称对称 VC1 = VC2 vo = VC1 - - VC2 = 0 0 克服温漂克服温漂(3)公共射极电阻公共射极电阻Re vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo T1 T2 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 R

49、e - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 组成特点组成特点(1)直接耦合的共射电路直接耦合的共射电路( (Rb ,Rs)(2)两边对称两边对称单端输出单端输出公共公共Re对差模信号相当于对差模信号相当于短路短路1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo T1 T2 基本差分式放大电路基本差分式放大电路注意：注意： vi1 iC1 Rc vo1 iC2 R

50、c +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo T1 T2 静态分析静态分析1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理电路对称电路对称T放大的条件：放大的条件：Je正偏正偏、Jc反偏反偏vi1 = vi2 = 0（静态静态）ebEEBEB1B2)()(0R21RVVII B1C1C2III EC1CE1CE2VVVV cC1CCC1C2=RIVVV 0.7V-=BEB1E VVV Je正偏正偏 T放大放大 Jc反偏反偏vo = VC1 - - VC2 = 0 0 实现：实现： 0输入输入 0输出输出输入：输入：vi1

51、 = vi2 = 0 静态分析（静态分析（ 差、共摸相同）差、共摸相同）输出：输出： vo =VC1VC2 =0输入信号电压输入信号电压vid =vi1vi2= 0输出亦为输出亦为 0 0IoiC2iC1C1C2eb1b2Rc1Rc2vo1T1T2+Vccvo2vEVEEvi1vi2+rO基本差分式放大电路基本差分式放大电路 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo T1 T2 动态分析动态分析 输入差模信号输入差模信号1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理2=idi

52、1vv 2=idi2vv vi1 0 vi2 0 vo2 0 VC2 vo1 0 VC1 vo 0 大小相等，方向相反大小相等，方向相反 iE1 0 IE1 iE2 0 IE2 另外：另外：Re相当于相当于短路短路 iE = 0动态分析动态分析 输入共模信号输入共模信号 基本差分式放大电路基本差分式放大电路1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理ici1= vvici2= vv大小相等，方向也相同大小相等，方向也相同 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo T1 T2

53、 vi1 0 vi2 0 另外：另外：Re相当于相当于2Re iE = 2 iE1 = 2 iE2 vo 0 vo1 0 VC1 vo1 0 VC1 iE1 0 IE1 iE1 0 IE1 3. 主要指标分析计算主要指标分析计算 基本差分式放大电路基本差分式放大电路动态分析思路动态分析思路 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo T1 T2 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE

54、 iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 2=idici1vvv 2vvvidici2= 2=idi1vv 2=idi2vv ici1= vvici2= vv（1）小信号等效电路法）小信号等效电路法（2）运用叠加原理）运用叠加原理（3）利用）利用对称特点对称特点， 转化为单边电转化为单边电路路求解。求解。（4）四种接法）四种接法a. 双端输入、双端输出双端输入、双端输出b. 双端输入、单端输出双端输入

55、、单端输出c. 单端输入、双端输出单端输入、双端输出d. 单端输入、单端输出单端输入、单端输出电阻电阻Re 和和RLRc1Rc2T1T2iC2iC1C1C2b1b2vi1= vid /2+vi2= vid /2+vo1vo2vo动态分析动态分析当当vi1 = -vi2 = vid /2时时 称为称为差模输入差模输入一管电流将增加，一管电流将减小一管电流将增加，一管电流将减小vo =vC1vC2 0输出为输出为vid =vi1vi2 Rc1Rc2T1T2iC2iC1C1C2b1b2vi1= vid /2+vi2= vid /2+vo1vo2vo动态分析动态分析当当vi1 = vi2 = vic时

56、时 称为称为共模输入共模输入两管电流将同时变化两管电流将同时变化vo =vC1vC2 =0输出为输出为0 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 双端输入双端输入 差模增益差模增益3. 主要指标分析计算主要指标分析计算6.2.1 基本差分式放大电路基本差分式放大电路 输入纯差模信号输入纯差模信号2=idi1vv 2=idi2vv Vi1 Rb Ib1 rbe Vo + Rc Ib1 RL Ic1 + Re rbe Ib2 Ic2 Vi2 + Rb Ib

57、2 Rc Vid + Vo1 Vo2 IRe e2b1bbeb1bebeb1b1iRII1rRIRIrRIV)()( )(Re 电路两边对称电路两边对称 电路变换（拆开、转换为单边电路）电路变换（拆开、转换为单边电路）2b1bII 2i1iVV 2o1oVV Re短路短路RL各分一半各分一半 画小信号画小信号 等效电路等效电路 （一般不画）（一般不画） Vi1 Rb Ib1 rbe Vo + Rc Ib1 Ic1 + Re rbe Ib2 Ic2 Vi2 + Rb Ib2 Rc Vid + Vo1 Vo2 IRe VRe=0 RL/2 RL/2 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +V

58、CC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 双端输入双端输入 共模增益共模增益3. 主要指标分析计算主要指标分析计算6.2.1 基本差分式放大电路基本差分式放大电路 输入纯共模信号输入纯共模信号e2b1bbeb1bebeb1b1iRII1rRIRIrRIV)()( )(Re 电路两边对称电路两边对称 电路变换（拆开、转换为单边电路）电路变换（拆开、转换为单边电路）2b1bII 2i1iVV 2o1oVV Re对单边相当于对单边相当于2ReRL开路开路 画小信号画小信号 等效电路等效电路 （一般不画）（一

59、般不画）ici1=vvici2= vv Vi1 Rb Ib1 rbe Vo + Rc Ib1 RL Ic1 Re rbe Ib2 Ic2 Vi2 Rb Ib2 Rc Vic + Vo1 Vo2 IRe Vi1 Rb Ib1 rbe Vo + Rc Ib1 RL Ic1 rbe Ib2 Ic2 Vi2 Rb Ib2 Rc Vic + Vo1 Vo2 2Re 2Re e1bbeb1bR2I1rRI )()( 双端输入双端输入 共模增益共模增益3. 主要指标分析计算主要指标分析计算6.2.1 基本差分式放大电路基本差分式放大电路 vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re -

60、 -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 vo RL T1 T2 + - - vi1 iC1 Rc vo1 iC2 Rc +VCC vo2 Re - -VEE + - - Rb vi2 + - - Rb iE iE2 iE1 + - - vo RL T1 T2 双入双出双入双出0=ico2o1icoVC vvvvvA双入双出双入双出 双入单出双入单出V1i1o1icoVC1=AvvvvA ebR21rRRRA)()/(=beLcVC1 RL开路开路RL由由T1单独负担单独负担双入单出双入单出ici1= vvici2= vvRe对单边相当于对单边相当于2Re双