线性电子电路：第三章 第六章 集成运算放大电路

第三章集成运算放大电路集成运放性能特点Au很大：（104~107或80~140dB）Ri很大：（几k~105M或）Ro很小：（几十

）静态输入、输出电位均为零。集成运放电路符号反相输入端同相输入端输出端u-u+uo+-TheOperationalAmplifier(Op-Amp)AnalogIC运算放大器实质：高增益直接耦合放大电路

集成运放电路组成由于实际电路较复杂，因此读图时，应根据电路组成，把整个电路划分成若干基本单元进行分析。输入级中间增益级输出级偏置电路采用改进型差分放大器采用1~2级共发电路采用射随器或互补对称放大器采用电流源运算放大器外形图型号命名

数字序号

(与世界上其它厂家同类型产品的序号相同。)

其它例如:集成功率放大器的型号命名CD－－－－

集成稳压器的型号命名CW－－－－差分放大器具有抑制零点漂移的作用，广泛用于集成电路的输入级，是另一类基本放大器。3.1差分放大器一.电路结构由两完全对称的共发电路，经射极电阻REE耦合而成。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLT1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL采用正负双电源供电：VCC=|VEE|。具有两种输出方式：双端输出、单端输出。

1=2=

VBE1=VBE2=VBE

rbe1=rbe2=rbeRC1=RC2=RC

T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL因电路采用正负双电源供电，则VBQ1=

VBQ20二.静态分析--估算电路Q点T1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ2令vi1=vi2=0，画出电路直流通路。因此0入0出。差模信号和共模信号三.交流性能差模信号：指大小相等、极性相反的信号。表示为

u’i1

=-u’i2

=uid

/2差模输入电压uid

=ui1

-

ui2

共模信号：指大小相等、极性相同的信号。表示为

u’’i1

=u’’2

=uic共模输入电压uic

=(ui1

+ui2

)/2任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模信号之代数和。

ui1

=uic+

uid

/2ui2

=uic

-

uid

/2即(differential-mode)(common-mode)例：ui1=10.02v,ui2=9.98v，求uid,uicuid

=ui1

-

ui2=

10.02-9.98=0.04Vuic

=(ui1

+ui2

)/2=(10.02+9.98)/2=10V一对差模输入信号

u’i1

=-u’i2

=uid

/2＝０.０２Ｖ一对共模输入信号

u’’i1

=u’’i2

=uiＣ＝１０Ｖ实际中：差模信号－－－有用信号共模信号－－－干扰信号所以：输入信号是两部分叠加！解：同样对输出uｏ

三.交流性能（续）差模输出电压uod

=uo1

-

uo2

共模输出电压uoc

=uo1

=

uo2且

uo1

=uoc+

uod

/2ui2

=uoc

-

uod

/2差放半电路分析法因电路两边完全对称，因此差放分析的关键，就是如何在差模输入与共模输入时，分别画出半电路交流通路。在此基础上分析电路各项性能指标。分析步骤：差模分析画半电路差模交流通路计算Aud、Rid、Rod

共模分析画半电路共模交流通路计算Auc、KCMR、Ric

根据需要计算输出电压

双端输出：

计算uo单端输出：

计算uo1

、

uo2四种接法：A双入双出同C单入双出B双入单出同D单入单出差模性能分析T1+-+-VCCREEui1voVEE+-ui2RCRCT2RLREE对差模视为短路。iC2=ICQ-

iCiC1=ICQ+iC因IEE=iC1+iC2=2ICQ（不变）故RL中点视为交流地电位，即每管负载为RL/2。直流电源短路接地。RC+-uo1+-ui1RL2T1半电路差模交流通路1）半电路差模交流通路注意：关键在于对公共器件的处理。○+○-ui1

=-ui2

=uid

/2○-○+2）差模性能指标分析差模输入电阻差模输出电阻差模电压增益注意：电路采用了成倍元件，但电压增益并没有得到提高。半电路差模交流通路RC+-uo1+-ui1RL2T1ii双入双出uo1

=-uo2

=uod

/2双入单端输出与双端输出电路的区别：仅在于对RL的处理上。T1+-+-VCCREEui1uoVEE+-ui2RCRCT2RL不变减小减小RC+-uo1=

uod+-ui1RLT1ii半电路差模交流通路注意：左出（Ｔ１）为负，右出（Ｔ２）为正，电压增益仅为单管共射电路的一半！对臂输出，极性相反！

单入双出单入=双入ui1

=－ui2

=ui/2

④单入双出故：Re对Ie分流极小，可忽略！共模性能分析T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL每管发射极接2REE。iC2=ICQ+

iCiC1=ICQ+iC因IEE=iC1+iC2=2ICQ+2iC则RL对共模视为开路。直流电源短路接地。1）半电路共模交流通路因此REE上的共模电压：2iCREE因为流过RL的共模电流为0。半电路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REE○+○-○-○+ui1

=ui2

=uiCuo1

=uo2双端输出电路2）共模性能指标分析共模输入电阻共模输出电阻共模电压增益电路特点半电路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REE无意义双端输出电路利用对称性抑制共模信号。利用对称性抑制共模信号（温漂）原理：单端输出电路T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL与双端输出电路的区别：仅在于对RL的处理上。不变半电路共模交流通路

RC+-voc1=voc+-vic1=vicT12REERL单端输出电路特点单端输出电路利用REE的负反馈作用抑制共模信号。利用REE抑制共模信号原理：T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL一般射极电阻REE取值较大因此很小。结论无论电路采用何种输出方式，差放都具有放大差模信号、抑制共模信号的能力。差放性能指标—归纳总结

Rid与电路输入、输出方式无关。

Rod仅与电路输出方式有关。

Aud仅与电路输出方式有关。

Auc仅与电路输出方式有关。双端输出单端输出双端输出单端输出双端输出单端输出其中其中共模抑制比

KCMR是用来衡量差分放大器对共模信号抑制能力的一项重要指标，其值越大越好。

定义双端输出电路单端输出电路提高IEE（即增大gm）、增大REE提高KCMR普通差放存在的问题：采用恒流源的差分放大器REEKCMR抑制零点漂移能力但IEEQ点降低输出动态范围T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3其中很大双端输出时单端输出时

任意输入时，输出信号的计算其中其中例：图示电路，已知

=100，ui=20sint(mV)，求uo解：T1VCCREEuiuoVEERCRCT2RL22.6k10k10k(12V)(-12V)（1）分析Q点（2）分析Aud2

、Auc2由于则（3）计算vo由于则掌握：差放组成、特点、基本概念及静动态指标计算3.2电流源电路及其应用直流状态工作时，可提供恒定的输出电流IO。

交流工作时，具有很高输出电阻RO，可作有源负载使用。+-VQ+vRiB恒定iC外电路（电流源电路）+-VQR电流源IO（直流状态）+-R电流源ROu（交流状态）电流源电路特点：对电流源电路要求：直流状态工作时，要求IO精度高、热稳定性好。交流状态工作时，要求RO大（理想情况RO）。利用iB恒定时，iC接近恒流特性而构成。电流源电路原理：3.2.1镜像电流源电路假设T1、T2两管严格配对基本镜像电流源T1VCCiC1RT2IRiC2=IOuBE1

=uBE2

由于根据得知因此，称iC2是iC1的镜像。参考电流由于因此（>>2）当温度变化时，由于、VBE(on)的影响，IO热稳定性降低。

IO精度及热稳定性由得知：当

较小时，IO与IR之间不满足严格的镜像关系，IO精度降低。输出电阻RO由得知：RO=rce2减小

影响的镜像电流源T1VCCiC1RT2IRIOiRET3结构特点T1管c、b之间插入一射随器T3。电路优点减小分流

i，提高IO作为IR镜像的精度。由图整理得式中RO=rce2输出电阻比例式镜像电流源T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2结构特点两管射极串接不同阻值的电阻。电路优点RO增大，IO恒流特性得到改善。由（较大）（较大）得当时得式中微电流源T1VCCRT2IRIOR2iE2令比例镜像电流源中的R1=0

。由式中

根据集成工艺的要求，电阻R不易做太大，故前述电流源的IO只能做到mA量级。得输出电阻电路优点：可提供A量级的电流，且RO大，精度高。6.1概述6.2乙类互补功放6.3其它类型互补功放6.4实用功放读图6.5小结与基本要求06功率放大电路PowerAmplifiersRef:ch8_OutputStagesandPowerAmplifiers3.2在一实际的放大电路中,一般包括电压放大器和功率放大器.

§6.1

概述电压放大器的主要任务：不失真的提高输入信号的电压幅度.

讨论的主要性能指标：小信号工作：小信号等效电路功率放大器的主要任务：给负载提供功率,且在不失真或轻度失真的条件下的提高输出功率.

大信号工作：图解法电压放大功率放大小信号大信号电流放大充分小的功耗尽可能大的动态范围足够低的输出电阻CC一、功放电路特点1．输出功率Po尽可能大

2．效率要高Po大，电路的能量损耗也大3．非线性失真要小大信号工作状态，与Po、是一对矛盾要求Vo和Io都足够大,管子大信号极限条件下运用4．功放管散热和保护问题

(ref:5.5功率器件_Page212)二、功放电路分类

ClassesofPowerAmplifiers根据静态偏置或输出功放管导通角的不同，功放电路可分为四种:甲类(class-A)乙类(class-B)甲乙类(class-AB)丙类(class-C)(ref:P493_ClassCOperation)类别工作点波形导通角特点甲类甲乙类乙类较高较低最低360180180—360无失真效率低失真大效率最高失真大效率较高功放电路分类比较表一、电路(circuit)OCL(OutputCapacitorless)双管：NPN、PNP特性相同且互补

(complementarypairofbipolartransistors)双共集电路双电源供电

6.2乙类互补功放

ClassBcomplementarypush-pulloutputstage又称OCL互补功放二、工作原理(Operation)vi正半周时结论：两个三极管，轮流导电（正、负半周）互补不足忽略三极管的开启电压:T1导电iE1通过RLVi负半周时T2导电iE2通过RL合成完整、不失真波形互补complementary推挽push-pull组合特性分析——图解法负载上的最大不失真电压为Vom=VCC-VCESvo=-vce1．输出功率Po三、参数计算最大不失真功率为：理想最大输出功率为：以正半周为例功率三角形Vom:峰值2．电源供给功率PV3．三极管的管耗PT

问：Vom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Vom求导得出：PT1max发生在Vom=2VCC/=0.64VCC处将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得：4．效率η当Vom=VCC

时，ηmax=π/4=78.5％。四、选管条件1．PCM2．3．PT1max

=0.2PoMvi很小时,在正、负半周交替过零处会出现非线性失真，这个失真称为交越失真。五、存在问题_交越失真(Crossoverdistortion)

为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。参数计算：与乙类功放同

(a)利用二极管提供偏置电压(b)利用三极管恒压源提供偏置甲乙类(classAB)互补功率放大电路6.3其它类型互补功率放大电路

6.3.1单电源互补功放

6.3.2采用复合管的互补功放

6.3.3集成功放

6.3.4BTL互补功放

6.3.5双通道功放6.2.3单电源互补功放OTL（Outputtransformerless)

单电源电容器Co选择：静态:Vk=VCC/2参数计算：OCL公式中以VCC/2取代VCC

LLπ21fRC³(5-10):在下图所示的两个电路中，已知VCC均为6V，RL均为8，且图（a）中的电容C足够大，假设三极管的饱和管压降UCES均可以忽略：①分别估算两个电路的最大输出功率Pom；②分别估算两个电路中直流电源消耗的功率PV。③三极管的最大功耗分别等于多少？④流过三极管的最大集电极电流分别等于多少？⑤三极管集电极和发射极之间承受的最大电压分别等于多少？⑥为了在负载上得到最大输出功率Pom，输入端应加上的正弦电压有效值分别等于多少？例

6.3.2采用复合管的互补功放

当输出功率较大时往往采用复合管复合管有四种形式：达林顿管(Darlington)：由NPN、PNP复合而成。复合管极性=前面管极性

6.3.3集成功率放大器广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。大多数集成功率放大器=运算放大器+互补功率输出。使用方法原则上与集成运放相同，注意极限参数（功耗、最大允许电源电压等）一般加有足够大的散热器作业：电路如图，已知VCES=1V，RL=8Ω，VCC=15V1、当vi(t)足够大时的Pomax，ηmax2、D1，D2的作用是什么？3、静态时K点对地电位VK

为多少？4、当vi(t)>0时，是T1管导通还是，T2管导通5、当vi(t)=100sinωt（mV），且

AV3=-20时，Po=？PC=？η=？通用集成运放F007内部电路简介（一）、F007电路的外表及外接电路双列直插式封装：圆形外壳封装：外接电路：调零电阻F007内部电路图：第四章放大器基础（二）、识图步骤：读图的方法：读图就是看懂电子电路的原理，弄清它的组成及功能，进而进行必要的定量估算。

由于电子电路是对信号进行处理的电路。因而读图时应以信号流向为主线，以基本单元电路为依据，沿主要通路，将整个电路划分成具有独立功能的若干部分进行分析。前面我们学习了二极管、三极管、场效应管等器件，以及由它们构成的电压电流放大器、功率放大器、差分放大器等单元电路。今天我们通过对F007电路的了解来复习、巩固、深化所学知识，并把认识从孤立的单元上升到实际电路的目的。第四章放大器基础具体步骤如下：1、了解用途、找出通路：

为有助于弄清电路的工作原理，避免走弯路，读图前，应先了解电路用于何处，起什么作用。在此基础上，找出信号的传输通路，由于信号的流通枢纽是有源器件，因此应以它为中心连线查找。2、对照单元、化整为零：

通路找出后，电路的主要部分就显露出来了，为此对照所学的基本单元电路，将原理图分成若干个具有单一功能的部分，画出单元框图，并定性分析每个部分的工作原理及功能。3、统观整体，估算性能：

沿信号流向，用带箭头的线段把单元框图连接成整体框图，由此可看出各单元怎样配合起来实现电路功能的。最后对各单元电路的性能进行定量的估算。以得到整个电路的性能指标。进而加深对电路的认识，找到影响性能的主要环节，为调试、维修，甚至改进打下基础。第四章放大器基础了解用途、找出通路：

找出信号的传输通路，由于信号的流通枢纽是有源器件，因此应以它为中心连线查找。返回简化电路图第四章放大器基础简化电路图：返回第四章放大器基础对照单元、化整为零：

通路找出后，电路的主要部分就显露出来了，为此对照所学的基本单元电路，将原理图分成若干个具有单一功能的部分，画出单元框图，并定性分析每个部分的工作原理及功能。第四章放大器基础中间电压放大级和输出功放级返回第四章放大器基础统观整体，估算性能：

沿信号流向，用带箭头的线段把单元框图连接成整体框图，由此可看出各单元怎样配合起来实现电路功能的。最后对各单元电路的性能进行定量的估算。以得到整个电路的性能指标。进而加深对电路的认识，找到影响性能的主要环节，为调试、维修，甚至改进打下基础。多级放大器的分析方法第四章放大器基础多级放大器的分析方法

F007集