第4章集成运算放大电路学习教案

1、会计学1第第4章集成运算放大章集成运算放大(fngd)电路电路第一页，共39页。第1页/共39页第二页，共39页。第2页/共39页第三页，共39页。与分立元件组成的放大电路相比，集成电路与分立元件组成的放大电路相比，集成电路(jchng-dinl)在电路在电路设计上具有以下特点：设计上具有以下特点：第3页/共39页第四页，共39页。第4页/共39页第五页，共39页。211BEBECBUUUU由图可：由于(yuy)VT1与VT2结构和参数都比较一致，故可以认为 ，故RUVRUVRUVIBECCBCCCCCR21BBBIII21BCCIII21 ，BBBBCRIIIIII）（2221而当2时, R

2、VIIIICCCCBR21图图4.1 4.1 镜像电流源镜像电流源第5页/共39页第六页，共39页。由图可知(k zh)，222111RIURIUEBEEBE由于(yuy) 21BEBEUU2211RIRIEE222111)1 ()1 (RIRIBB故即当1时，有222111RIRIBB2211RIRICC即故1212CCIRRI由于1CRII所以RCIRRI212图图4.2 4.2 比例电流源比例电流源 第6页/共39页第七页，共39页。由图可知(k zh)eCeEBEBERIRIUU2221由于(yuy)二极管方程TBETBEUUSUUSCeIeII) 1(所以SCTBEIIUUln故eC

3、SCSCTBEBERIIIIIUUU2221121)ln(ln21SSII设则有212lnCCeTCIIRUI图图4.3 4.3 微电流源微电流源 第7页/共39页第八页，共39页。图图4.4 长尾式差分放大长尾式差分放大(fngd)电路电路 图图4.5 基本形式差分放大电路基本形式差分放大电路第8页/共39页第九页，共39页。(b)恒流源式差分放大恒流源式差分放大(fngd)电路等效电路电路等效电路 (a) 恒流源式差分放大电路电路恒流源式差分放大电路电路 图图4.6第9页/共39页第十页，共39页。 图图4.7 长尾式差分长尾式差分(ch fn)放大电路直流通路图放大电路直流通路图（a）

4、（b） 第10页/共39页第十一页，共39页。由图可知(k zh)差分差分(ch fn)放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法021111RIURIVBQBEQeEQEE所以有eBEQEEBQRRUVI)1 (21111由此得111BQCQII111CCQCCCQRIVU由于eCQEEEQRIVU112故)2(11111eCCQEECCEQCQCEQRRIVVUUU第11页/共39页第十二页，共39页。差分放大电路差分放大电路(dinl)的基本分析方法的基本分析方法2. 差分放大差分放大(fngd)电路对差模信号的放大电路对差模信号的放大(fngd)作用作用差分放大电路的输入信号有两种方

5、式差分放大电路的输入信号有两种方式(fngsh)：差模信号输入和共模信号输入。：差模信号输入和共模信号输入。长尾式差分放大电路，在差模信号输入情况下电路如图图图4.8 长尾式差分放大电路的交流通路图长尾式差分放大电路的交流通路图第12页/共39页第十三页，共39页。差分放大电路差分放大电路(dinl)的基本分析方法的基本分析方法2. 差分放大差分放大(fngd)电路对差模信号的放大电路对差模信号的放大(fngd)作用作用由图4.8可知，长尾式差分(ch fn)放大电路半电路的主要参数如下：1111111111)2/()(RrRRRrIRIuuAbeLCbeBLCioubeirRR110CRR

6、对于双端输入对于双端输入/双端输出的差分放大电路，由于双端输出的差分放大电路，由于01020102uuuu1212iiidiuuuu此时，差模电压放大倍数为此时，差模电压放大倍数为111111)2/(22RrRRAuuuuAbeLCuiodioud第13页/共39页第十四页，共39页。差分放大电路差分放大电路(dinl)的基本分析方法的基本分析方法2. 差分放大电路差分放大电路(dinl)对差模信号的放大作用对差模信号的放大作用差模输入电阻差模输入电阻)(2211beidirRRR差模输出电阻差模输出电阻10022CddRRR 双端输入双端输出双端输入双端输出(shch)差分放大电路差分放大电

7、路的差模电压放大倍数等于其半电路的电压放大倍的差模电压放大倍数等于其半电路的电压放大倍数，即相当于一个单管共射放大电路的放大倍数数，即相当于一个单管共射放大电路的放大倍数。其差模输入电阻和输出。其差模输入电阻和输出(shch)电阻是半电电阻是半电路差模输入电阻和输出路差模输入电阻和输出(shch)电阻的电阻的2倍。倍。第14页/共39页第十五页，共39页。在共模信号输入在共模信号输入(shr)情况下，当双端输入情况下，当双端输入(shr)时，由于电路结构的对称性，两个晶体管的集电极电位大小相等，极性相同，即负载时，由于电路结构的对称性，两个晶体管的集电极电位大小相等，极性相同，即负载RL两端电

8、位相同，故流过负载两端电位相同，故流过负载RL的电流为零。的电流为零。衡量差分放大电路抑制共模信号能力的参数称为共模抑制比衡量差分放大电路抑制共模信号能力的参数称为共模抑制比，用，用KCMR表示，其定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，一般用分贝表示，即：表示，其定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，一般用分贝表示，即：ucudCMRAAKlg20 结论：结论：差分放大电路差分放大电路具有具有抑制零点漂移的抑制零点漂移的作用。作用。第15页/共39页第十六页，共39页。4. 对任意对任意(rny)输入信号的放大特性输入信号的放大特性如果在差分放大电路的两个输入端分别加上任大小、

9、任意极性的输入电压如果在差分放大电路的两个输入端分别加上任大小、任意极性的输入电压ui1和和ui2，这时可以，这时可以(ky)将他们认为是某个差模输入电压和某个共模输入电压的组合，其中差模输入电压将他们认为是某个差模输入电压和某个共模输入电压的组合，其中差模输入电压uid和共模输入电压和共模输入电压uic的值分别为的值分别为21iiiduuu)(2121iiicuuu当用共模和差模信号表示两个输入电压时，有当用共模和差模信号表示两个输入电压时，有21idiciuuu22idiciuuu第16页/共39页第十七页，共39页。(1)估算估算( sun)该放大电路的静态工作点。该放大电路的静态工作点

10、。 (2) (2) 当在输出端接当在输出端接RL=20k的负载时的负载时,求差模电压放大倍数。求差模电压放大倍数。 (3) (3) 估算估算( sun)差模输入电阻和输出电阻。差模输入电阻和输出电阻。图图4.9 例例4.1的图的图第17页/共39页第十八页，共39页。EEeEQEQWBEBQVRIIRURI221设设UBE=0.7V，则有，则有mAmARRRUVIWeBEEEBQ004. 0)5 . 05 . 0272(51107 . 012)5 . 02)(1 (故故mAmAIIBQCQ2 . 0004. 050VRIVUCCQCCCQ6302 . 012VRIUBQBQ04. 010004

11、. 0第18页/共39页第十九页，共39页。(2) 当在输出端接当在输出端接RL=20k的负载时的负载时,图图4.9所示电路图的所示电路图的交流交流(jioli)通路图如图通路图如图4.10所示。所示。图图4.10 图图4.9所示电路所示电路(dinl)交流通路图交流通路图 由图由图4.10可知，电路的差模电压可知，电路的差模电压(diny)放大倍数为放大倍数为: 2)1 (1WbeLudRrRRA式中式中kRRRLCL5 . 710/302/kImVrrEQbbbe93. 602. 0265130026)1 (16 .125 . 05 . 05193. 6105 . 750udA则则第19页

12、/共39页第二十页，共39页。(3) 输入输入(shr)输出电阻输出电阻kkRRkRrRRCOWbeid6030224 .59)5 . 05 . 05193. 610(22)1 ( 2第20页/共39页第二十一页，共39页。V0005. 51iuV9995. 42iuiduicudAu解：解：(1)差模输入电压差模输入电压(diny)和共模输入电压和共模输入电压(diny)V001. 0V9995. 4V0005. 521iiiduuuV5V9995. 4V0005. 5212121iiicuuu第21页/共39页第二十二页，共39页。CMRK410dB80udA0CMRKAAuducVVAu

13、AuuucicudidO1010001. 045CMR10100dBK当 时则输出(shch)电压为：410dB80udA1 . 0CMRKAAuducVVVAuAuuucicudidO5 .101 . 0510001. 04第22页/共39页第二十三页，共39页。差分差分(ch fn)放大电路的输入输出端可以有四种不同的接法，即双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。放大电路的输入输出端可以有四种不同的接法，即双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。第23页/共39页第二十四页，共39页。图图4.11 差分放大电

14、路差分放大电路(dinl)的四种接法的四种接法第24页/共39页第二十五页，共39页。1. 集成集成(j chn)运算放大器的中运算放大器的中间级间级中间级的主要任务是为整个电路提供足够大的中间级的主要任务是为整个电路提供足够大的电压放大倍数。电压放大倍数。一般采用有源负载的共射放大电路。为了提高一般采用有源负载的共射放大电路。为了提高放大倍数，并减小对输入级的影响放大倍数，并减小对输入级的影响(yngxing)，放大管往往采用复合管。，放大管往往采用复合管。有源负载是指利用双极型三极管或场效应管充当有源负载是指利用双极型三极管或场效应管充当负载电阻。负载电阻。第25页/共39页第二十六页，共

15、39页。(1) 求静态工作点。 (2) 求差模电压(diny)放大倍数。 (3) 当RL=100k时, 求差模电压(diny)放大倍数。 (4) 若输出端从VT1管集电极输出, 求差模电压(diny)放大倍数。 图图4.12 题题4.3电路图电路图第26页/共39页第二十七页，共39页。VVVVRRRUEEEECCR13. 612248 . 62 . 22 . 2)(2111设UBE3=0.7V, 则VRIVUUIIIIAIIIAmAKRVUUICCCCCCcEcEEEEEEBERE15. 41000785. 012,5 .7821157157. 033127 . 013. 6)(112133

16、221132113mVRIUUAIIIsBBBCBB7 .15101057. 157. 1505 .784611112121VUUUUVUUUUECCECEBEBEE866. 4)716. 0(15. 4716. 07 . 0107 所以（所以(suy)一般估算时一般估算时, 认为认为UB0。）。） 第27页/共39页第二十八页，共39页。2)1 (1111WbesLudRrRRAcLRR 其中(qzhng)8 .1541 . 05119170785. 0265130026)1 (111udEbbbeAkIrr (3) 当当RL=100 k时

17、：时： 56.511 . 05119.17103 .33503 .3350/1002/1udLcLAkRRR第28页/共39页第二十九页，共39页。2)1 (211WbesLudRrRRA单kRRRLcL50/其中其中(qzhng)故故 71.381 . 05119.1710505021udA(4) 当单端输出当单端输出(shch)时时(从从V1管管c1极输出极输出(shch): 第29页/共39页第三十页，共39页。1. 集成集成(j chn)运算放大器的中间级运算放大器的中间级-复合管复合管图图4.13复合管及其等效复合管及其等效(dn xio)类型类型212111)1 (BCII211)

18、1 (bebeberrr第30页/共39页第三十一页，共39页。4.4集成运算集成运算(yn sun)放大器的中间级和放大器的中间级和输出级输出级集成运放的输出级主要集成运放的输出级主要(zhyo)是提供足够的输是提供足够的输出功率以满足负载的需求，多采用互补电路。出功率以满足负载的需求，多采用互补电路。图图4.14 互补型射随器互补型射随器图图4.15 交越失真产生的原因及波形交越失真产生的原因及波形第31页/共39页第三十二页，共39页。4.4集成运算集成运算(yn sun)放大器的中间级和放大器的中间级和输出级输出级 图图4.16 克服交越失真的互补电路克服交越失真的互补电路(a)二极管

19、偏置方式二极管偏置方式 (b)模拟模拟(mn)电压源偏置方式电压源偏置方式 第32页/共39页第三十三页，共39页。图图4.17通用的集成电路通用的集成电路(jchng-dinl)F007电路原理图电路原理图第33页/共39页第三十四页，共39页。1. 运算运算(yn sun)放大器的符号放大器的符号图图4.18 运算运算(yn sun)放大器的符号放大器的符号第34页/共39页第三十五页，共39页。4.6集成运算集成运算(yn sun)放大器的主要性能放大器的主要性能指标指标开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aod: 指集成指集成(j chn)运放在无外加反馈运放在无外加反馈 回路的情况下的差模电压放大倍数回路的情况下的差模电压放大倍数 差模输入电阻差模输入电阻rid和和输出电阻输出电阻ro共模抑制比共模抑制比KCMR输入失调电压温漂和输入失调电流温漂输入失调电压温漂和输入失调电流温漂输入失调电压输入失调电压UIO和输入失调电流输入失调电流IIO最大差模输入电压最大差模输入电压U