模拟电子技术第四章 多级放大器和集成放大器

1、 4.1 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 4.4 4.4 集成运算放大器集成运算放大器4.2 4.2 多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法4.3 4.3 差分放大器差分放大器4.1 多级放大器的耦合方式多级放大器的耦合方式多级放大电路多级放大电路:由单级放大器级连而成。由单级放大器级连而成。用途用途uiuo4.1.1阻容耦合阻容耦合图4-1 两级共射阻容耦合放大电路优点：优点： 各级各级Q点是相互独立，计算方便，设计和调点是相互独立，计算方便，设计和调试试Q点简单。点简单。 各级各级Q点不会相互影响，不会产生总体点不会相互影响，不会产生总体漂移。漂移。缺点：缺点：

2、 低频特性差，直流通不过。低频特性差，直流通不过。 由于电容的存由于电容的存在，不易集成。在，不易集成。2Cb1Rc1R1Tb2Rc2R2TsRsu1C3CLRou+_+_ +VCC4.1.2直接耦合直接耦合图4-2 直接耦合方式实例问题：问题：UCEQ1=UBEQ2b1Rc1R1Tc2R2Tou+_iu+_ +VCCb2R（a）b1Rc1R1Tc2R2Tou+_iu+_ +VCC（b）可省去可省去R Rb2b2改进电路改进电路( (c) )电路中接入电路中接入 Re2，保证第一级集电极有较高的静，保证第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数严重下降。态电位，但第二级放大倍数严重下降。b

3、1Rc1R1Tc2R2Tou+_iu+_e2R +VC CDb1Rc1R1Tc2R2Tou+_iu+_ +VCCZDb1Rc1R1Tc2R2Tou+_iu+_ +VCC二极管或稳压管代替二极管或稳压管代替Re，动态电阻很小，可以使第动态电阻很小，可以使第二级的放大倍数损失小。但第二级集电极电压变化范围二级的放大倍数损失小。但第二级集电极电压变化范围减小。减小。 ( (d) ) （e e） 改进电路改进电路改进电路改进电路(f)(f) NPN管和管和PNP管混管混合使用，可获得合适的合使用，可获得合适的工作点。是集成电路中工作点。是集成电路中常采用的方式。常采用的方式。b1Rc1R1Te2R2T

4、ou+_iu+_c2R +VCC直接耦合方式的优缺点：直接耦合方式的优缺点：优点：优点：( (1) )具有良好的频率特性，具有良好的频率特性， 可以放大交流和缓慢可以放大交流和缓慢变化及直流信号；变化及直流信号；( (2) ) 便于集成化。便于集成化。缺点：缺点：( (1) )各级静态工作点互相影响；各级静态工作点互相影响； ( (2) )零点漂移。零点漂移。4.1.3变压器耦合变压器耦合图4-3 变压器耦合共射放大电路b1R1Tb3RLR2TsRsu1Ce2C+_b2Re1Rb4Re2Re1C+b1C+ou+_+VCC缺点：缺点： 低频特性和高频特性都不好，只适合一定频率范围低频特性和高频特

5、性都不好，只适合一定频率范围的信号通过。的信号通过。 变压器使用磁性材料及金属制成，体积大，不能集成化。变压器使用磁性材料及金属制成，体积大，不能集成化。优点：优点： 前后级隔直，不会产生零点漂移。前后级隔直，不会产生零点漂移。 可实现阻可实现阻抗变换，获得最佳功率匹配。抗变换，获得最佳功率匹配。图4-4 变压器阻抗变换1ILR2I1U+_ 2U+_ LR L221LR)nn(R4.1.4光电耦合光电耦合光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递I Ie1=(1+)I ICBO （a）光电耦合器 （b）光电耦合器的传输特性 图4-5光电耦合

6、器及其传输特性Dicice光电耦合器的应用光电耦合器的应用sRsu+_VcR信号源光电耦合器输出回路+VCCDicice优点： 光电耦合器可将输入端和输出端完全电隔离开来，在抗干扰、降低噪声以及电路安全性方面具有巨大的优越性。 体积小，便于集成，因而具有广泛的应用前景。缺点： 光电耦合器的传输比CTR比较小，输出电压还需进一步放大。 精度低，动态范围小。目前，集成光电耦合电路得到广泛应用，常见的模拟光耦器件有SLC800等。图4-6 光电耦合放大电路4.24.2多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法4.2.14.2.1多级放大电路的静态分析多级放大电路的静态分析 阻容耦合及变压器耦合电路

7、，其阻容耦合及变压器耦合电路，其Q Q点互不影响，其分点互不影响，其分析方法同单级放大电路。析方法同单级放大电路。 直接耦合或光电耦合电路静态工作点的分析，需要列直接耦合或光电耦合电路静态工作点的分析，需要列出节点方程和回路方程进行计算。出节点方程和回路方程进行计算。图4-7 直接耦合放大电路 ZDb1Rc1R1Tc2R2Tou+_ +VCCB1IB2IRbIC1IC2IRsIsRsu+_Rc1I CCRbb1V-0.7I=R Rs0.7I=RsRsRbB1I -II B11C1IIC1ZCCRc1RV7 . 0VIc1Rc1B2I -IIZCE1V7 . 0UB22C2IIZC2C2CCCE

8、2VRI -VU图图4-74-7所示为二级直接耦合所示为二级直接耦合放大电路，令放大电路，令u us s=0=0，其静，其静态分析过程如下：态分析过程如下：4.2.24.2.2多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析iuo1uA1i2u2o2unLRsRsu+_+_+_+Ainu+_ou+_A图4-8多级放大电路组成框图多级放大电路的电压放大倍数：多级放大电路的电压放大倍数： ，是每一级增益，是每一级增益的乘积。即：的乘积。即：iouuuAunu2u1inoi2o2io1uAAAuuuuuuA多级放大电路的输入阻抗为第一级的输入阻抗，即：多级放大电路的输入阻抗为第一级的输入阻抗，即：Ri=

9、Ri1 多级放大电路的输出阻抗为最后一级的输出阻抗，即：多级放大电路的输出阻抗为最后一级的输出阻抗，即： Ro=Ron 在进行多级放大电路动态分析时，要注意以下几点：在进行多级放大电路动态分析时，要注意以下几点： 在计算各级电压放大倍数时，要考虑后级对前级的影响，在计算各级电压放大倍数时，要考虑后级对前级的影响，后级的输入阻抗为前级的负载电阻。后级的输入阻抗为前级的负载电阻。 在计算第一级的输入阻抗时，如为共射或共基电路可用公在计算第一级的输入阻抗时，如为共射或共基电路可用公式直接计算；若第一级为射级输出器，则后级输入阻抗式直接计算；若第一级为射级输出器，则后级输入阻抗R Ri2i2会对会对R

10、 Ri i=R=Ri1i1产生影响。如图产生影响。如图4-94-9所示电路中：所示电路中：2i1ebe1b1i1i/RR)(1/rRRR图4-9 多级放大电路输入阻抗的计算b1Re1R1TsRsu1C+_+VCCi2RiR 在计算输出阻抗在计算输出阻抗R Ro o时，如最后一级为射级输出器，则前时，如最后一级为射级输出器，则前一级的输出阻抗一级的输出阻抗R Ron-1on-1影响后一级的输出阻抗影响后一级的输出阻抗R Ro o=R=Ronon。如图。如图4-4-1010所示电路中：所示电路中：1/RRr/RR1 -onbnbenenobnRenR1Ton-1Ronu1C+_ +VCCLR2Co

11、n-1u+_ oR图4-10多级放大电路输出阻抗的计算 在具体分析电路时，如能直接用公式法写出相连时的在具体分析电路时，如能直接用公式法写出相连时的各级放大器的增益则直接计算，如不明显则可先作出全部各级放大器的增益则直接计算，如不明显则可先作出全部交流交流h h参数等效图再逐级进行计算。参数等效图再逐级进行计算。 【例【例4-1】 图图4 - 11为二级放大电路。已知：为二级放大电路。已知：图4-11 二级阻容耦合放大电路。，5kRRk001Rk3 . 2R5kRR15kR12VVLe2b3e1c1b2b1CC300rbbiu2CLRou+_+_b1c1R1Tb2e1Re1C3Cb3Re2R2

12、T1CRR+VCC三极管的电流放大系数均为三极管的电流放大系数均为=50， 。图中各电容足。图中各电容足够大，试求电路的静态工作点、够大，试求电路的静态工作点、 电压放大倍数、电压放大倍数、 输入阻抗和输入阻抗和输出阻抗。输出阻抗。 4V5)V1.612(RIVU1.6mA0.03251)I1 (ImA230 . 0mA51510011.3)R(1RUVIe2EQ2CCCEQ2BQ2EQ2e2b3BE2CCBQ2第二级：第二级：iu2CLRou+_+_b1c1R1Tb2e1Re1C3Cb3Re2R2T1CRR+VCC解：（解：（1 1）静态分析：）静态分析：由于为阻容耦合，由于为阻容耦合，Q

13、Q值互不影响，分值互不影响，分别独立计算。别独立计算。第一级：第一级：工作点稳定电路工作点稳定电路7V. 4V)3 . 25 (112)R(RIVU1mA2.3V0.7V3VRUURUI3V12V5515VRRRUe1c1EQ1CCCEQ1e1BE1BQ1e1EQ1EQ1CCb2b1b2BQ1射极输出器射极输出器（2 2）动态分析：图）动态分析：图4-124-12所示为图所示为图4-114-11放大电路的交流等效电路。放大电路的交流等效电路。电压放大倍数电压放大倍数AuAu：由于第一级的负载是第二级的输入阻抗，所以：由于第一级的负载是第二级的输入阻抗，所以：图4-12 图4-11所示电路的交流

14、等效电路其中：其中：be1i2c1u1r)/R(RAk65)R/)(R(1/rRRLe2be2b3i21.1kI26)(1rrEQ2bbbe21.6k I26)(1rrEQ1bbbe1经计算求得经计算求得Au1-156第二级是射极输出级第二级是射极输出级, 其电压放大倍数：其电压放大倍数：1)/R)(R(1r)/R)(R(1ALe2be2Le2u2所以：所以：156AAAu2u1u输入阻抗：输入阻抗：1.1k /r/RRRbe1b2b1i输出阻抗：输出阻抗：1181/RRr/RRc1b3be2e2o b1Rbe1rb2Rb1ic1Rb3Riu+_ou+_b1ii2Rbe2re2RLRb2i12

15、b2iiRoR【例例4-24-2】 如图如图4-134-13所示电路，写出所示电路，写出A Au u、R Ri i和和R Ro o的表达式。的表达式。图4-13 多级放大电路的计算L1u1RgAmi24L1/RRR R)1 (/r/RRR102be276i2102be2L2u2)R(1rR-AL8L/RRR 102be2L2L1mu2u1u)R(1rRRgAAA213i/RRRR8oRR ou4C+_68R2T79R3CRRiu2C+_14R1T25R1CRR10R3RLRi2R+VCCiRoR 5C解：第一级为共源放大电路，第二级为共射放大电路。解：第一级为共源放大电路，第二级为共射放大电路

16、。1.零点漂移现象及其产生的原因零点漂移现象及其产生的原因输入电压为输入电压为ui=0时，但输出电压时，但输出电压uo0 ，并缓慢地发生不，并缓慢地发生不规则变化规则变化,此现象称为零点漂移。此现象称为零点漂移。原因：原因：Q 点不稳定使得第一级产点不稳定使得第一级产生变化量，经后级放大后输出。生变化量，经后级放大后输出。主要由温度变化、电源波动引起，也主要由温度变化、电源波动引起，也称称温度漂移。温度漂移。放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。4.3差分放大器差分放大器4.3.1直接耦合放大电路的直接耦合放大电路的零点漂移现象

17、零点漂移现象问题：阻容耦合会不问题：阻容耦合会不会出现零点漂移？会出现零点漂移？b1Rc1R1Tc2R2Tou+_iu+_ +VCCb2RuOt0uit02.抑制温度漂移的方法：抑制温度漂移的方法：( (1) ) 引入直流负反馈以稳定引入直流负反馈以稳定 Q 点；点；( (2) ) 利用热敏元件补偿放大器的零漂；利用热敏元件补偿放大器的零漂；R2R1+VCC+T2+ RcT1uIuOiC1ReRuB1( (3) ) 采用差分放大电路。采用差分放大电路。缺点：缺点：Re对放对放大性能的影响大性能的影响差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。图4-1

18、4 基本差分放大器组成原理示意图i(u= 0)mV此值不变此点也变化u放大电路基本差分iu+_ 此点变化u当我们说一个放大器产生零漂时，是指当输入为零时，输出的值相对于某个参考点（如地点）发生变化了，如果此时这个参考点也跟踪变化相同的量，则可认为输出零点没有发生变化。 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。件的参数值都相等。两个输入端两个输入端b1、b2两个输出端两个输出端c1，c2b1Rc1R1TQ1Ri1u+_b2Rc2R2TQ2Ri2u+_c1uc2u1b2b1c2cou+_+VCC输出电压输出电压uo=

19、uc1-uc2(双端输出双端输出）uo= UCQ1 UCQ2 = 0uo= (UCQ1 + uc1 ) (UC2 + uc2 ) = 0ui1 = ui2 = 0当温度升高时当温度升高时ICUCQ （两管变化量相等）（两管变化量相等）静态时静态时：b1Rc1R1TQ1Ri1u+_b2Rc2R2TQ2Ri2u+_c1uc2u1b2b1c2cou+_+VCC b1Rc1R1TQ1Ri1u+_b2Rc2R2TQ2Ri2u+_c1uc2u1b2b1c2cou+_+VCC0)u(U)u(Uuuuc2CQ2c1CQ1c2c1oc b1Rc1R1TQ1Ri1u+_b2Rc2R2TQ2Ri2u+_c1uc2u

20、1b2b1c2cou+_+VCCiduiucuAuAu11iduiucuAuAu22ducciiucCQcCQCCouAuuuuAuUuUuuu222)()()(212122112121ccuu差模信号和差模输入的概念差模信号和差模输入的概念 bRcR1TQRiu+_bRcR2TQRodu+_+VCCidu+_idu+_i1ui2u 图4-16 基本差分放大器的差模输入方式而差模输入是指一个输入端对另一个输入端的信号，即两输入端的信号差，如图4-16所示。差模输入电压：idi2uu ， duiiuouAuuAu2)(21差模信号是针对两输入端对地（公共端）而言的。b1Rc1R1TQ1Ri1u+

21、_b2Rc2R2TQ2Ri2u+_c1uc2u1b2b1c2cou+_+VCC任意信号都可用差模任意信号都可用差模信号和共模信号等效信号和共模信号等效例例: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 可分解成可分解成: : ui1 = 8 mV + 2 mV222121iiidiiicuuuuuu差模：共模：iduiiuouAuuAu2)(21icu+_u+_+id u_id bRcR1TQRbRcR2TQRou+_+VCCi2uui1)(21iiuouuAu非对称输入举例非对称输入举例+5V 由于每个管子没有采取由于每个管子没有采取消除零漂的措施，当零漂

22、变消除零漂的措施，当零漂变化范围大时，差分放大管有化范围大时，差分放大管有可能出现截止或饱和，使放可能出现截止或饱和，使放大电路失去放大能力。大电路失去放大能力。b1Rc1R1TQ1Ri1u+_b2Rc2R2TQ2Ri2u+_c1uc2u1b2b1c2cou+_+VCC基本差分放大器存在的问题：基本差分放大器存在的问题： 电路很难完全对称，输出电路很难完全对称，输出仍然存在零漂。仍然存在零漂。 实际工作中，常常需要单端输出，即从实际工作中，常常需要单端输出，即从c1或或c2对地输对地输出，而这时零漂与单管放大电路一样，仍然十分严重。出，而这时零漂与单管放大电路一样，仍然十分严重。为此，引入长尾

23、式差分放大器。为此，引入长尾式差分放大器。eReRi1ubRcR1TQRbRcR2TQRou+_i2u +VCCee12图图4-18(a) 接有射级电阻的差分放大器接有射级电阻的差分放大器 eRei1ubRcR1TQRbRcR2TQRou+_i2u +VCC图图4-18(b) 射级电阻合并后射级电阻合并后 的差分放大器的差分放大器 1.1.长尾式差分放大器组成原理长尾式差分放大器组成原理21eeRR eRei1ubRcR1TQRbRcR2TQRou+_i2u +VCC图图4-18 射级电阻合并后的差分放大器射级电阻合并后的差分放大器 接入接入Re后不会对输入差模电压的增益产生影响。其效果后不会

24、对输入差模电压的增益产生影响。其效果相当于交流通路中加上旁路电容。相当于交流通路中加上旁路电容。 Re越大，效果越好。但当越大，效果越好。但当Re越大时，在一定的静态电流下，越大时，在一定的静态电流下，Ue必然变大，即必然变大，即Q点偏高，使管子的动态范围变小。点偏高，使管子的动态范围变小。 LR eRi1ucR1TQRcR2TQRou+_i2u +_+_+VCCVEE_图图4-19 长尾式差分放大器长尾式差分放大器引入负电源引入负电源省去省去RbI IEQ1=I IEQ2=(VEEUBE)22Re ；UCEQ1=UCEQ2VCC+VEE(R(RC C+2R+2Re)I)IEQUo=0；由于由

25、于IBQ较小，电压降可较小，电压降可忽略不计。忽略不计。2I2IEQRe(VEEUBE) ；2.长尾式差分放大器长尾式差分放大器静态分析静态分析LR eRi1ucR1TQRcR2TQRou+_i2u +_+_+VCCVEE_IBQ2IEQI IBQ1=I IBQ2=IEQ/(1+/(1+) )1）对共模信号的抑制作用）对共模信号的抑制作用2.长尾式差分放大器动态分析长尾式差分放大器动态分析LReRi1ucR1TQRcR2TQRocu+_i2u +_icu +VCCVEE_图4-20 差分放大器输入共模信号 电路参数对称性 Re对共模信号的负反馈作用icub1ib2ic1ic2ie1ie2ieu

26、be1ube2ub1ib2ic1ic2i引入共模电压放大倍数引入共模电压放大倍数Ac，定义为定义为：icoccuuA 在理想对称情况下，Ac=0。2）对差模信号的放大作用）对差模信号的放大作用LR eRi1ucR1TQRcR2TQRou+_i2u +_+_+VCCVEE_LRcR1TQRcR2TQR iu+_idu+_idu+_ ou+_ QRQRberberbicRLR /2cRiu+_idu+_idu+_odu+_bibibiciciLR /2c1u+_c2u+_iRoR图4-21 长尾式差分放大器的差模等效电路（a）交流通路 （b）H参数等效电路)r(R2i2uubeQbidi)2R/(

27、R2iuuuLccc2c1odbeQLcioddrR)2R/(RuuAbeQidrR2Rco2RRCdCMRAAK) Bd (lg20(dB)CdCMRAAK 若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数 Ac = 0，输出电压输出电压: 实际电路不可能完全对称，则实际电路不可能完全对称，则 Ac 0，实际输出电压实际输出电压 : 即共模信号对输出有影响即共模信号对输出有影响 。（四）差分放大器的电压传输特性（四）差分放大器的电压传输特性表示放大电路的输出电压随输入电压变化的关系图4-22 差分放大电路的电压传输特性4.3.4 差分放大器的其它接法差分放大器的其

28、它接法基于不同的应用场合，有基于不同的应用场合，有双双、单端输入和单端输入和双双、单端输出的情况。单端输出的情况。LRcR1TQRcR2TQR1c2ceRou+_ iu+_VEE_+VCCLRcR1TQRcR2TQR1c2ciu+_i1u eRou+_ i2uVEE_+VCCLRcR1TQRcR2TQR1c2ciu+_ eRou+_ +VCC+VEE LRcR1TQRcR2TQR1c2ciu+_i1u eRou+_ i2u+VCCVEE_1)静态分析静态分析不接负载：同双入双出；不接负载：同双入双出；1. 1. 双端输入双端输入, ,单端输出单端输出图4-23 双端输入、单端输出差分放大电路接

29、负载时：接负载时：UCEQ1UCEQ2。 LRcR1TQRcR2TQR1c2ciu+_idu+_idu+_ eRou+_ +VCC+VEE cR1TQRcR2TQReR CEQ1U+_ CEQ2U+_ +VCC+VCCVEE_CCCLLCCVRRRVLCC/RRRI IEQ1=I IEQ2 (VEEUBE)22Re ；CCQCCCQ1RIVUCCQCCCQ2RIVU图4-24 图4-23所示电路的直流等效电路2）动态分析）动态分析beQLciodd)/(21uu=rRRRAR Ridid=2(R=2(RQ Q + +r rbebe) )R Rodod=R=RC C问题：如输出信号取自问题：如输

30、出信号取自T T2 2管的集电极，动态分析结管的集电极，动态分析结果如何？果如何？ LRcR1TQRcR2TQR1c2ciu+_idu+_idu+_ eRou+_ +VCC+VEE （1）差模放大倍数）差模放大倍数QRQRberberbicRLR cRiu+_idu+_idu+_odu+_bibbiciciiiRoR图4-34（a） 差模信号作用下的等效电路)r(R2i2uubeQbidi)/R(RiuLCbod （2）差模输入阻抗：）差模输入阻抗：（3）输出阻抗：）输出阻抗： LRcR1TQRcR2TQR1c2ciu+_idu+_idu+_ eRou+_ +VCC+VEE （4）共模放大倍数

31、）共模放大倍数 图4-34（b） 共模信号作用下的等效电路QRbere2RbicRLRicu+_ocu+_bici注：上图只是与输出电压相关的注：上图只是与输出电压相关的T1管一边电路对管一边电路对共模信号的等效电路共模信号的等效电路ebbeQbic2R)i(1)r(Riu)/R(RiuLcboceLcRRR2)/()R2(1rR)/R(R=uu=AebeQLcicocc)r2(R)R2(1rRAAKbeQebeQcdCMR共模抑制比：说明，射极电阻说明，射极电阻Re越大，共模抑制比越大，共模抑制比越大，电路的性能就越好。所以增大越大，电路的性能就越好。所以增大Re是改善共模抑制比的基本措施。

32、是改善共模抑制比的基本措施。1）静态分析）静态分析2. 2. 单端输入、双端输出单端输入、双端输出同双入双出电路同双入双出电路图4-26 单端输入、双端输出电路LRcR1TQRcR2TQR1c2ciu+_i1u eRou+_ i2uVEE_+VCC结论：同双入双出电路结论：同双入双出电路2）动态分析）动态分析;21u;20icidiiuuu差模：共模：问题：如输入信号从问题：如输入信号从ui2加入，加入，ui1接地，结果如何？接地，结果如何？0u,uui2ii1beQLcioddrR)2R/(RuuALRcR1TQRcR2TQR1c2ciu+_i1u eRou+_ i2uVEE_+VCCiub

33、1iuc1ic1c2ieube2ub2ic2u图4-27 单入单出差分放大电路 对于单端输入需要说明的是，虽然一个管子基极接地，但由于T1和T2管之间的射极耦合作用，存在下述信号的传输过程： 即T1管作为射极输出器将输入信号传给T2的发射极，T2管是作为共基放大器接受信号并在T2管的集电极输出。这类电路又称为射极耦合电路。因此，尽管是单端输入，亦可使差分放大器获得共模信号和差模信号。 3. 3. 单端输入、单端输出单端输入、单端输出图4-27 单端输入、单端输出电路 LRcR1TQRcR2TQR1c2ciu+_i1u eRou+_ i2u+VCCVEE_对于单端输出电路，常将不输出信号一边的R

34、c省掉。我们首先求出uic和uid，然后其分析方法同双入单出电路完全相同。差分放大器的四种接法、计算公式及性能比较等见表4-1（P100页） 双端输出时：双端输出时：beLcd)2/(rRRRAb 单端输出时：单端输出时：beLcd2/rRRRAb (2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，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： 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出时：0cAeLc2RRA差动放大器动态参数计算总结：差动放大器动态参数计算总结：(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双端输入无关，只与输出方式

35、有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： (3)(3)差模输入阻抗：差模输入阻抗： 不论是单端输入还是双端输入，差模输入阻抗不论是单端输入还是双端输入，差模输入阻抗Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。beid2rRRb (4)(4)输出阻抗：输出阻抗： coRR co2RR 单端输出时单端输出时 双端输出时双端输出时(5)(5)共模抑制比共模抑制比: :bebeeLbebLCMR2/)(2/rRRRRrRRKcdCMRAAK 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比：长尾电路的缺点：长尾电路的缺点：L

36、R eRi1ucR1TQRcR2TQRou+_i2u +_+_+VCCVEE_ 为了提高共模抑制比应加大Re，但Re电阻太大时，一方面集成电路中不易制作大电阻，另一方面为保证工作点不变，必须提高负电源，这是不现实的，为此可用恒流源电路来代替Re。4.3.5.4.3.5. 差分放大器的进一步改进差分放大器的进一步改进 1.用恒流源电路来用恒流源电路来代替射极电阻代替射极电阻Re 恒流源特点：恒流源特点：由于电流恒定，对差模信号没有影响；由于电流恒定，对差模信号没有影响；直流电阻小，对静态工作点影响小；直流电阻小，对静态工作点影响小；交流电阻大，对共模信号有很大的抑制；交流电阻大，对共模信号有很大

37、的抑制；EE212R2VRRRU3R23BE3R2E3C3RURUUIILR i1ucR1TQRcR2TQRou+_i2u CC+VEEV+_+_3R3T1R2R1Ic3I2Ie3Ib3I_图4-28 具有恒流源的差分放大电路LR i1ucR1TQRcR2TQRou+_i2u CC+VEEVI_e图4-29 恒流源差分放大电路表示方法2IIIIeCQCQ2CQ1IIIICQBQBQ2BQ1EQcCQCCCEQCEQ2CEQ1URIVUUU0.7VRIUUQBQBEQEQ静态工作点计算如下静态工作点计算如下:动态分析：动态分析： 共模输出：共模输出：由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾由于恒流

38、三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，单端输出时共模电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，单端输出时共模输出很小；输出很小； 差模放大差模放大：恒流源电路对差模电压放大倍数没有影响，：恒流源电路对差模电压放大倍数没有影响，分析方法同长尾式电路。分析方法同长尾式电路。2.场效应管差分放大器场效应管差分放大器LRi1udR1TQRdR2TQRou+_i2u DD+VSSVI_e电路特点电路特点：获得更高的输入阻抗；获得更高的输入阻抗；进一步提高放大器的稳定性。进一步提高放大器的稳定性。3.带有调零电路的差分放大器带有调零电路的差分放大器LRi1ucR1TQRcR2TQ

39、Rou+_i2u CC+VEEVWR_eR图4-31 带调零电路的差分放大电路eWEEBQ)R2(12R)(10.7VIBQEQ)I(1IcCQCCCQRIVU静态分析：静态分析：（设电位器的滑动端位于（设电位器的滑动端位于RW/2处处）动态分析：动态分析：共模信号：如果共模信号：如果RWrbe1，且11，则：Ro = Rc 图4-38 （a） 阻容耦合复合管放大电路 （b）交流等效电路解：图解：图4-38（b）所示交流等效电路）所示交流等效电路LR1T2TiuouCC+VEEV_图4-39 互补对称输出级图4-40 交越失真波形（3）输出级）输出级输出级要求非线性失真小，带负载能力强即输出阻

40、抗小。输出级多采用互补对称输出电路。电路特点：电路特点：互补对称射极输出器；互补对称射极输出器；存在死区电压，输出波形失真（交越失真）存在死区电压，输出波形失真（交越失真）1T2Tiuou1R2R1D2DEEVCC+V_在ui=0时T1、T2有一个微导通的工作点。ui=0 时uo=0；ui0时uo =ui。消除交越失真方法一图4-41（a）消除交越失真方法之一 即在图4-39的基础上增加R1、D1、R2、D2四个元件，构成直流偏置电路。LR1T2TiuouCC+VEEV_图4-39 互补对称输出级434CE3BE3RRRUUBE343BE3443CE3)URR(1URRRU当R1R4电阻值取值

41、合适时，可使IR3IR4IB3。此时： 1T2Tiuou1R2R3R4R3T+0.7-0.7R3IR4IB3ICC+VEEV_(b) 消除交越失真方法之二 通过改变R3或R4的值得到不同的UCE3，给T1、T2管提供合适的偏置电压。此电路又称为UBE倍增电路。2T4Tiuou1R2R3R4R1TCC+VEEV_3T5T图4-42 复合管输出电路 如图4-42所示电路中，T2和T3及T4和T5采用复合管，要使功放管导通，需UCE1 =3UBE，故而选择R3/R4=2。4）偏置电路）偏置电路 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。与分立元件电路不同，集成运放采用恒流源电路为各级电路提高

42、合适的静态工作电流和有源负载。 2C1CBE2BE121IIUU)2(1I2II2IIIC2BC2BC1REFREFC2I2IRUVIIBECCREFC2时：2 4.4.2 电流源电路电流源电路1.镜像电流源镜像电流源 两管在同一硅片上，参数相同；T1管Ucb=0，处于临界饱和即微导通状态。基准电流： 镜像电流源结构简单，输出电流受环境温度变化影响小，温度稳定性高，但受电源电压VCC影响较大。同时，从减小集成运放的功耗来讲，希望IC2尽可能小，在电源VCC一定条件下，只有通过增大电阻R实现，但在集成电路内部制作大电阻是不现实的。例如要求IC2=10uA，VCC=15V，则R1.5M，超出了集成

43、工艺范围。R1T2TREFIC1IB2IBIBIC2ICC+V图4-43 镜像电流源2.微电流源微电流源R1T2TREFIC1IB1I +IB2IB1IC2IRB2eBE1U+_BE2U+_E2IE1ICC+V 图4-44 微电流源eBE2BE1E2C2RUUII在T2管发射极接入电阻Re ，UBE2UGS(th)，T1、T2管处于导通状态。调R的大小可改变ID1的值，使ID2= ID1为要求的恒流源。上述恒流源电路是以NPN管及N沟道MOS管为例，同样适合PNP管和P沟道MOS管。4.多路电流源多路电流源R1T2TREFIC1IC2IRe2E2I4TC4IRe4E4I3TC3IRe3E3IR

44、1T2TREFID2I4TD4I3TD3ID1IDD+V图 4-46 多反射镜像三极管电流源图4-47 多反射镜像MOS管电流源RC0IC1IC2IBIREFITCC+V 图4-48 多集电极横向PNP管的多路电流源IIC0BREFBREFC0IIIIR7 . 0VICCREFC02C2C01C1IkIIkI其中，k1、k2为集电区面积之比值。【例例4-5】 如图4-49（a）所示为有源负载共射放大电路，进行电路分析。R3T2TREFILIc1CC+VR1TEE-ViubR解：在图4-49（a）中，由T1构成基本的共射放大器，其负载是由PNP管T2、T3组成的镜像电流源。RUVVIIIBE3E

45、ECCREFC2CQ11CQ1BQ1II 图4-49（a） 有源负载共射放大电路直流分析：be1bce2ce11urR)/r(rAbe1bLce2ce11urR)/R/r(rA开载（RL=）时：有载（RL）时：可见，只要后级输入阻抗高，即RL较大，则放大倍数Au可以很大。R3T2TREFILIc1CC+VR1TEE-ViubR交流分析：交流分析： bRbe1rbice1rce2riu+_biLRou+_(b) 交流等效电路4.4.3 集成运放电路介绍集成运放电路介绍1.概念型集成运算放大器概念型集成运算放大器6T7Tou5T1TI2TI21+_iu3TI4TI43输入级中间级输出级CC+VEE

46、V _图4-50 一种集成运算放大器内部结构简化模型2.典型运放介绍典型运放介绍1）LM324电路分析电路分析T13T3T4T1T2T14T5T15T16T6T17T18T19T20T7T12T11IR EFT8T940kR1T21T1025R2+_iuouCC+VEEV （地）_图4-51 LM324电路原理图共集共射差放电路 共集共射放大电路 射极输出电路T3T4T1T2T5T15T16T6T7T8T9RT21T10R2+_iuou1CRLCC+VEEV _I1I2I3I4I5图4-52 LM324简化电路原理图共集共射差放电路 共集共射放大电路 射极输出电路2）MC14573电路介绍电路

47、介绍5T6T3T4T2T1T7T8Tou+_iuRCDD+VSSV_图4-53 MC14573电路图 与双极型晶体管组成的集成运放相比，CMOS集成运放具有输入阻抗高、集成度高、电源适用范围宽等特点。4.4.4 集成运放的外部特性描述集成运放的外部特性描述1.基本特性描述基本特性描述1）电路符号+_u+uou_u+uou+_a）国家标准符号 (b)国际通用符号图4-54 集成运放的电路符号2）集成运放的电压传输特性）集成运放的电压传输特性 运算放大器的开环增益Ad都很高，其线性区域很小。 例如， A741的开环放大倍数为105，在15V双电源供电的情况下，线性区域约为-0.13mV+0.13m

48、 V。最大输出电压uom取决于电源电压，一般为电源值减去23V。 )u-(uAu-do线性区域：图4-55 运放的电压传输特性-uom-uim+uimuou+-u-+uom 2.集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标1）开环差模电压放大倍数）开环差模电压放大倍数Ad： 运放在无外加反馈条件下，输出电压与差模输入电压之比。从电压传输特性看， Ad即为线性区域直线的斜率。对于集成运放而言, 希望Ad大且稳定。目前高增益集成运放的Ad可高达140dB(107倍)。2）差模输入阻抗）差模输入阻抗rid：差模输入阻抗rid定义同差分放大器， 对电压型运放来说，rid愈大愈好。3）输出阻抗）输出阻抗

49、ro：输出阻抗ro反映了集成运放的负载能力。对电压型运放来说，ro愈小愈好。 4）共模抑制比）共模抑制比KCMR：共模抑制比KCMR定义同差分放大器，KCMR愈大愈好。dTdUIO 5）输入失调电压）输入失调电压UIO及其温漂及其温漂100100u+u_uo eRcRcR100100u+u_BE1U+_+_BE2UEEV _（a） (b) 图4-56 输入失调电压现象及产生原因 实际运算放大器在输入为0时，其输出不等于0。 为了使输出电压等于0，而在输入端加的补偿电压称为运放的输入失调电压输入失调电压UIO 。 存在输入失调电压的主要原因是集成电路制造工艺造成的差分电路的细微不对称性。即 UB

50、E1UBE2，两个输入端之间的电压u+u-0，这个电压经过放大，就在输出端形成不等于零的输出电压。BE1BE2uuuu100100uo1kWRLM324100k100kCCV CC+V _图4-57 输入失调电压补偿电路dTdUIO输入失调电压本身随温度变化的大小称为输入失调电压温漂，用 来表示，该值越小越好。低温漂型集成运放 可做到0.9V/以下。dTdUIOdTdIIO6）输入失调电流）输入失调电流IIO及温漂及温漂B2B1IOI-II 输入失调电流输入失调电流定义为在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之定义为在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，即差，即 ，用于表征差分输入电

51、流不对称的程度。从现象上讲，用于表征差分输入电流不对称的程度。从现象上讲，其实输入失调电流是产生输入失调电压的主要根源。输入失调电流也，其实输入失调电流是产生输入失调电压的主要根源。输入失调电流也是制造工艺引起的输入级细微不对称性造成的。是制造工艺引起的输入级细微不对称性造成的。 eRcRcR100100u+u_BE1U+_+_BE2UEEV _IB1IB2减小失调电流影响的措施：减小失调电流影响的措施：尽可能减小输入端外接电阻的数值。运算放尽可能减小输入端外接电阻的数值。运算放大器的外接调零端调零。大器的外接调零端调零。23uo47156WRCC+V CCV _ 图4-58 CF741外接调

52、零电路dTdIIO输入失调电流本身随温度变化的大小称为输入失调电压温漂，用输入失调电流本身随温度变化的大小称为输入失调电压温漂，用 表示表示 。该值越小越好。低温漂型集成运放该值越小越好。低温漂型集成运放 可做到可做到0.009A/以下。以下。7）输入偏置电流）输入偏置电流IIB输入偏置电流IIB定义为运放两个输入端偏置电流的平均值，即 ,用于衡量差分放大对管输入电流的大小。偏置电流的大小与运放输入级差分对管的类型和性能有关。LM324的输入偏置电流典型值在25时为20nA。2/ )I(IIB2B1IB为了消除输入偏置电流的不良影响，应注意保持两个输入端外接对地电阻的彼此匹配，即同相端对地的电

53、阻值应和反相端对地的电阻值相等。8）3dB带宽带宽fH运放的差模电压放大倍数Ad在高频段下降3dB所对应的工作频率fH。10）转换速率）转换速率SR转换速率又称压摆率，反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为：maxoRdtduS 频带宽度是在小信号的条件下测量的。在实际应用中, 有时需要集成运放工作在大信号情况，此时用转换速率表示其特性。9）单位增益带宽）单位增益带宽fc运放的差模电压放大倍数Ad下降到1时所对应的频率fc。 11）最大差模输入电压）最大差模输入电压Uidmax运放两输入端能承受的最大差模输入电压。超过此电压时，差分管将出现击穿现象。从集成运放输入端看

54、进去，一般都有两个或两个以上的发射结相串联， 若输入端的差模电压过高，会使发射结击穿。NPN管e结击穿电压仅有几伏， PNP横向管的e结击穿电压则可达数十伏，如F007的U id max为30V。（12）最大共模输入电压）最大共模输入电压 Uicmax在保证运放正常工作条件下，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，集成运放工作不正常，失去差模放大能力。如F007的Uic max值为13V。3.理想运放的特性参数理想运放的特性参数+_iduAduid+_orouidr图4-59 集成运放的低频等效电路理想运放理想运放:性能参数理想化性能参数理想化差模输入阻抗差模输入阻

55、抗rid=；差模电压放大倍数差模电压放大倍数Ad =；输出阻抗输出阻抗ro=0；KCMR = ；UIO 、IIO 、 UIO 、 IIO 为零为零运放按理想运放来处理，一般都会满足误差要求。运放按理想运放来处理，一般都会满足误差要求。4.4.5 集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择通用型运算放大器的技术指标比较适中，价格低廉。通用型运算放大器的技术指标比较适中，价格低廉。1.通用型通用型 指标参数指标参数 A741典型值典型值n开环差模增益 Aod 106dB n差模输入电阻 rid 2M n共模抑制比 KCMR 90dB n输入失调电压 UIO 1mV nUIO的温漂d UIO/dT()

56、 几V/ n输入失调电流 IIO ( IB1- IB2 ) 20nA nUIO的温漂d UIO/dT() 几nA/ n最大共模输入电压 UIcmax 13Vn最大差模输入电压 UIdmax 30Vn-3dB带宽 fH 10Hz n转换速率 SR(=duO/dtmax) 0.5V/S 892.高速型和宽带型高速型和宽带型用于宽频带放大器、高速用于宽频带放大器、高速A/D和和D/A、高速数据采集测试、高速数据采集测试系统等。系统等。SRV/ 120=SSRV/ 2200=SZH MH600f这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标都较高，用于这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标都较高，用于小信号放大时

57、，可注重小信号放大时，可注重fH或或fc，用于高速大信号放大时，同，用于高速大信号放大时，同时还应注重时还应注重SR。AD9620：例如：例如： 增益带宽积BWG=20 MHz； CF2520/2525：3.高精度低漂移型高精度低漂移型用于精密仪表放大器、精密测试系统、精密传感器、信号变送器等。 例如：例如：OP177CpA/1.5dTdI CV/0.03dTdU nA0.3IV4U IOIOIOIO，4.高输入阻抗型高输入阻抗型用于测量设备及采样保持电路中。例如： AD549 10rpA 0.040I13idIB，CF155/255/355 10rpA 30I12idIB，5.低功耗型低功耗型用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流极小。例如： OP22 正常工作时，静态功耗可低至36W； OP290在0.8V电压下工作。功耗为24 W， CF7612在5V电压下工作