差动放大电路

差动放大电路第1页，共64页，2023年，2月20日，星期四对零漂的抑制u0

=uC1

-uC2

=0u0

=uC1-uC2=0ui1=ui2

=0（静态）时：温度变化时：完全靠电路结构对称抑制零漂的能力有限加射极负反馈电阻RERCRCu0T1T2+UCCR1RBR1RBui1ui2第2页，共64页，2023年，2月20日，星期四二.差动放大电路

1.静态分析

（Analysisstatic）IB

=UEE-UBERB+（+1)×2RE

IBICUC=UCC－IC×RC

UCUEUCEUE=－IB×RB－UBE

-UEERE+UCCET1T2RBRCRCRBCC第3页，共64页，2023年，2月20日，星期四2.动态分析输入信号种类T1T2-UEERE+UCCERBRCRCRBu0ui2ui1ui1

=-ui2差模输入(differentialmode)udui1

=ui2共模输入(commonmode)uC任意输入ui1,

ui2（既非差模又非共模）第4页，共64页，2023年，2月20日，星期四T1T2-UEERE+UCCERBRCRCRBu0ui2ui1共模电压放大倍数:

uod1-uod2uoduiAud

==ui1-(-ui2)=ui1-(-ui2)A1[ui1-(-ui2)]=A1差模电压放大倍数:Differential-modeVoltagegainu0

ui1-ui2Auc

==0第5页，共64页，2023年，2月20日，星期四三.差动放大电路的输入输出方式2单端输出：Ad

=Ad11双端输出：Ad=Ad1四种: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差模电压放大倍数-UEE+UCCRBRCRCRBOut1In1IC3Out2In2第6页，共64页，2023年，2月20日，星期四10.2

集成运算放大器10.2.1

集成运算放大器简介集成电路：是60年代初发展起来的，利用氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等集成工艺，将整个电路的所有元件及导线集中制做在一小块半导体基片上，成为不可分割的整体。集成电路集成电路是相对分立电路而言的。分立电路：是由各种单个元件联接起来的电路。第7页，共64页，2023年，2月20日，星期四双列直插式圆壳式集成电路成品（组件）外形工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。1.集成电路的优点第8页，共64页，2023年，2月20日，星期四2.集成内部电路的特点1）单个元件精度不高，受温度影响也较大，但所有元器件由同一工艺做成，性能参数一致性、对称性好，温度均一性好，适于组成差动电路。2）电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到30千欧，精度低。高值电阻用三极管有源元件代替或外接。第9页，共64页，2023年，2月20日，星期四3）大电容和电感不易制造。几十Pf以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。电感只限极小（微亨以下）的数值，一般尽量避免使用。4）二极管一般用三极管的发射结代替。第10页，共64页，2023年，2月20日，星期四3.集成电路的分类超大规模集成电路按集成度小规模集成电路(<1百个元器件）中规模集成电路（1百~1千）大规模集成电路（1千~1万）（在几十平方毫米的芯片上制有上百万个元件）集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源等。按功能数字集成电路模拟集成电路：第11页，共64页，2023年，2月20日，星期四二.集成运算放大器集成运算放大器是一个高增益的直接耦合放大电路，简称集成运放。1.集成运放的组成偏置电路uoui输入级中间级输出级第12页，共64页，2023年，2月20日，星期四F004Inputgrade集成运放-UEE+UCC

u+uo

u-反相端同相端T3T6T7T1T2T3T4T8T9T5RLMiddlegradeOutputgradeInvertinginputNoninvertinginputOutput第13页，共64页，2023年，2月20日，星期四输入级：零点漂移小、KCMR大、输入阻抗ri大。输出级：带负载能力强，输出电流io足够大，输出阻抗ro小。中间级：足够大的电压放大倍数。偏置电路uoui输入级中间级输出级第14页，共64页，2023年，2月20日，星期四2.集成运算放大器的主要参数3.Symbol＋＋

u－

u+uoAriKCMRro

A:很大，104以上-107。:很高，几十K几百K。:很大,>80dB，越大表明对噪声、干扰、漂移的抑制能力强。：小,几十-几百。(Mostly

parameterofOp-Amp)u－u+

uo＋旧符号(OldSymbol)第15页，共64页，2023年，2月20日，星期四uiuoA很大，线性范围很小，必须加负反馈才能工作于线性区。uiuo_++A4.电压传输特性uo

=f(ui)+UOM正饱和区-UOM负饱和区线性区第16页，共64页，2023年，2月20日，星期四5.集成运放的应用6.集成运放的分析方法*

线性应用：信号运算、有源滤波、电压--电流转换与信号测量等。*

非线性应用：信号处理、信号发生等。*实际运放的开环放大倍数很大，输入电阻极高，输出电阻极低，与理想运放相近，分析时按理想运放处理。理想运放

riKCMR

ro

0A

第17页，共64页，2023年，2月20日，星期四*

线性与非线性应用中的集成运放分析方法不同。线性应用中的集成运放必须接有深度负反馈，其特点为：虚短路与虚开路是分析线性运算放大电路输出与输入关系的依据。由理想化运放uoL=

uo输出电压不受负载的影响。虚短路虚开路第18页，共64页，2023年，2月20日，星期四10.2.2

信号运算电路一.反相比例运算电路

i1=i2_++RFR1RPuiuoi1i2虚地Virtualground第19页，共64页，2023年，2月20日，星期四平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等。RP=R1//RF_++RFR1RPuiuo当

R1=RF时：该电路称为反相器。第20页，共64页，2023年，2月20日，星期四二.同相比例运算电路u-=u+=uii2=i1RFR1RPuiuo_++i2i1第21页，共64页，2023年，2月20日，星期四电压跟随器_++RF=0uiuo其作用与射极输出器相同，电压跟随性能好。第22页，共64页，2023年，2月20日，星期四三.反相加法运算电路i11i12iFuoRP_++RFR11R12ui2ui1第23页，共64页，2023年，2月20日，星期四四.同相加法运算电路u+

~ui1、ui2？R1RF++ui1+_uoR21R22ui2-第24页，共64页，2023年，2月20日，星期四五.减法运算电路解出：uoR2_++RFR1R1ui2ui1RF=R2

第25页，共64页，2023年，2月20日，星期四求:电路输出与输入间的关系式。课堂练习1i3Ai1i2i4uiuoR_++R1R2R3R4uii1==i2

R1i2=uAR2-

i2=i3+i4i3=uA-uoR3i4=uAR4uo=1R1ui(R2+R3+

R2R3R4-)uA=f(ui)第26页，共64页，2023年，2月20日，星期四课堂练习2求:三运放电路输出与输入间的关系式。++A1-+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+R1R1-+A3R2R2uo+第27页，共64页，2023年，2月20日，星期四课堂练习2++A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+第28页，共64页，2023年，2月20日，星期四课堂练习2uo1uo2R1R1-+A3R2R2uo+第29页，共64页，2023年，2月20日，星期四六.微分运算电路i1iFuiuoR2C_++RuitUu0t第30页，共64页，2023年，2月20日，星期四uiuoR2C_++RF课堂练习3R1求图示电路输出与输入的关系式。i1iFiC比例-微分运算电路（PD调解器）第31页，共64页，2023年，2月20日，星期四七.积分运算电路i1iFuiuoR2C_++R第32页，共64页，2023年，2月20日，星期四若输入为一直流电压，输出将反向积分，输出饱和经过的时间。tu0tuiU-UomTM输出饱和所需时间i1iFuiuoR2C_++R第33页，共64页，2023年，2月20日，星期四tuituo输入为方波时，可输出三角波。应用举例1i1iFuiuoR2C_++R第34页，共64页，2023年，2月20日，星期四组成比例-积分运算电路（PI调解器）比例-积分-微分运算电路（PID）如何构成？i1iFuiuoR2C_++RFR1课堂练习2第35页，共64页，2023年，2月20日，星期四比例-积分-微分运算电路（PID）uiRFuoR2C1_++R1C2i1iFiC1第36页，共64页，2023年，2月20日，星期四i1i2iFi3uiuoRC2_++AR1C1R2R3比例-积分-微分运算电路（PID）duidtui

dt

R2R3C1R1R1C21++uo=-[(

+

+

)uiR3R1R1C2R3C1R2R1

ii=iF=i2+i3第37页，共64页，2023年，2月20日，星期四10.2.3

信号处理电路

-----集成运放的非线性应用一.非线性运放电路*集成运放处于开环或外接正反馈。uoui_++-UOM+UOMuoui第38页，共64页，2023年，2月20日，星期四二.集成运放工作在处于非线性区的特点1.虚短路不成立3.输出电阻仍可以认为是0u+>u-uo=+UoMu+<u-uo=-UoMu+=u-2.输入电阻仍可以认为很大i+=i-=0第39页，共64页，2023年，2月20日，星期四uoui0+U0m-U0m三.电压比较器对两个输入电压的大小进行比较，在输出端显示比较结果；两个输入电压中一个为参考（基准）电压，另一个是被比较的输入信号电压;用于模拟和数字电路的接口电路。1.零电压比较器uoui_++第40页，共64页，2023年，2月20日，星期四tuo应用----波形变换uoui_+++Uom-Uom将任意波形变换为距形波。tui第41页，共64页，2023年，2月20日，星期四2.电压(单限)比较器uoui0+Uom-UomURuoUR+-+uiu+>u-uo=+UoMu+<u-uo=-UoM第42页，共64页，2023年，2月20日，星期四温度高时热敏电阻R3阻值变小，ui增大到>

UR，uo=+UoM

晶体管饱和导通。KA动作切除加热电源。++uouiKAURRR2R1+UccR4R3T应用---复印机热辊过温保护电路第43页，共64页，2023年，2月20日，星期四3.迟滞比较器电路结构：在过零比较器或电压比较器电路中引入正反馈。因输入输出电压传输特性曲线具有迟滞回线的形状而得名。uoui0Uom-UomU+HU+LUR++RR2R1uiuo第44页，共64页，2023年，2月20日，星期四1.当uo正饱和时2.当uo负饱和时工作原理UR++uoRR2R1ui第45页，共64页，2023年，2月20日，星期四传输特性曲线U+H-U+L称为回差小于回差的干扰不会引起跳转。uoui0Uom-Uom下行的迟滞比较器U+HU+LUR++uoRR2R1ui下限阈值电压上限阈值电压第46页，共64页，2023年，2月20日，星期四tuiU+HU+LtuoUom-Uom输入为正弦波UR++uoRR2R1ui第47页，共64页，2023年，2月20日，星期四？如何计算上下限用UZ代替Uom！为稳定输出电压，可在输出端加双向稳压管。UZUR++uoRR2R1uituoUZ-UZ第48页，共64页，2023年，2月20日，星期四10.2.4信号发生电路oscillator信号发生电路：不需外加输入信号便能自动产生各种周期性变化的波形（又称波形产生电路）。(产生矩形波、三角波、锯齿波等)Type非正弦信号发生器正弦信号发生器用途：作测量、计算技术、自动控制和无线电技术领域的信号源。第49页，共64页，2023年，2月20日，星期四电路结构由下行迟滞比较器与R-C

充放电回路组成。UR上下限：一.方波发生器UR++uoRR2R1uiR1R2C+Ruo++第50页，共64页，2023年，2月20日，星期四工作原理：此时，输出给C充电!U+Huc0tR1R2C+Ruo++1.设

uo=+Uom则：u+=U+H第51页，共64页，2023年，2月20日，星期四一旦

uc>U+H

,就有u->u+

uo立即由＋Uom变成－Uom

!tuoUom-Uom在

uc<U+H

时，uo保持+Uom

不变；工作原理：U+Huctu-<u+,+++R1R2CRuo第52页，共64页，2023年，2月20日，星期四C经输出端放电U+L2.当uo=-Uom时：u+=U+L工作原理：uc达到U+L时，uo上翻。U+HuctR1R2C+Ruo++第53页，共64页，2023年，2月20日，星期四Uomuc0t-UomU+Huc0tU+LR1R2C+Ruo++当uo重新回到＋Uom

以后，电路又进入另一个周期性的变化：第54页，共64页，2023年，2月20日，星期四T=2RCln(1+)2R1R2f=1/T3.周期与频率的计算R1R2C+Ruo++TU+HucU+LUomuOt-Uom第55页，共64页，2023年，2月20日，星期四点b是电位器RW

的中点，点a和点c是b的上方和下方的某点。试定性画出点电位器可动端分别处于a、b、c三点时的uo～uc

相对应的波形图。思考题RWR1R2C+ucuoD1D2abc++第56页，共64页，2023年，2月20日，星期四正弦波发生器又称正弦波振荡器，与放大器的区别在于：二.正弦波发生器振荡器：不外加输入信号就有信号输出。放大器：有外加输入信号才有信号输出。

振荡器是怎样振荡起来的，输入信号从何而来呢？1.产生自激振荡的条件FA放大器反馈网络XoXiXdXf第57页，共64页，2023年，2月20日，星期四A=XdXoF=XoXfXd=Xi+Xf=Xf振荡时：Xi=0XoA===XdXoXfF1AF=1

要有足够的反馈量Xf=Xi

xf与xi同相位----正反馈自激振荡条件：AF=1幅值=0相位FA放大器反馈网络XoXiXdXf第58页，共64页，2023年，2月20日，星期四2.自激振荡过程含有一系列频率不同正弦分量的非正弦信号振荡电路接通电源时输入端必激起一微小的扰动信号（起始信号）选频电路选出满足自激振荡相位条件的正弦分量该正弦分量被放大后又被反馈电路送回输入端---放大Uf>UiAF>1如此反复循环输