差放电路和集成运放(第16讲)2014

1、1第四章第四章 组合放大电路组合放大电路 4.2 差动放大电路差动放大电路 4.2.3 4.2.3 恒流源式差放电路恒流源式差放电路 4.2.4 4.2.4 差放电路的几种接法差放电路的几种接法 4.2.5 4.2.5 差动放大电路的传输特性差动放大电路的传输特性 4.3 集成运算放大器集成运算放大器 4.3.1 4.3.1 集成运放的典型电路集成运放的典型电路 4.3.2 4.3.2 集成运放的主要参数集成运放的主要参数 4.3.3 4.3.3 集成运放使用时应注意问题集成运放使用时应注意问题2 共模输入共模输入R RE E对共模信号有抑制作用（原理同静态分析，即由对共模信号有抑制作用（原理

2、同静态分析，即由于于R RE E的负反馈作用，使的负反馈作用，使I IE E基本不变）基本不变） 。uCic1 、 ic2 iRE 、 uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE 3共共模信号通路模信号通路: :uocRCT1RBRCT2RB2REuc1 uoc2 uoc1ic1 ic2uc22RE4T T1 1单边微变等效电路单边微变等效电路EbBccoccR)(rRRuuA1211112cARCRB2REic1uc1uoc1ib1 ib1ie1rbe15KCMRR AC 0问题：问题：负载影响共模放大倍数吗？负载影响共模放大倍

3、数吗？111ccocuAu222ccocuAu021ocococuuu不影响！不影响！6E1bec1c1oc1cR)1 ( 2rRuuAKCMR =1c1dAA1beErR)1 (双端输入单端输出：双端输入单端输出：1beC2d1ddr2RA21A21A7RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC4.2.3 4.2.3 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-UEE8 rce3 1M 恒流源恒流源T T3 3 : :放大区放大区333cceceIUrRRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+

4、UCCIC3R2T3R1R3-UEEuCEIB3iCUCE3IC3Q UCE3静态分析：静态分析：主要分析主要分析T T3 3管。管。VB3VE3 IE3 IC391. 1. 恒流源相当于阻值很大的电阻恒流源相当于阻值很大的电阻。2. 2. 恒流源不影响差模放大倍数。恒流源不影响差模放大倍数。3. 3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模放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，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。阻，所以共模抑制比是无穷。恒流源的作用恒流源的作用10例例4.2.14.2.

5、1 图示为具有电流源的差动放大电路，图中所有图示为具有电流源的差动放大电路，图中所有三极管的三极管的 =50=50，U UBEQBEQ=0.7V=0.7V，r rcece=200K=200K ，求差模电压，求差模电压增益增益A Ad d、A Ad2d2(R(RL L接到接到VTVT2 2的集电极与地之间的集电极与地之间) )、差模输、差模输入电阻入电阻R Ridid、差模输出电阻、差模输出电阻R Ro o、共模输入电阻、共模输入电阻R Ricic和共和共模抑制比模抑制比K KCMRCMR。11V615464VRRRUEE2122R解解: : (1)(1)静态情况静态情况分析分析mA14 . 5

6、7 . 06RUUII3EQ3BE2RQ3EQ3CmA5 . 0I21IIQ3CQ2CQ1C12K85. 2I26)1 (rrrQ1Ebb2be1beK53. 1I26)1 (rrQ3Ebb3be1326rr)2R/R(uuA1beSLCidod(2)(2)动态情况动态情况分析分析: : 双端输出时，双端输出时，差模电压放差模电压放大倍数为大倍数为K7 .25rrrrR2bes1besidK40R2RCo差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻140uuAicoC共模电压放共模电压放大倍数为大倍数为M306R2)1 (rr 21R3o1besicM6RR/RrR1 rR3E213be3

7、Ece3O共模输入电阻共模输入电阻其中，电流源其中，电流源交流输出电阻交流输出电阻(P86)共模抑制比共模抑制比CMRK155 .19)rr ( 2)R/R(uuA2beSLCid2o2d单端输出时单端输出时: :差模电压放大倍数为差模电压放大倍数为差模输入电阻差模输入电阻K7 .25rrrrR2bes1besidK20RRCo差模输出电阻差模输出电阻1633o2besLCic2o2c1083. 0R2)1 (rr)R/R(uuA共模电压放大倍数为共模电压放大倍数为dB4 .871083. 05 .19lg20AAlg20K32c2dCMR共模抑制比共模抑制比174.2.4 4.2.4 差放电

8、路的几种接法差放电路的几种接法输入端输入端 接法接法双端双端单端单端输出端输出端 接法接法双端双端单端单端双端输入双端输出：双端输入双端输出： Ad = Ad1双端输入单端输出：双端输入单端输出：121ddAA ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE18双端输出：双端输出：Ad = Ad1单端输出：单端输出：121ddAA 对对A Ad d而言，双端而言，双端输入与单端输入输入与单端输入效果是一样的。效果是一样的。ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE ib2 ib1ud = ui , uc = 0双端输入：双

9、端输入：ui1 = -ui2 =0.5udud = ui , uc = 0.5ui 单端输入：单端输入：ui1 =-ui ，ui2 = 021iiduuu221iicuuu19EBbeLccoccRRrRRuuA)1(2)/(1111双端（单端）输入双端（单端）输入 单端输出单端输出(c1端输出端输出)：)(2)/(2121121BbeLCdddRrRRAAA双端（单端）输入双端（单端）输入 双端输出双端输出：BbeLCdddRrRRAAA121)2/(0coccuuA204.2.5 4.2.5 差动放大电路的传输特性差动放大电路的传输特性 前几节的讨论属于前几节的讨论属于u ui id d很

10、小时很小时的差分放大电路的情况。的差分放大电路的情况。 在大信号作用情况下，输出在大信号作用情况下，输出信号信号i ic c( (i ic1 c1 , ,i ic2c2) )随输入信号随输入信号u ui id d的的变化曲线称为变化曲线称为传输特性。传输特性。21TidUuEEEceIii111 简化差分放大电路如图所示。简化差分放大电路如图所示。TidUuEEEceIii122T1BEUuS1EeIiT2BEUuS2EeIiTidT2BE1BEUuUuu2E1EeeiiEE2E1EIii22 差模传输特性曲线差模传输特性曲线)U2u(thI1e1eIiiiTidEEUuUuEE2c1ccTi

11、dTid双端输出时双端输出时23 当当u ui id d=0=0时，时， i iC1C1= =I IEEEE/2/2，i iC2C2= =I IEEEE/2/2 当当- -U UT T u ui id d 1M1M 运放的特点：运放的特点：K KCMR CMR 很大很大 R Ro o 小：小：几几 - -几十几十 A A o o 很很大大: 10: 105 5 10 107 7理想运放：理想运放： Ri KCMR Ro 0 0Ao 运放符号：运放符号：uu+ uo u u+ uoAo国际符号国际符号国内符号国内符号344.3.2 集成运放的主要参数集成运放的主要参数 评价集成运放好坏的参数很多

12、，它们是评价集成运放好坏的参数很多，它们是描述一个实际运放与理想放大器件接近程描述一个实际运放与理想放大器件接近程度的数据，这里仅介绍其中主要的几种。度的数据，这里仅介绍其中主要的几种。为了合理地选用和正确地运用运算放大器为了合理地选用和正确地运用运算放大器必须了解各主要参数的意义。必须了解各主要参数的意义。 351.1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数A Aodod ：运放在无外加反：运放在无外加反馈条件下，工作在线性区的直流差模增益。馈条件下，工作在线性区的直流差模增益。一般在一般在10105 5 10107 7之间。理想运放的之间。理想运放的A Aodod为为 。2.2.差模输入

13、电阻差模输入电阻R Ridid ：输入差模信号时，运放的：输入差模信号时，运放的输入电阻。输入电阻。R Ridid1M1M , , 有的可达有的可达100100M M 以上。以上。 3.3. 最大差模输入电压最大差模输入电压U Uididmaxmax ：运放两输入端能：运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时承受的最大差模输入电压，超过此电压时, ,差差分管将出现反向击穿现象。分管将出现反向击穿现象。 一般在一般在5V5V左右，左右，横向横向PNPPNP管可达正负管可达正负30V30V。364.4.共模抑制比共模抑制比 K KCMRCMR ：与差分放大电路中的定义：与差分放大电路中的

14、定义相同，是差模电压增益相同，是差模电压增益 与共模电压增益与共模电压增益 之之比。反映各级参数对称程度。一般为比。反映各级参数对称程度。一般为100-100-160dB160dB。 K KCMRCMR 20lg|20lg|A Avdvd / / A Avcvc | (dB) | (dB) 5. 5. 最大共模输入电压最大共模输入电压U Uicicmaxmax ：在保证运放正常：在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。放大器失去共模抑制能力。

15、 376.6.开环带宽开环带宽BWBW：又称为又称为-3dB-3dB带宽，是指开环差带宽，是指开环差模电压增益下降模电压增益下降3dB3dB时对应的频率时对应的频率f fH H。7. 7. 单位增益带宽单位增益带宽GBWGBW ：是指开环差模电压增益：是指开环差模电压增益下降下降0dB0dB时所对应的频率。时所对应的频率。8. 8. 转换速率转换速率S SR R ：是指集成运放在闭环状态下，：是指集成运放在闭环状态下，输入为大信号（如阶跃）时，输出电压随时输入为大信号（如阶跃）时，输出电压随时间的最大变化速率。间的最大变化速率。A741A741的的S SR R=0.5V/s=0.5V/s389

16、.9. 输入偏置电流输入偏置电流I IIBIB ：运放两个输入端偏置电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流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。通常，电流的大小。通常， I IIBIB为为0.10.110A 10A 。高的在高的在1nA1nA以下以下10.10.输入失调电压输入失调电压U UIOIO ：输入电压为零时，将：输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。端的失调电压。 U UIOIO是表征运放内部电路对是表征运放内部电路对称性的指标。典型值为称性的指标。典型值为2mV 2mV 。 3911.1

17、1.输入失调电流输入失调电流I IIOIO ：在零输入时，差分输：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差的绝对值，入级的差分对管基极电流之差的绝对值，用于表征差分级输入电流不对称的程度。用于表征差分级输入电流不对称的程度。一般为一般为2020100nA 100nA 。 12.12.输出电阻输出电阻R Ro o： R Ro o = =几几 - -几十几十 。 其他参数可查阅有关集成电路手册。其他参数可查阅有关集成电路手册。 运放是直流放大器，运放是直流放大器， 也可放大低频也可放大低频信号，不适用于高频信号。信号，不适用于高频信号。404.3.3 集成运放使用时应注意问题集成运放使用时应注

18、意问题1 1 选用元件选用元件集成运算放大器类型很多，同一类集成运算放大器类型很多，同一类型按其技术指标又分有许多型号。实际型按其技术指标又分有许多型号。实际应用中，一定要根据需要认真的选型选应用中，一定要根据需要认真的选型选号。元件确定后，还应进行参数测试以号。元件确定后，还应进行参数测试以便掌握器件的实际数据与厂家给定的典便掌握器件的实际数据与厂家给定的典型数据之间的差距，作到心中有数，这型数据之间的差距，作到心中有数，这对缩短调试周期十分有益。对缩短调试周期十分有益。 412 2 消振消振 由于集成运放是一个高增益的多级放大器，由于集成运放是一个高增益的多级放大器，虽然它是在负反馈条件下

19、工作的，但由于在虽然它是在负反馈条件下工作的，但由于在高频区将产生附加相移，这就可能使负反馈高频区将产生附加相移，这就可能使负反馈变为正反馈，在一定条件下会产生自激振荡，变为正反馈，在一定条件下会产生自激振荡，从而使运放无法稳定地工作。从而使运放无法稳定地工作。在电路中人为地加一些在电路中人为地加一些RCRC串联校正网络来串联校正网络来改变电路的相频特性或幅频特性，破坏自激改变电路的相频特性或幅频特性，破坏自激条件，这就是相位校正或相位补偿技术。条件，这就是相位校正或相位补偿技术。一般运放出厂时，厂家都己给出相位校正一般运放出厂时，厂家都己给出相位校正端子及不同闭环增益下补偿元件端子及不同闭环

20、增益下补偿元件RCRC的数据，的数据，可由产品手册上查到。可由产品手册上查到。 423.3.调零调零 对一个单片集成运放输入为零时，输出可能不为对一个单片集成运放输入为零时，输出可能不为零。主要原因是运放中第一级差动放大电路存在着零。主要原因是运放中第一级差动放大电路存在着失调电压和失调电流，以及使用过程中电路上某些失调电压和失调电流，以及使用过程中电路上某些不合理之处引起的。为了减小偏差电压，就要求：不合理之处引起的。为了减小偏差电压，就要求：1 1失调电压、失调电流尽可能地小；失调电压、失调电流尽可能地小； 2 2两个输入端的直流电阻一定要相等；两个输入端的直流电阻一定要相等； 3 3输入

21、端总串联电阻不能过大；输入端总串联电阻不能过大；4 4偏流应尽可能的减小。偏流应尽可能的减小。 这几条减小偏差的要点是使用运放中十分重要的这几条减小偏差的要点是使用运放中十分重要的问题。实际运放都有偏差调整端子。这里要注意偏问题。实际运放都有偏差调整端子。这里要注意偏差调整电路（调零电路）仅能人为做到零输入时零差调整电路（调零电路）仅能人为做到零输入时零输出，而温度变化产生的失调温漂并不能通过调零输出，而温度变化产生的失调温漂并不能通过调零电路来消除。电路来消除。434.4.保护保护 集成运放的电源电压接反或电源电压突变，输入集成运放的电源电压接反或电源电压突变，输入电压过大，输出短路等，都可能造成运放损坏，因电压过大，输出