1模擬與數(shù)字電子電路基礎(chǔ)

26.1集成運(yùn)放的基本組成6.2集成運(yùn)放中的偏置電路6.3差動(dòng)放大電路6.4功率放大電路6.5集成運(yùn)算放大電路第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)36.1集成運(yùn)放的基本組成第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)

集成電路（IntegratedCircuit，IC）是采用半導(dǎo)體制造工藝將一個(gè)含有二極管、三極管、電阻和電容等元件以及它們之間的連線集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成一個(gè)具有特定功能的完整電路。與分立元件組成的電路比較，他具有元件集成度高，體積小，重量輕，耗電省，成本低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。46.1集成運(yùn)放的基本組成第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)

集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。集成電路分類模擬集成電路數(shù)字集成電路集成運(yùn)算放大器、集成功率放大器、集成穩(wěn)壓電源、集成A/DD/A等。56.1集成運(yùn)放的基本組成第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)

集成運(yùn)放的內(nèi)部電路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高放大倍數(shù)多級(jí)直接耦合放大電路。通常由差動(dòng)放大電路構(gòu)成，目的是為了減小放大電路的零點(diǎn)漂移、提高輸入阻抗。66.1集成運(yùn)放的基本組成第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)通常由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)。76.1集成運(yùn)放的基本組成第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)通常由互補(bǔ)對(duì)稱電路構(gòu)成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負(fù)載能力。86.1集成運(yùn)放的基本組成第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)一般由各種恒流源電路構(gòu)成，作用是為上述各級(jí)電路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。96.2集成運(yùn)放的偏置電路第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)

集成運(yùn)放常用的恒流源有：鏡像電流源和微電流源。偏置電路：為各級(jí)放大電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，一般由恒流源電路構(gòu)成。106.2集成運(yùn)放的偏置電路第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)恒流源的基本思想

IC恒定

IB恒定

VBE恒定116.2集成運(yùn)放的偏置電路第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)恒流源的基本思想負(fù)載為RC，缺點(diǎn)：1.受電源波動(dòng)影響大；

2.電阻過(guò)多126.2集成運(yùn)放的偏置電路第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)VT1，VT2具有相同的輸出輸入特性，參數(shù)一致+UCCRUBE1VT1VT2UBE2+-+-IC2IC1IREF2IBIB2IB16.2.1鏡像電流源由電路對(duì)稱當(dāng)滿足

2時(shí)，IC2作為提供給某個(gè)放大器的偏置電流。136.2集成運(yùn)放的偏置電路第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)+UCCRUBE1VT1VT2UBE2+-+-IC2IC2IREF2IBIB2IB16.2.1鏡像電流源溫度補(bǔ)償特性：

VBE

T

IC

IB

IC

IREF

IB

146.2集成運(yùn)放的偏置電路第6章集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)VT1，VT2具有相同的輸出輸入特性，參數(shù)一致6.2.2微電流源+UCCRVT1VT2IC2IC1IREFR2156.2集成運(yùn)放的偏置電路6.2.3電流源作有源負(fù)載共射電路的電壓增益為：

對(duì)于此電路Rc就是鏡像電流源的交流電阻，因此增益為比用電阻Rc作負(fù)載時(shí)提高了。放大管鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源166.3差動(dòng)（分）放大電路1.直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移問(wèn)題

直接耦合放大電路

零點(diǎn)漂移問(wèn)題可以放大直流信號(hào)零漂：輸入短路時(shí)，輸出 仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。主要原因：溫度變化引起，也稱溫漂。溫漂指標(biāo)：溫度每升高1度時(shí)，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。電源電壓波動(dòng)也是原因之一沒(méi)有電容、變壓器176.3差動(dòng)（分）放大電路A1vivo103A2vivo105答：兩個(gè)放大電路是否都可以放大0.1mV的信號(hào)？增加了Re電壓增益輸出漂移電壓均為200mV輸出漂移電壓均為200mV輸入端漂移電壓為0.2mV輸入端漂移電壓為0.002mVA1不可以，A2可以18例如若第一級(jí)漂了100uV，則輸出漂移1V。

若第二級(jí)也漂了100uV，則輸出漂移10mV。假設(shè)

第一級(jí)是關(guān)鍵！

減小零漂的措施

用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償

調(diào)制解調(diào)方式。如“斬波穩(wěn)零放大器”

采用差分式放大電路漂了100uV漂移

10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV196.3差動(dòng)（分）放大電路差分的基本概念+-vi1+-vi2-+

差分功能：實(shí)現(xiàn)2個(gè)信號(hào)相減同相輸入端反相輸入端+-vo兩個(gè)輸入端任何共有信號(hào)因?yàn)橄鄿p而抵消，不影響輸出電壓206.3差動(dòng)（分）放大電路6.3.1長(zhǎng)尾式差動(dòng)（分）放大電路大小相等，方向也相同另外：Re相當(dāng)于2Re

iE

=2

iE1=2

iE2216.3差動(dòng)（分）放大電路

差模與共模：+-vi1+-vi2+-vo+-vid-+差模信號(hào)共模信號(hào)差分的基本概念226.3差動(dòng)（分）放大電路

差模與共模：+-vi1+-vi2+-vo+-vid-+差模信號(hào)共模信號(hào)差分的基本概念任何輸入信號(hào)都可以分解為共模輸入信號(hào)和差模輸入信號(hào)分量23

謝謝各位ThankYou246.3差動(dòng)（分）放大電路

差模與共模：+-vi1+-vi2+-vo+-vid-+差模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)

分析：疊加定理差分的基本概念256.3差動(dòng)（分）放大電路

差模與共模：+-vi1+-vi2+-vo+-vid-+差模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)共模抑制比反映抑制零漂能力差分的基本概念總輸出電壓266.3差動(dòng)（分）放大電路6.3.1長(zhǎng)尾式差動(dòng)（分）放大電路276.3差動(dòng)（分）放大電路6.3.1長(zhǎng)尾式差動(dòng)（分）放大電路注意：靜態(tài)分析電路對(duì)稱T放大的條件：Je正偏、Jc反偏vi1=vi2=0（靜態(tài)）

Je正偏

T放大

Jc反偏vo

=VC1-

VC2=0

實(shí)現(xiàn)：0輸入

0輸出286.3差動(dòng)（分）放大電路6.3.1長(zhǎng)尾式差動(dòng)（分）放大電路動(dòng)態(tài)分析——

輸入差模信號(hào)大小相等，方向相反另外：Re相當(dāng)于短路

iE

=0296.3差動(dòng)（分）放大電路6.3.1長(zhǎng)尾式差動(dòng)（分）放大電路動(dòng)態(tài)分析——

輸入共模信號(hào)大小相等，方向也相同另外：Re相當(dāng)于2Re

iE

=2

iE1=2

iE2306.3差動(dòng)（分）放大電路6.3.1長(zhǎng)尾式差動(dòng)（分）放大電路動(dòng)態(tài)分析思路（1）小信號(hào)等效電路法（2）運(yùn)用疊加原理（3）利用對(duì)稱特點(diǎn)， 轉(zhuǎn)化為單邊電路求解。（4）四種接法a.雙端輸入、雙端輸出b.雙端輸入、單端輸出c.單端輸入、雙端輸出d.單端輸入、單端輸出電阻Re和RL316.4功率放大電路

功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級(jí)，去推動(dòng)負(fù)載工作。例如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。例：

擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大電壓放大信號(hào)提取326.4功率放大電路6.4.1功率放大電路的特點(diǎn)最大輸出功率Pom1.主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換效率

功放提供給負(fù)載的交流信號(hào)功率稱為輸出功率。Po＝IoUoIo,Uo

----交流信號(hào)有效值PV----電源提供的直流功率不失真的前提下越大越好。336.4功率放大電路6.4.2甲類功率放大電路直流負(fù)載線交流負(fù)載線ICMUOMUCEQICQQ點(diǎn)置于負(fù)載線中部晶體管在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通，稱為甲類放大。VCCQicUCES346.4功率放大電路(1)電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)io雙電源供電。輸出端不加隔直電容。6.4.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路

（OCLOutputCapacitorLess電路）基極輸入射極輸出

負(fù)載

NPN型PNP型RLui-VCC+VCCT1T2uo35ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;ui-VCCT1T2uo+VCCRLioiL=ic2因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：ui=0V

T1、T2均不工作

uo=0V(2)工作原理（設(shè)ui為正弦波）6.4.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路

（OCLOutputCapacitorLess電路）36（1）效率較高（2）靜態(tài)電流

ICQ、IBQ等于零；（3）每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期；（4）存在交越失真。

乙類放大的特點(diǎn)：6.4.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路

（OCLOutputCapacitorLess電路）37乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:死區(qū)電壓uiuou"ou′o

′tttt交越失真：輸入信號(hào)ui在過(guò)零前后，因三極管存在開啟電壓而形成輸出信號(hào)的非線性失真便為交越失真。交越失真+VCC-VCCuiiLRLT1T2AOCL電路386.4.4甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路在于晶體管特性存在非線性，ui

<uon時(shí)晶體管截止。iBiBuBEtuitUon交越失真產(chǎn)生的原因396.4.4甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路R1D1D2R2+VCC-VCCULuiiLRLT1T2UB1、B2=UD1+UD2

T1、T2處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)。雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路用二極管給三極管提供偏置消除交越失真①靜態(tài)時(shí)②動(dòng)態(tài)時(shí)負(fù)半周:T1截止，T2

良好導(dǎo)通正半周:

T2截止，T1良好導(dǎo)通406.4.4甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路uB1tUontiBIBQ甲乙類放大的波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。

iCQuceVCC/RLVCCIBQ兩管導(dǎo)通時(shí)間均大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期，這種工作方式稱為“甲乙類放大”。416.4.5復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。

1

2復(fù)合NPN型426.4.5復(fù)合管晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型436.5集成運(yùn)算放大電路＋－u-－u+uo集成運(yùn)算放大器符號(hào)國(guó)際符號(hào)：國(guó)內(nèi)符號(hào)：集成運(yùn)放的特點(diǎn)：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小反相輸入端同相輸入端輸出端446.5集成運(yùn)算放大電路6.5.1集成運(yùn)算放大電路內(nèi)部的組成

１.原理電路：輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)45通用型集成運(yùn)放F007AB輸入級(jí)中間級(jí)偏置輸出級(jí)46通用型集成運(yùn)放F007AB輸入級(jí)T1、T2和T3、T4管組成共集一共基復(fù)合差動(dòng)輸入電路。其中T1和T2管作為射極輸出器，輸入電阻高。

T3

和T4管是橫向PNP管，發(fā)射結(jié)反向擊穿電壓高，可使輸入差模信號(hào)達(dá)到30V以上。T5、T6、T7

和R1

、R2

、R3組成具有基極補(bǔ)償作用的鏡象電流源，作為差動(dòng)輸入級(jí)的有源負(fù)載，可以提高輸入級(jí)的增益。它們同時(shí)還有單端輸出轉(zhuǎn)換為雙端增益的功能。47通用型集成運(yùn)放F007AB偏置T12、R5和T11構(gòu)成了主偏置電路，產(chǎn)生基準(zhǔn)電流：

其他偏置電流都與基準(zhǔn)電流有關(guān)。T10、T11和R4組成微電流源，通過(guò)T8和T9組成的鏡象電流源為差動(dòng)輸入級(jí)提供偏置電流。T12和T13管構(gòu)成多支路電流源。T13管是多集電極三極管，其集電極電流和的大小比例為3:1。B路作為中間級(jí)的有源負(fù)載。A路為輸出級(jí)提供偏置。48通用型集成運(yùn)放F007AB中間級(jí)T16和T17是復(fù)合管組成的共射放大電路，T13B作這一級(jí)的集電級(jí)有源負(fù)載。49通用型集成運(yùn)放F007AB輸出級(jí)T14和T20管組成互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)，T18、T19和R8為其提供靜態(tài)偏置以克服交越失真。T15和R9保護(hù)T14管，使其在正向電流過(guò)大時(shí)不致燒壞。T21、T23、T22管和R10保護(hù)T20管在負(fù)向電流過(guò)大時(shí)不致燒壞。506.5集成運(yùn)算放大電路6.5.2集成運(yùn)算放大電路的主要參數(shù)

1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Aod

：無(wú)反饋時(shí)的差模電壓增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益運(yùn)放可達(dá)140dB以上。

2.輸入失調(diào)電壓UIO

輸入電壓為零時(shí)，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對(duì)稱性的指標(biāo)。516.5集成運(yùn)算放大電路6.5.2集成運(yùn)算放大電路的主要參數(shù)

3.輸入失調(diào)電壓溫漂

dUIO/dT

在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。

4.輸入偏置電流IIB

：輸入電壓為零時(shí)，運(yùn)放兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值，用于衡量差分放大對(duì)管輸入電流的大小。526.5集成運(yùn)算放大電路6.5.2集成運(yùn)算放大電路的主要參數(shù)

5.輸入失調(diào)電流

IIO

：在零輸入時(shí)，差分輸入級(jí)的差分對(duì)管基極電流之差，用于表征差分級(jí)輸入電流不對(duì)稱的程度。

6.輸入失調(diào)電流溫漂dIIO/DT:

在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。536.5集成運(yùn)算放大電路6.5.2集成運(yùn)算放大電路的主要參數(shù)

7.最大差模輸入電壓Uidmax

運(yùn)放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過(guò)此電壓時(shí),差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。8.最大共模輸入電壓Vicmax

在保證運(yùn)放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過(guò)此值時(shí)，輸入差分對(duì)管出現(xiàn)飽和，放大器失去共模抑制能力。546.5集成運(yùn)算放大電路6.5.2集成運(yùn)算放大電路的主要參數(shù)

9.差模輸入電阻rid

：雙極型管輸入級(jí)約為105～106歐姆，場(chǎng)效應(yīng)管輸入級(jí)可達(dá)109歐姆以上。

10.共模抑制比

KCMR

：

KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高達(dá)180dB。556.5集成運(yùn)算放大電路6.5.2集成運(yùn)算放大電路的主要參數(shù)

11.－3dB帶寬

fH

：

運(yùn)放的差模電壓放大倍數(shù)在高頻段下降3dB所定義的帶寬fH

。

12.轉(zhuǎn)換速率SR(壓擺率)：反映運(yùn)放對(duì)于快速變化的輸入信號(hào)的響應(yīng)能力。轉(zhuǎn)換速率SR的表達(dá)式為

566.5集成運(yùn)算放大電路6.5.3理想集成運(yùn)算放大電路1理想運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)

所謂理想運(yùn)算放大器就是指集成運(yùn)算放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，這些指標(biāo)主要有：Aud=∞Rid=∞Ro=0KCMR=∞帶寬BW→∞

這些指標(biāo)實(shí)際運(yùn)算放大器是不可能達(dá)到的，但在實(shí)際分析運(yùn)算放大器電路時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，采用理想化指標(biāo)來(lái)分析，既可簡(jiǎn)化分析的過(guò)程，得到的結(jié)果與實(shí)際測(cè)量的結(jié)果之間誤差不大，所以，在實(shí)際分析運(yùn)算放大器電路，很多時(shí)候都把運(yùn)算放大器當(dāng)成理想運(yùn)算放大器來(lái)分析。576.5集成運(yùn)算放大電路6.5.3理想集成運(yùn)算放大電路2理想運(yùn)算放大器在線性時(shí)的特性

理想運(yùn)算放大器在線性時(shí)的特性是指理想運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)顯現(xiàn)的一些特點(diǎn)，運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)是指其輸出電壓與兩個(gè)輸入端電壓之間存在線性放大關(guān)系即Uo=Aud(U+-U-)

式中：Uo表示輸出端電壓；

U+表示同相端輸入電壓，即從該端輸入信號(hào)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相同；

U－反相輸入電壓，即從該端輸入信號(hào)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。

＋－u-－u+uo586.5集成運(yùn)算放大電路6.5.3理想集成運(yùn)算放大電路2理想運(yùn)算放大器在線性時(shí)的特性

根據(jù)理想運(yùn)算放大器的Aud→∞，Uo/(U+

－U-)=Aud，相對(duì)一定值的Uo，U+

－U-≈0。

即：U+=U－。這表明理想運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端之間的電壓近似為零，兩端電位近似相等，這與電路中短路的情形類似，但由于在電路結(jié)構(gòu)中，運(yùn)算放大器兩輸入端并未真正短路，因此把這種情形稱為“虛短”。

根據(jù)理想運(yùn)算放大器的差模輸入電阻rid→∞，因此，流入兩輸入端的電流I+=I－≈0。這如同電路被斷開的情形，但又不是實(shí)際被斷路，這種情形稱為“虛斷”?！疤摱獭焙汀疤摂唷笔抢硐脒\(yùn)算放大器工作在線性區(qū)的兩個(gè)重要特點(diǎn)。596.5集成運(yùn)算放大電路6.5.3理想集成運(yùn)算放大電路3理想運(yùn)算放大器在非線性時(shí)的特性

理想運(yùn)算放大器在非線性時(shí)的特性是指理想運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)時(shí)的特性

作為一個(gè)放大器，當(dāng)輸入信號(hào)足夠大時(shí)，運(yùn)算放大器中的三極管將工作在飽和狀態(tài)，這時(shí)輸出電壓不隨輸入電壓變化圖中實(shí)線部分是運(yùn)算放大器非線性的特性，虛線部分是理想運(yùn)算放大器非線性的特性。

當(dāng)U+＞U－時(shí)，Uo=+Uom當(dāng)U－＞U+時(shí)，Uo=-Uom)

Uom為輸出電壓的最大值。

606.5集成運(yùn)算放大電路6.5.3理想集成運(yùn)算放大電路3理想運(yùn)算放大器在非線性時(shí)的特性在非線性區(qū)，輸