组合放大电路

1、第四章第四章 组合放大电路组合放大电路 4.1 一般组合一般组合放大电路放大电路 4.4 集成运集成运放的参数及实际电路模型放的参数及实际电路模型 4.2 差动差动放大电路放大电路 4.3 集成运放的典型集成运放的典型电路电路 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路一、组合放大电路的级间耦合一、组合放大电路的级间耦合直接直接耦合耦合A1A2电路简单，能放大交、直流电路简单，能放大交、直流信号，信号，“Q” 互相影响，零点互相影响，零点漂移严重。漂移严重。阻容阻容耦合耦合A1A2各级各级 “Q” 独立，只放大交独立，只放大交流流信号，信号频率低时耦合电信号，信号频率低时耦合电容容抗大。

2、容容抗大。变压变压 器器耦合耦合A1A2用于选频放大器、功率放用于选频放大器、功率放大器等。大器等。(1-3)1. 阻容耦合阻容耦合 阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接，阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接，其方框图所示。其方框图所示。阻容耦合放大电路的方框图阻容耦合放大电路的方框图单级阻容耦合放大电路单级阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-4) 1）各级的直流工作点相互独立各级的直流工作点相互独立。由于电容器隔直流而。由于电容器隔直流而 通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的，这通交流，所以它们

3、的直流通路相互隔离、相互独立的，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。样就给设计、调试和分析带来很大方便。 2）在传输过程中，交流信号损失少。在传输过程中，交流信号损失少。只要耦合电容选得只要耦合电容选得 足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地加到后足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地加到后级，实现逐级放大。级，实现逐级放大。优点：优点： 3）电路的温漂小。电路的温漂小。 4）体积小，成本低。体积小，成本低。缺点：缺点：2）低频特性差；低频特性差；1）无法集成；无法集成；3）只能使信号直接通过，而不能改变其参数。只能使信号直接通过，而不能改变其参数。 4.1 4.1 一般组合

4、放大电路一般组合放大电路(1-5)2. 变压器耦合变压器耦合 变压器可以通过磁路的耦合把原边的交流信号传变压器可以通过磁路的耦合把原边的交流信号传送到副边，因此可以作为耦合元件。送到副边，因此可以作为耦合元件。变压器耦合放大器变压器耦合放大器 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-6) 其工作原理其工作原理是变压器在传送交流信号的同时，可以实现是变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。电流、电压以及阻抗变换。r1r221221:)(NNnrRnrRLL 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-7) 1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是

5、相变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。因为变压器不能传送直流信号。2）变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。 3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。电压以及阻抗变换。1）高频和低频性能都很差；高频和低频性能都很差；2）体积大，成本高，无法集成。体积大，成本高，无法集成。优点：优点：缺点：缺点： 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-8)3. 直接耦合直接耦合 直接耦合是将前后级直接想连的一种

6、耦合方式。直接耦合是将前后级直接想连的一种耦合方式。直接耦合放大电路直接耦合放大电路 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-9)优点：优点：缺点：缺点： 1）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。由于由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。流信号。 2）便于集成便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻，没有由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。电容器和电感器，因此便于集成。 1）各级的静态工作点不独立，相互影响。各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设

7、计、会给设计、计算和调试带来不便。计算和调试带来不便。 2）引入了零点漂移问题。引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。大电路的影响比较严重。 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-10)二、组合放大电路的增益二、组合放大电路的增益Au1第一级第一级Au2第二级第二级Aun末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uiniiiouuAu nuuuuuuuuioi3o32i2oi1o. = Au1Au2 AunAu1(dB) = Au1 (dB) + Au2 (dB) + + Aun (dB) 考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压

8、放大考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理! 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-11)三、共源三、共源-共射放大电路共射放大电路前级前级:场效应管场效应管共源极放大器共源极放大器后级后级:晶体管晶体管共射极放大器共射极放大器+UCC=15VRS1.3MR11KUi2.4KC2C3R4R3RLRE260K20K2K2KUo3KC1RCT1RE1CE2T2USCE1RD5KR2200KRE2100Rg47MIDSS=6mA;UGS(off) =-2V =50 4.1 4.1 一般组合放大

9、电路一般组合放大电路(1-12)1. 静态分析静态分析+UCC=15V1.3MR12.4KR4R3RE260K20K2K3KRCT1RE1T2RD5KR2200KRE2100Rg47MDEDSGIRIVVV4 . 2221GSVVRRRVG2CC2122GS(off)GSDSSD)1 (VVIIVUmAIGSQ07. 1,28. 1DQVRRIVUEDQCC53. 5)(1DDSQmSUUUIgoffGSGSQoffGSDSS79. 2)1 (2)()(mV.VRRRVCCB753434mA.RRVVIIEEBEBEQCQ45122VRRRIVRRIRIVVEE6 . 7)()(2E2cEQC

10、C2E2EcCQCCCEQA.IICQBQ514KIUrrTbb245. 126)1001 (200)mA()1 (EQbe 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-13)2. 动态分析动态分析ir2iror 画出微变等效电路画出微变等效电路R3R4RCRLRSR2sU iU oU R1RDIbIdrbeIcUGSRgRE2ri2= R3/ R4/ rbe+(1+) RE2 =6.7 k 首先计算第二级的输入电阻首先计算第二级的输入电阻 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-14)ir2irorR3R4RCRLRSR2sU iU oU R1RDIbIdrbeIcU

11、GSRgRE2 计算各级放大倍数计算各级放大倍数Au1=- gmRL1=-gm (RD /ri2)=-2.79(5/6.7)=-822)1 (/EbeLCuRrRRA2=-12.4Au= Au1.Au2=99 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-15)ir2irorR3R4RCRLRSR2sU iU oU R1RDIbIdrbeIcUGSRgRE2 计算输入输出电阻计算输入输出电阻47M/RRRR21gi3KRRCO 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-16)四、共射四、共射-共基共基-共集放大电路共集放大电路1. 静态分析静态分析+VCCrSR1C2R6V

12、T3RLC1VT2R5uSC3R4R2R3VT1+-+-uLB1B2B3CC3213B1VRRRRUCC32132B2VRRRRRU5BE1QB1E1QRUUIE1QC1QE2QC2QIIII6B3Q3BE3Q4B3QC2QCC.R)I(1U).RI(I-V 由由634BE3Q4C2QCCB3Q)R(1RURIVI 得得B3QE3QC3Q)I(1IIB1B2BE1QB1BE2QB2CE1QUU)U(U)U(UU)U(U)RI(IVUBE2QB24B3QC2QCCCE2Q6E3QCCCE3QRIVU 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路(1-17)2. 动态分析动态分析 画出微变等效

13、电路画出微变等效电路ri2= rbe2/(1+2) 首先计算第二、三级的输入电阻首先计算第二、三级的输入电阻 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路ir3irorR4R6RLrSR3R2rbe2uS+-rbe11ib1ib1ib22ib2ib33ib3u0+-2or2irrbe3ri3= rbe3+(1+3)（R R6 6/R/RL L）(1-18) 计算各级放大倍数计算各级放大倍数A Au1u1=-=-1 1r ri2i2/r/rbe1be1A Au u= A= Au1u1.A.Au2u2.A.Au3u3 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路ir3irorR4R6RLr

14、SR3R2rbe2uS+-rbe11ib1ib1ib22ib2ib33ib3u0+-2or2irrbe3A Au2u2= =2 2(R(R4 4/r/ri3i3)/r)/rbe2be2A Au3u3=(1+=(1+3 3)(R)(R6 6/R/RL L)/r)/rbe3be3+ (1+ (1+3 3)(R)(R6 6/R/RL L)(1-19) 计算输入输出电阻计算输入输出电阻132bei/r/RRR 42RRO 4.1 4.1 一般组合放大电路一般组合放大电路ir3irorR4R6RLrSR3R2rbe2uS+-rbe11ib1ib1ib22ib2ib33ib3u0+-2or2irrbe33

15、436323611Rr/RRr/RRbeObeO(1-20) 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路 直接耦合放大电路直接耦合放大电路的零点漂移的零点漂移主要原因主要原因:温度变化引起温度变化引起,也也 称称温漂温漂。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仍有缓慢变化的电压产生。压产生。温漂指标温漂指标：温度每升高温度每升高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的等效输入漂移电压值。折算到输入端的等效输入漂移电压值。(1-21)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。若第二级也漂了若第二

16、级也漂了100uV，则输出漂移则输出漂移 10 mV。假设假设F 第一级是关键第一级是关键。 1= 100,=V3V2AA3. 减小零漂的措施减小零漂的措施F 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿F 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”F 采用差分式放大电路采用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 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路(1-22)一、基本差动放大电路一、基本差动放大电路1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理静态（静态（ui1=ui2=0)

17、21CECE=VVCCV).(RIVCCCC70CCRIEVIIICBB21 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路VVVBE7 . 0=EEIII21=C2C1E2/ )(RVVEEERCRCIE(1-23)动态动态 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路ui1 = ui2uod = uo1 uo2 =2 uo1 ic1 = ic2 uo1= uo2uid = ui1 ui2 =2 ui1（1） 差模输入差模输入差放电阻差放电阻RE对差模信号不起对差模信号不起作用。作用。RCRCRCRC(1-24) 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路差模电压放大倍数差模电压放大倍数beCrRi1o

18、122uu Rid = 2rbe差模输入电阻差模输入电阻 Ro = 2RC (双端输出双端输出)输出电阻输出电阻idodduuAubeC2rRi1o12uuido1d1uuAu双端输出单端输出 Ro =RC (单端输出单端输出)(1-25) 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路（2） 共模输入与共模交流通路共模输入与共模交流通路 ui1 = ui2= uic2. 共模共模输入与输入与共模抑共模抑制比制比ue =2 ie1RE= ie1（2RE）(1-26) 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路2. 共模共模输入与输入与共模抑共模抑制比制比共模电压放大倍数共模电压放大倍数共模输入电阻共模

19、输入电阻输出电阻输出电阻0icocucuuAicocucuuA11EbecR)(rR21双端输出单端输出R)(rREbeic2121 Ro = 2RC (双端输出双端输出) Ro =RC (单端输出单端输出)(1-27)ucudCMRAAK dBAAKucudCMRlg20双端输出，理想情况双端输出，理想情况CMRK 单端输出单端输出EbecbecCMR)R(rRrRK122越越大大， CMRK抑制零漂能力越强抑制零漂能力越强 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路（3） 共模抑制比共模抑制比 beEr)R( 1越大， ER(1-28)以电流源代替发射极公共电阻以电流源代替发射极公共电阻RE

20、 ，从而提高共模抑制能力。，从而提高共模抑制能力。 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路(1-29)例：例：如右图所示的差动放大电路如右图所示的差动放大电路( (1) )求静态工作点；求静态工作点；( (2) )求电路的差模求电路的差模 Aud，Rid，Ro。 解解 ( (1) ) 求求“Q”21BE4EEREFRRUVI 1 . 02 . 67 . 06 32REF0 RRII mA 84. 0 (mA) 84. 0 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IOV3V4IREF+6 V 6 V100 100 7.5 k 7.5 k 6

21、.2 k 100 = 100(1-30)ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0mA 42. 0 UCQ1 = UCQ2 = 6 0.42 7.5 = 2.85 (V)( (2) )求求 Aud，Rid，Ro)( 452642. 026101200be2 be1 rrp21beCd)1( RrRAu 6505. 010145. 65 . 7100 )1( 2p21beidRrR k 23Ro = 2RC = 15 (k ) 4.2 4.2 差动放大电路差动放大电路ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IOV3V4IREF+6 V 6 V100 100 7.5 k 7.5 k 6

22、.2 k 100 = 100(1-31) 4.3 4.3 集成运放的典型电路集成运放的典型电路集成运放的典型内部组成原理框图集成运放的典型内部组成原理框图(1-32) 4.3 4.3 集成运放的典型电路集成运放的典型电路通用集成运放的电路原理图通用集成运放的电路原理图(1-33)输入级输入级中间级中间级输出级输出级 4.3 4.3 集成运放的典型电路集成运放的典型电路简化电路原理图简化电路原理图n 输入级：输入级： V1、V3 和和 V2、V4构成构成 共集共集-共基组合差分电路；共基组合差分电路； V5、V6构成有源负载。构成有源负载。 为双端变单端电路为双端变单端电路 n 中间级：中间级：

23、 V7 和和V8构成复合管构成复合管共发射极放大电路。共发射极放大电路。 提供高增益提供高增益 。 n 输出级：输出级： V9 V13构成甲乙类构成甲乙类 OCL电路。电路。(1-34)3. 最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax5. 最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 4.44.4 集成运放的参数及实际电路模型集成运放的参数及实际电路模型一、集成运放的主要参数一、集成运放的主要参数1. 开环差模电压增益开环差模电压增益AVO2. 差模输入电阻差模输入电阻Rid4. 共模抑制比共模抑制比KCMR6. 开环带宽开环带宽BW (fH)7. 单位增益带宽单位增益带宽GBW (fT)8

24、. 输入偏置电流输入偏置电流IIB(1-35)9. 转换速率转换速率SR 4.44.4 集成运放的参数及实际电路模型集成运放的参数及实际电路模型11. 输入失调电输入失调电流流IIO12.输入失调电压温漂输入失调电压温漂 VIO / T13.输入失调电流温漂输入失调电流温漂 IIO / T10. 输入失调电输入失调电 压压VIO14.共模输入电阻共模输入电阻Ric、输出电阻、输出电阻RO、最大输出电流、最大输出电流IOMAX及静态功耗及静态功耗PV等。等。(1-36) 4.44.4 集成运放的参数及实际电路模型集成运放的参数及实际电路模型 实际运放的运放参数表明，运放在非精密运算时可以用实际运放的运放参数表明，运放在非精密运算时可以用理想模型；在要求精确运算时，要考虑运放的非理想因素。理想模型；在要求精确运算时，要考虑运放的非理想因素。二、集成运放的实际电路模型二、集成运放的实际电路模型N+RidROAVDVidVidVOAVCVic+ -+-VIOIIB-IIO/2IIB+IIO/2P(1-37) 4.44.4 集成运放的参数及实际电路模型集成运放的参数及实际电路模型1.AVD、Rid、Ro为有限值的影响为有限值的影响R1RFRLR