第三章 集成运算放大电路

1、集成电路集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路； 3.1集成运算放大器的概述集成运算放大器的概述 a. 小规模集成电路（小规模集成电路（SSI：small scale integration circuit) 一块芯片上包含的元器件在一块芯片上包含的元器件在100个以下。

2、个以下。 b. 中规模集成电路（中规模集成电路（MSI：middle scale integration circuit) 一块芯片上包含的元器件在一块芯片上包含的元器件在1001000之间。之间。 c. 大规模集成电路（大规模集成电路（LSI：large scale integration circuit) 一块芯片上包含的元器件在一块芯片上包含的元器件在1000100000之间。之间。 超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSIVLSI：very large scale very large scale integration circuit) integration circuit)

3、一块芯片上包含的元器一块芯片上包含的元器件在件在100000100000以上。以上。 现代集成电路，在一个芯片上集成上百万个乃现代集成电路，在一个芯片上集成上百万个乃至上千万个元器件。至上千万个元器件。集成电路内部结构的特点：集成电路内部结构的特点：2、 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差一致，温度均一性好。一致，温度均一性好。3、 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外千欧。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。接。4、 几十几十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的

4、结电容构成、结的结电容构成、大电容要外接。大电容要外接。5、 二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。6、易于制作具有良好匹配性的同种元、器件，易于制作具有良好匹配性的同种元、器件， 故采用对称性的电路结构来改善性能故采用对称性的电路结构来改善性能1、难以制作电感和大容量电容（、难以制作电感和大容量电容（200pF），直接耦合），直接耦合运放的组成：运放的组成：输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路偏置电路：偏置电路：提供合适的偏置电流、静态工作点提供合适的偏置电流、静态工作点输入级：输入级：高输入电阻、抑制噪声高输入电阻、抑制噪声输出级：输出级：提供足够

5、的输出功率给负载、小的输出电阻提供足够的输出功率给负载、小的输出电阻中间级：中间级：提供很大的放大倍数提供很大的放大倍数(上千上千)uiRC1R1T1增加增加R2 、RE2 : 用于设置合适的用于设置合适的Q点。点。问题问题 1 :前后级前后级Q点相互影响。点相互影响。直接耦合电路的特殊问题直接耦合电路的特殊问题uot0有时会将有时会将信号淹没信号淹没问题问题 2 :零点漂移。零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当当 ui 等于零时，等于零时， uo不等于零。不等于零。R2uoRC2T2RE2-VCC+VCC问题问题 3 :噪声也会被放大噪

6、声也会被放大Rb1+VCCRcC1C2uiuoIBQ-+RL+-Rb2Re减小零漂的措施减小零漂的措施(稳定稳定Q的措施的措施)采用负反馈采用负反馈用热敏元件进行用热敏元件进行 温度补偿温度补偿采用差动式放大电路采用差动式放大电路iE3.2 差分放大电路差分放大电路( (电压放大电压放大) )+-uo1TRb2Rc+-ui22RE-VEE+VCCT12RERbRcui1+-+VCC-VEEiEi1=ui2ui2=ui1u-iEo1=uo2uo1=uo2-uTT1RERb2-VEE+VCCRbRcRcui1ui2o1=uo2u近似近似=0+-uo1i1=10mvuE=50MR缺点：缺点：1、需要

7、旁路电容、需要旁路电容 2、噪声、噪声+-uo2一、电路特点一、电路特点b. 电路两边对称电路两边对称c. 两管共用发射极电阻两管共用发射极电阻REd. 具有两个信号输入具有两个信号输入端端, 两个输出端；两个输出端；a. 正负电源供电正负电源供电TT1RERb2-VEE+VCCRbRcRcui1ui2二、差模信号和共模信号二、差模信号和共模信号1、共模、共模( common mode) 信号信号i1=ui2u12CCuu0结论：结论：对共模信号具有很强的抑制作用对共模信号具有很强的抑制作用2、差模、差模(differential mode)信号信号i1=ui2u-ER0i12CCuu 结论：

8、结论：对差模信号具有放大作用对差模信号具有放大作用TT1RERb2-VEE+VCCRbRcRcui1ui211CCibbeuRuRr3、任意信号、任意信号i1i2uuTT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRc-1/2uid+i1iid2uuu2ici1i12()uuuic1d2ii1uuuic1d2ii2uuu结结论论2、分别分析差模、共模信号在放大电路的响应，则、分别分析差模、共模信号在放大电路的响应，则利利 用叠加原理用叠加原理就可完整描述差放对各种信号的响应就可完整描述差放对各种信号的响应 3 23-22mv3mv-2mv3mv+-1/2uidui2ui1uic+-+-1/2u

9、id-1/2uid+-uici1i25,1umv umv1、任意两个信号，可分解为一对差模、一对共模信号、任意两个信号，可分解为一对差模、一对共模信号i1i2i1ii211122()()uuuuui1i2i1ii221122()()uuuuu U od1 U od2 R L R L V 2 V 1 U id1 U id2 U id R C R C U od 输入为差模正弦信号时，输出端波形的相位关系输入为差模正弦信号时，输出端波形的相位关系差动放大电路的基本工作原理差动放大电路的基本工作原理1、 静态工作点的计算：静态工作点的计算：i1i2=0uu 忽略忽略Ib，有：有：UB1UB2 0VEQ

10、1EQ2Re1I= I=I2CE1CE2CCCCU= U= V-I R-(-0.7)CQ1CQ2EQ1I= I= IOC1C2U= U- U= 0VC1C2CCCCU= U= V-I R=1mA=0.5mA=9.7VeEERe-0.7-(-V)I=RTT1ReRb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcUC1UC26K 6K 11.3K -12V +12V UB1UB2IRe=9V静态工作点的计算：静态工作点的计算：EQ1EQ2Re1I= I=I2CQ1CQ2EQ1I= I= IC2CCCCU= V-I R=1mA=0.5mAeEERe-0.7-(-V)I=RTT1ReRb2-VEE+VCCRb

11、+-uoRcRcUC1UC26K 6K 11.3K -12V +12V UB1UB2IRe=9VCCC1CV- URC1+IC1LU=RCEQ1C1U=U-0.7CEQ2U=9V-0.7对静态工作点的稳定对静态工作点的稳定当当ui1 = ui2 = 0 时时温度温度TICIRE = 2ICIBIC自动稳定自动稳定长尾电阻长尾电阻RE的作用的作用 ： 抑制温度抑制温度漂移，稳定静漂移，稳定静态工作点。态工作点。TT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcui1+-+-ui2uo1uo2结论：结论：RE越大，抑制能力越强越大，抑制能力越强UBERE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用URE

12、共模信号共模信号 ui1=ui2 =uic uid=0共模电压放大倍数：共模电压放大倍数： 因因ui1 = ui2，电路对称电路对称ocucic=0uAuTT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcui1+-+-ui2uo1uo2 uo= uo1 - uo2 =0 (理想理想) uo1 = uo2TT1ReRb2Rb+-uoRcRcui1+-+-ui2iRe 单端输出单端输出TT12ReRb2Rb+-uoRcRcui1+-+-ui2iRe2Reoco1ucici1=uuAuuLbbee=(1)2RRrRLe2RR 差模信号分析差模信号分析idi1i2uuu结论：结论：差模信号在差模信号

13、在RE上的电流为零上的电流为零虚地虚地 2、Re对差模信号相当于短路对差模信号相当于短路1、直流电压源交流短路（接地）、直流电压源交流短路（接地）3、负载、负载RL中点的交流电位中点的交流电位为零为零分析：分析：TT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcuid+-+-1/2uid1/2uid+差模电压放大倍数差模电压放大倍数：odudid=uAuTT1Rb2Rb+-uoRcRcuid+-+-1/2uid1/2uid+o1uo2uudA =LCbbeR(R / /)2R +ro1o2idid1122uuuu （-）o1id2122uuo1id12uuber-+RCo1u-+icibRL

14、2bRib1/2uid差模输入电阻差模输入电阻ididbuRi输出电阻输出电阻oc2RR结论：结论：1、双入双出的差放放大量单臂的放大量；、双入双出的差放放大量单臂的放大量；2、负载电阻中点的电位为零；、负载电阻中点的电位为零；3、Re电阻大小对差模放大没有任何的影响；电阻大小对差模放大没有任何的影响；4、差分放大电路能够放大差模信号；、差分放大电路能够放大差模信号；bbe2Rrib122dui长尾式差放仿真结果：长尾式差放仿真结果：uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC恒流源式差放电路恒流源式差放电路电路结构电路结构:IC3R2T3R1R3-UEE静态分析

15、：静态分析：主要分析主要分析T3管。管。VB3VE3 IE3 IC3T3 :放大区放大区恒流源恒流源 rce3 1M 恒流源式差放恒流源式差放rbe1=2Krbe2=2Krbe3=1Krce3=60K=30eFFce312ce3eRR= r(1+) =1MR / /R +r+RLucb1RA= -0.000067R +r+2(1+)RbeFF Ludb1R1A= -2 R +rbe+VCCT1RbT2RbRcRc+-1/2uid1/2uid_-VEET3R1R2Rei1iE35.3K6K6KFF+-uo静态分析：静态分析：动态分析：动态分析：4K4K差动放大器的输入输出方式差动放大器的输入输出

16、方式 差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出（双入双出）双端输入、双端输出（双入双出） 2. 双端输入、单端输出（双入单出）双端输入、单端输出（双入单出） 3. 单端输入、双端输出（单入双出）单端输入、双端输出（单入双出） 4. 单端输入、单端输出（单入单出）单端输入、单端输出（单入单出）主要讨论的问题有：主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数、差模电压放大倍数、 共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TT1RERb2-VEE+VCCRb+-uoRcRcuid+-+-1/2uid1/2uid+1、双端输入

17、、双端输入 双端输出双端输出(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 cLudbbe1(R / /R )2A= -R + r（2）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数ucA= 0（3）差模输入电阻）差模输入电阻idbbeR= 2 R + r（4）输出电阻）输出电阻oc2RR千万不要画微变等效电路idi1i2uuui2ui1ui20u令：2、单端输入、单端输入 双端输出双端输出3、双端输入、双端输入 单端输出单端输出(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 cLudbbe(R / /R )1A= -2R + r（2）差模输入电阻）差模输入电阻idbbeR= 2 R + r（3）输出电阻）输出电阻ocR

18、RTT1RERb2-VEE+VCCRb+uoRcRcuid+-+-1/2uid1/2uid+RL-i20u令：4、单端输入、单端输入 单端输出单端输出Lucb1ERA= -R +r+2(1+)Rbe不同点不同点: 相同点相同点: 单出方式与双出方式的静态工作点及动态参数的单出方式与双出方式的静态工作点及动态参数的分析计算完全相同。分析计算完全相同。单出单出方式方式输出端不仅有差模信号作用而得到的差模输出电输出端不仅有差模信号作用而得到的差模输出电压，而且还有共模信号作用而得到的共模输出电压压，而且还有共模信号作用而得到的共模输出电压. (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

19、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，只与输出方式有关差动放大器动态指标计算总结差动放大器动态指标计算总结 双端输出时：双端输出时：LcudbbeR(R / /)2A= -R+ r 单端输出时：单端输出时：cLudbbe/ /2RRARr (2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出时：uc0AELuc2RRA (3)(3)差模输入电阻差模输入电阻双端输出时双端输出时: ocRRoc2RRidbbe2RRr (4)(4)输出电阻输出电阻单端输出时单端输出时: (5)(5)共模输入电阻共模输入电阻b1R +r +2(1+)R2i

20、CbeER(5)(5)共模抑制比共模抑制比LbbeCMR1Le / 2() / 2RRrKRRudCMRucAKA 双端输出时双端输出时: 加大加大Re，可以提高共模抑制比。，可以提高共模抑制比。单端输出时：单端输出时： 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个综合指标。是差分放大器的一个综合指标。udCMRuc20lgdBAKA 为了衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共模信为了衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共模信号的抑制能力，我们引入共模抑制比号的抑制能力，我们引入共模抑制比KCMR。结论：结论：匹配精度越高、长尾电阻越大，共模抑制比越大匹配精度越高、长尾电阻越大，共模抑制比越

21、大ebbeRRrKCMR传输特性传输特性就是放大电路就是放大电路输出信号输出信号（电流或电（电流或电压）与压）与输入差模信号输入差模信号的函数关系。的函数关系。传传输特性输特性它可以用它可以用BJT的的be结电压结电压vBE与发射极电与发射极电流流iE的基本关系求出。的基本关系求出。)(2C1CuIdfii 、差模传输特性差模传输特性1-10246 2 4 6.0.10.9iC1VTuId/0.70.50.3结论：结论：QCoiI1、120iiiduuu 时时C1C20.5ooIIii 电路处于静止状态电路处于静止状态(Q)2、26()26()TidTmv Vumv V增加增加iduC1i增加

22、增加C2i减小减小C1i、C2i与与idu呈线性关系呈线性关系线性区线性区3、4TidVu 增加增加iduC1i趋于饱和趋于饱和C2i趋于零趋于零C1C2ii 几乎不变几乎不变截止、截止、饱和区饱和区C1C2oIiiiC2a. 采用电流源作为有源负载。采用电流源作为有源负载。b. 利用多个晶体管组成复合管，以得到较大的电利用多个晶体管组成复合管，以得到较大的电流放大系数流放大系数 值。值。集成运放获得高电压增益，通常采用的方法：集成运放获得高电压增益，通常采用的方法：复合管电路复合管电路规则：规则：1、串接点，保证电流连续、串接点，保证电流连续2、并接点，两管电流同时流入或流出、并接点，两管电

23、流同时流入或流出3、复合管类型由、复合管类型由T1决定决定前提：前提：首先要能够保证两个三极管都能够处于放大首先要能够保证两个三极管都能够处于放大同类复合管同类复合管T1T2CiC2iE2iE1iC1iB1i等效管等效管TBiCiEiCBE(a) 复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数 C2C1Ciii B1Bii E2Eii E1B2ii 而而由于由于C2C1Ciii B22B11ii E1B2ii B11)1(i B1)1(i B12B1)1(ii )1(121BC ii2121 21 (b) 复合管的输入电阻复合管的输入电阻rbeT1T2beubb1icebe1rc1ib11i c2i

24、b22i cibe2rb2ie1i 因为因为故故 复合管的输入电阻复合管的输入电阻be2b2be1b1beririu be2b11be1b1)1(riri b1bebeiur be21be1)1(rr cbeT1T2ibicbecibic晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。T1T2T1T2复合复合NPN型型复合复合PNP型型互补型复合管互补型复合管 1 2becbecrbe rbe1结论：结论：1、同类型组成的复合管，与原来相同，、同类型组成的复合管，与原来相同， 1 * 2rbe rbe1 +(1+ 1) rbe1 2、不类型组成的复合管，与第一个

25、相同，、不类型组成的复合管，与第一个相同， 1 * 2rbe rbe1单端输出时：单端输出时：注意输入、输出的相位关系。注意输入、输出的相位关系。 设从设从T1的基极输入信号，的基极输入信号，如果从如果从C1 输出，相位相反；从输出，相位相反；从C2 输出相位相同。输出相位相同。+-ui+-+-ui+2、共集组态、共集组态NPN管如果输出电压波形出现正半周的管如果输出电压波形出现正半周的削波失真，该失真为削波失真，该失真为 （饱和、截止失真）（饱和、截止失真）1、PNP管组成的共射放大电路，输出电压波形出管组成的共射放大电路，输出电压波形出现底部失真是（饱和失真、截止失真）。现底部失真是（饱和

26、失真、截止失真）。运放的组成：运放的组成：输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路偏置电路：偏置电路：提供合适的偏置电流、静态工作点提供合适的偏置电流、静态工作点输入级：输入级：高输入电阻、抑制噪声高输入电阻、抑制噪声输出级：输出级：提供足够的输出功率给负载、小的输出电阻提供足够的输出功率给负载、小的输出电阻中间级：中间级：提供很大的放大倍数提供很大的放大倍数(上千上千)二、电流源电路二、电流源电路作用：作用： 用作放大电路的恒流偏置，提供合适的静态电流；用作放大电路的恒流偏置，提供合适的静态电流；取代电阻用作各种放大电路的负载，从而增大放取代电阻用作各种放大电路的负载，从而增大放

27、大电路的放大倍数；大电路的放大倍数；要求：要求： 有足够大的动态内阻；有足够大的动态内阻；对温度的敏感度低；对温度的敏感度低；能对抗电源电压或其他外界的变化；能对抗电源电压或其他外界的变化；即：即：电流源电路应具有不受外界因素影响的恒流特性电流源电路应具有不受外界因素影响的恒流特性1. 镜像电流源镜像电流源基准电流：基准电流：C2C1=II(当当BJT的的 足够大时足够大时)T1、T2的参数完全相同的参数完全相同C1RB2IIIRICCBER=VUIR=1mARC2II =1mA=IO镜像精度镜像精度特性：特性： 具有很好的温度稳定性，但抗电源变化能力比较差具有很好的温度稳定性，但抗电源变化能

28、力比较差IO2IBIC1+VCC11.3KR12VT1T2IR2IBIBRo=II相似程度相似程度IC2输出电流输出电流I IC2C2与参考电流与参考电流I IR R是镜像关系是镜像关系 2. 带缓冲的镜像电流源带缓冲的镜像电流源+VCCIRIO11.3KR2IBIBIBIC1REB3(1)=2BIIRoII镜像精度镜像精度21RoII2(1)BIoI21(1)RIRI特性：特性： 具有很好的温度稳定性，但抗电源变化能力比较差具有很好的温度稳定性，但抗电源变化能力比较差IB32coBIIIC2C1oIIIIC23 3、威尔逊电流源、威尔逊电流源IO=(+2+2)IBIR= IB+(+2+2)I

29、B(1-)IOIR特性：特性：+VCCIRIO8.6KRIBIBIC1(+2+2)IB(1-) )(+2+2)IB2IB具有好的温度稳定性、抗电源变化能力差具有好的温度稳定性、抗电源变化能力差IC22 2+2+2=2 2+2+2+21(1)=14 4、比例电流源、比例电流源R1BECCVUIRR1RIIE11UVE21UV2210.5VImARO20.5IImAO1R2IRIR特性：特性：IRIOIC1I2I1+VCC10.3KRR21T2TR11K2K+IB2B1IIB1IB2抗温度变化能力强抗温度变化能力强1mA5、 多支路比例电流源多支路比例电流源 IE0IC0IR IC1 IE1 则，

30、可得：则，可得： IRR0 IC1R1T0、T1管，电阻管，电阻R、R0和和R1构成了比例电流源构成了比例电流源IE0R0UBE0IE1R1UBE1所以：所以： IE0R0 IE1R11R0C1IRRI +VCCIRIC1RIC0R1IE10T1TR0IE0IC2IC3R2R3IE2IE32T3T因为：因为：UBE0UBE16、 微电流源微电流源2221RIUUEBEBE 2221RIUUEBEBE expVBECSTUII121212V (lnln)CCBEBETSSIIUUIIV lnCBETSIUI12V lnCTCII1222V lnCTCCII RI222VlnTRCCIIRI22R

31、IC ECRT1T2IC2IE2R2IRR1IE1工作在放大区的双极型晶体管，工作在放大区的双极型晶体管，当当UBE100mV时时 ECRT1T2IC2IE2R2根据需要的电流根据需要的电流IC2和参和参考电流决定发射极电阻：考电流决定发射极电阻：222VlnTRCCIRII一般设计中：一般设计中：REICR 222VlnTRCCIIRI222122)1 (cebebeOrRrrRr BE1BE2eUUROEIIBEeURTROeOlnVIIRI试探法：已知：试探法：已知：IR=1mA， Re=3k，VT=26mV求得：求得： IO28uAR Re e引入负反馈，引入负反馈，使使I IO O更

32、加稳定。更加稳定。Re使电流使电流IO减小减小特性：特性：抗温度变化能力强、抗温度变化能力强、输出电阻大，抗负载变化能力强（带负载能力强）输出电阻大，抗负载变化能力强（带负载能力强）T1相当于二极管，相当于二极管，T1在不烧毁的情况下，从在不烧毁的情况下，从0.6V到到0.8V，不论，不论VCC如何变化，如何变化，UB基本不变，基本不变，Ie基本不变，因此基本不变，因此Io不变不变+VCCIRIO11.3KRIC1ReIE1T2T 在放大系统中，模拟信号被放大后，往往要去推在放大系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、动一个实际的负载。如使扬声器发声、

33、继电器动作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。例：例： 扩音系统扩音系统功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取实际负载实际负载三、输出级三、输出级功率放大器：功率放大器： 能输出较大交流功率能输出较大交流功率电压放大器电压放大器放大电压信号放大电压信号 获得大的输出功率获得大的输出功率Au Ri RoPo=UoIo交流小信号交流小信号微微变等效电路分析法变等效电路分析法交流大信号交流大信号图解法图解法功率放大器功率放大器甲乙类甲乙类180360导电导电乙类乙类180导电导电 丙类丙类180导电导电甲类甲类360导电导电放

34、大电路的分类：放大电路的分类：一、一、 结构结构乙类互补对称推挽功率放大电路乙类互补对称推挽功率放大电路 乙类状态的乙类状态的NPN、 PNP射极跟随器射极跟随器 互补组成对称式功放互补组成对称式功放LRuVCCouiLRVCC2 2uoui-VCCLR2-VCCuoui电路主要特点电路主要特点(1) T1、T2参数相同参数相同 (2) 输出电阻小输出电阻小(3) 动态范围大动态范围大(4) 带载能力强带载能力强注意：注意：输入信号为大信号输入信号为大信号二、工作原理二、工作原理ic1 静态时：静态时：动态时动态时:(设设ui为正弦波为正弦波)T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦

35、波。两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。ui = 0Vui 负负半周半周T1截止，截止，T2导通导通ui 正半周正半周T1导通，导通，T2截止截止io= ic1io=ic2形成形成uo正半周正半周形成形成uo负半周负半周ic2Po=0PT=0PE=0LRVCC2 2uoui-VCC Ic1=Ic2=0 uo = 0VuCEuo=VCC-uCEio= iCIom= Icm三、分析计算三、分析计算图解法图解法IcmUomuCEiC1iC2QVCCCCLVR uo= - uCE 负载上的最大不失真输出电压为负载上的最大不失真输出电压为(极限值）极限值）Uom= VCC - UCES VCC

36、UCES假设假设uCES1LRVCC2 2uoui-VCCui-VCCT1T2uo+VCCRLio输入输出波形图输入输出波形图乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点存在交越失真存在交越失真交越失真：交越失真：输入信号输入信号 ui在零点在零点附近变化时，输出信号出现失附近变化时，输出信号出现失真，该失真便为交越失真。真，该失真便为交越失真。uiuouou o tttt交越失真交越失真死区电压死区电压已类互补对称电路仿真已类互补对称电路仿真交越失真产生的原因交越失真产生的原因克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：给给T T1 1、T T2 2的发射结加一定的发射结加一定的直流偏置，使其工

37、在微的直流偏置，使其工在微导通状态。导通状态。甲乙类互补功率放大电路甲乙类互补功率放大电路晶体管存在非线性，晶体管存在非线性，ui uT时晶体管截止。时晶体管截止。静态时静态时:动态时：动态时：电路中增加电路中增加 R1、D1、D2 、R2 、R3支路支路1.1.结构结构甲乙类互补对称电路工作原理甲乙类互补对称电路工作原理功率、效率的计算套用乙类公式，功率、效率的计算套用乙类公式，误差在允许的范围内。误差在允许的范围内。ui 正半周，正半周，T1通、通、T2止；止；ui 负半周，负半周，T2通、通、T1止。止。2.2.基本原理基本原理R1D1D2R3+VCC-VCCuouiioRLT1T2R2

38、UBE1+| UBE2| = UD1+ UD2 = 0.7V+0.7V=1.4V两管均处于微导通状态两管均处于微导通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态Io=0 Uo=0设设 ui 加入正弦信号加入正弦信号甲已类互补对称电路仿真甲已类互补对称电路仿真1.交流输出功率交流输出功率Po:oP2CCCESomaxL()=2VUPR极限：极限： Uom=VCC - UCES VCC时时LRVCC2 2uoui-VCComCC=UV令令:2omoL=2UPR则则:最大输出功率：最大输出功率：2CCL2VR2212CCLVR2omaxP2omL2URoo=U IomomL22UUR电源电压利用系数电源电压利用

39、系数一个管子的管耗一个管子的管耗oT1CCo0L1=() d()2uPVutR 2.管耗管耗PT两管管耗两管管耗omCCom0Lsin1(sin) d()2UtVUttR2CComomL1()4V UURTT1=2PP 2CComomL2()4V UURLRVCC2 2uoui-VCC2max4()oP3.电源供给的功率电源供给的功率PE：EoT=PPPCComL2V UR2CCEmaxL2 VPR4.效率效率 oE=PPmax78.5 %4omCC UV时，极限：极限：omCC UV时，极限：极限：电源提供的功率最大：电源提供的功率最大： 效率最高：效率最高：omCC4UV5.5.三极管的最

40、大管耗三极管的最大管耗 2CComomT1L1()4V UUPRomaxL2CCT1max2 . 022 . 0PRVP Uom=？ PT1最大最大, PT1max=？将将Uom=0.64VCC代入代入PT1表达式：表达式：CComT1omLd1()d2VUPURCCom2VU得：得：极限：极限：omCC UV时，T1omax0.14PP0CC0.64V选功率管的原则：选功率管的原则：1、管子允许的最大管耗、管子允许的最大管耗LRVCC2 2uoui-VCCPCM PT1max =0.2Pomax2、管子允许的最大电流、管子允许的最大电流V(BR)CEO 2VCCCCCMLVIR3 3、管子的

41、耐压、管子的耐压无输出变压器电路无输出变压器电路OTLOTL +CCVT1uiLR1C+uCCVLROT12T2Cui1R2R1C+-c1ic2i无输出电容电路无输出电容电路OCLOCL T2uiLR1CLLLL2121=fRCCRf电容器的容量电容器的容量由放大电路的由放大电路的下限频率确定下限频率确定OTLOTL甲乙类互补对称电路甲乙类互补对称电路D1+uCCVLROT12C1Rui1C+-2T2RD2Rc1ic2iomaxP1.最大输出功率最大输出功率Po:极限：极限： Uom=VCC /2- UCES ， oomECC=4PUPV2.效率效率 max78.5 %42CCL8VR2CCC

42、ESL(/ 2)=2VURTT1=2PP 2CComomL2()4V UUR选功率管的原则：选功率管的原则：1、管子允许的最大管耗、管子允许的最大管耗PCM PT1max =0.2Pomax2、管子允许的最大电流、管子允许的最大电流V(BR)CEO VCC2CCCMLVIR3 3、管子的耐压、管子的耐压V VCCCC=20V=20V，R RL L=8=8，U UCESCES=2V=2VD1+uCCVLROT12C1Rui1C+-2T2RD2Rc1ic2iP Pomaxomax, , ,极限参数极限参数 1.输入失调电压输入失调电压uiO 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数uo0u

43、io110mV 输出电压为零时，输入端需要加的补偿电压。输出电压为零时，输入端需要加的补偿电压。表征表征输入级差分对管输入级差分对管UBE的失配程度，的失配程度，110mV在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差， 2.输入偏置电流输入偏置电流IIB ：IBB1B212IIIIOB1B2III10nA1uA1nA0.1uAuo=0IB1IB2运放两个输入端偏置电流的平均值，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。 3.输入失调电流输入失调电流 IIO ：用于表征差分级输入电流不对称

44、的程度。用于表征差分级输入电流不对称的程度。 1020uV/oC在规定工作温度范围内，输入失调电压的变化量在规定工作温度范围内，输入失调电压的变化量在规定工作温度范围内，输入失调电流的变化量在规定工作温度范围内，输入失调电流的变化量1nA/oC衡量温漂的指标衡量温漂的指标 4.输入失调电压温漂输入失调电压温漂 dUIO dT与温度变化量之比。与温度变化量之比。 5.输入失调电流温漂输入失调电流温漂dIIO /dT: 与温度变化量之比。与温度变化量之比。 6.最大差模输入电压最大差模输入电压Uidmax 7.最大共模输入电压最大共模输入电压Uicmax几伏几十伏几伏几十伏 运放两输入端能承受的最

45、大电运放两输入端能承受的最大电压，超过此电压时压，超过此电压时,差分管的发差分管的发射结将出现反向击穿现象。射结将出现反向击穿现象。在保证运放正常工作条件下，在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，共模抑制模电压超过此值时，共模抑制能力显著恶化。能力显著恶化。 8.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 Aod 9.差模输入电阻差模输入电阻rid ： 11.共模抑制比共模抑制比 KCMR ：ood-20lguAuu一般一般Aod在在100120dB左右，高增益运放可达左右，高增益运放可达140dB以上。以上。10. 输出电阻输出电阻ro

46、: 无反馈时的差模电压增益。无反馈时的差模电压增益。双极型管输入级约为双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入欧姆，场效应管输入级可达级可达109欧姆以上。欧姆以上。 几几几十几十KCMR=20lg(Aud / Auc ) (dB)其典型值在其典型值在80dB80dB以上，性能好的高达以上，性能好的高达180dB180dB。 12.单位增益单位增益带宽带宽BW (f H )20lgAumf20lgAu3dBf HBW 13.转换速率转换速率SR输出电压对时间的最大变化率输出电压对时间的最大变化率max( )SoRdu tdt与极间电容有关系与极间电容有关系增益增益带宽积带宽积u-u+

47、uo理想集成运算放大器的模型理想集成运算放大器的模型同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端输出端输出端AudRidRic都是无穷大都是无穷大uo= Au(u+-u-)Ro零零KCMR无穷大无穷大虚断虚断 二二. 简单的集成运放简单的集成运放+T1Rc1sIRc2c3R2T4T5T3TVCC+EEV-u-u+ou反反 相相 输输 入入 端端同同 相相 输输 入入 端端输输入入级级中中间间级级输输出出级级 原理电路：原理电路：三三. 通用型集成运放通用型集成运放F007（5G24，m mA741)AB17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T

48、1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB偏置电路输入级中间级输出级17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kT3号（同相端）；号（同相端）；2号（反相端）；号（反相端）；6 号（输出端）；号（输出端）；7号（号（+VCC）；）；4号（号（-VEE）；）； 1号、号、5 号（调零端）；号（调零端）；8 号、号、 9号（补偿端）。号（补偿端）。管脚：管脚：17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB运放的组成：运放的组成：输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路偏置电路：偏置电路：提供合适的偏置