第4章模拟电子技术课件.ppt

第第4章章集成运算放大器集成运算放大器4.1直接偶合放大器存在的问题直接偶合放大器存在的问题4.2差动放大电路差动放大电路4.3差动放大电路的另外几种接发差动放大电路的另外几种接发4.4集成运算放大器集成运算放大器4.5集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数4.1直接耦合放大器存在的问题直接耦合放大器存在的问题1.偶合工作点的相互影响偶合工作点的相互影响在直接耦合放大器中,由于级与级之间无隔直(流)电容,因此各级的静态工作点相互影响,从而要求在设计电路时,合理安排,使各级都有合适的静态工作点。若将直接耦合放大器的输入端短路（ui=0）,理论上讲,输出端应保持某个固定值不变。然而,实际情况并非如此,输出电压往往偏离初始静态值,出现了缓慢的、无规则的漂移,这种现象称为零点漂移。4.2差动放大电路差动放大电路4.2.1电路组成与演示电路组成与演示1电路组成电路组成图4.1为典型差动放大电路,它是由两个完全对称的共发射极电路组成的。图4.1典型差动放大电路2抑制零漂演示抑制零漂演示1)演示过程(1)当将两输入端与地连接即ui=0时,将万用表直流电压挡接在输出端,此时会发现,万用表的指针几乎不动,即UO=0。(2)若用一只手捏住一只管子的管壳时,你会发现,万用表的指针慢慢偏转,说明此时的输出电压已经不为零了,如图4.3所示。图4.2零输入时零输出(3)若用两只手分别捏住两只管子的管壳（相当于给两只管子同时加热）时,万用表的指针指向零,说明输出电压为零,如图4.4所示。图4.3一只手捏住管壳图4.4两只手捏住管壳2)演示现象分析在演示步骤(1)中,输入信号为零,即ui1=ui2=0,放大电路处于静态,由于电路完全对称,因此IBQ1=IBQ2=IBQIEQ1=IEQ2=IEQ ICQ1=ICQ2=ICQUCQ1=UCQ2=UCCICQRc UO=UCQ1UCQ2=04.2.2差动放大电路的性能分析差动放大电路的性能分析从理论上讲,差放电路的参数是对称的,因此,在分析时,为了方便,可采用如图4.5所示的差放电路。1.静态工作点的计算静态工作点的计算当输入信号为零时,放大电路的直流通路如图4.6所示,由基极回路可得直流电压方程式为(4.1)(4.2)(4.3)(4.4)(4.5)(4.6)图4.5无调零电位器的差放电路图4.6直流通路2动态性能分析动态性能分析1）输入信号的类型在放大器两输入端分别输入大小相等、相位相反的信号,即ui1=-ui2时,这种输入方式称为差模输入,所输入的信号称为差模输入信号。差模输入信号用uid来表示。差模输入电路如图4.7所示,由图可得(4.7)共模输入信号常用uic来表示。共模输入电路如图4.8所示,由图可得(4.8)共模信号为两输入信号的算术平均值,用uic表示,即(4.10)(4.9)差模信号为两输入信号之差,用uid表示,即(4.11)(4.12)图4.7差模输入电路图4.8共模输入电路2）对差模信号的放大作用图4.9所示,由图可以看出,当从两管集电极取电压时,其差模电压放大倍数表示为(4.13)当在两个管子的集电极接上负载RL时,图4.9差模输入时的交流通路(4.14)其中由电路可得差模输入电阻为（4.15）电路的两集电极之间的差模输出电阻为（4.16）3)对共模信号的抑制作用图4.10共模输入时的交流通路4.2.3具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路恒流源差放电路如图4.11所示,V3、R1、R2、R3构成恒流源。（4.17）（4.18）图4.11恒流源差动放大电路图4.2.4衡衡量量差差动动放放大大电电路路的的性性能能指指标标共共模模抑抑制制比比实际应用中,差动放大电路两输入信号中既有差模信号成分,又有无用的共模输入成分,此时可利用叠加原理来求总的输出电压,即（4.19）（4.20）（4.21）4.3差动放大电路的另外几种接法差动放大电路的另外几种接法差动放大电路有两个输入端和两个输出端,所以在信号源与两个输入端的连接方式及负载从输出端取出电压的方式上可以根据需要灵活选择。1双端输入、双端输入、单端输出单端输出在图4.13中,输出信号只从一管的集电极对地输出,这种输出方式叫单端输出。此时由于只取出一管的集电极电压变化量,只有双端输出电压的一半,因而差模电压放大倍数也只有双端输出时的一半。信号也可以从V2的集电极输出,此时式中无负号,表示同相输出。其中（4.22）图4.13双端输入、单端输出差放电路图4.14单端输入、双端输出差动放大电路2单端输入、单端输入、双端输出双端输出将差放电路的一个输入端接地,信号只从另一个输入端输入,这种连接方式称为单端输入,如图4.14所示。它的交流通路如图4.15所示。3单端输入、单端输入、单端输出单端输出电路如图4.16所示,由于单端输入与双端输入情况相同,因而单端输入、单端输出电路计算与双端输入、单端输出电路计算相同。图4.15单端输入差放电路的交流通路图4.16单端输入、单端输出差动放大器4.4集成运算放大器集成运算放大器4.4.1集成运算放大器件的识读集成运算放大器件的识读常见的集成运算放大器有圆形、扁平型、双列直插式等,有8管脚、14管脚等。4.4.2集成运放的组成及其符号集成运放的组成及其符号4.2集成运放外形结构示意图4.4.2集成运放的组成及其符号集成运放的组成及其符号集成运放内部实际上是一个高增益的直接耦合放大器,其内部组成原理框图用图4.17表示,它由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分组成。图4.17集成运算放大器内部组成原理框图1输入级输入级输入级是提高运算放大器质量的关键部分,要求其输入电阻高,为了能减小零点漂移和抑制共模干扰信号,输入级都采用具有恒流源的差动放大电路,也称差动输入级。2中间级中间级中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数,故而也称电压放大级。要求中间级本身具有较高的电压增益。3输出级输出级输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要,同时还需要有较低的输出电阻和较高的输入电阻,以起到将放大级和负载隔离的作用。4偏置电路偏置电路偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流,一般由各种恒流源电路组成。图4.19集成运放的符号图4.18A741内部电路4.4.3集成运算放大器的分类集成运算放大器的分类集成运算放大器有四种分类方法。分类方法。1按其用途分类按其用途分类集成运算放大器按其用途分为通用型及专用型两大类。1）通用型集成运算放大器2）专用型集成运算放大器2.按其供电电源分类按其供电电源分类集成运算放大器按其供电电源分类，可分为两类。1)双电源集成运算放大器2)单电源集成运算放大器这类运放采用特殊设计,在单电源下能实现零输入、零输出。交流放大时,失真较小。3按其制作工艺分类按其制作工艺分类集成运算放大器按其制作工艺分类，可分为三类。1）双极型集成运算放大器2）单极型集成运算放大器3）双极单极兼容型集成运算放大器4.按运放级数分类按运放级数分类按单片封装中的运放级数分类，集成运放可分为四类。1)单运放2)双运放3)三运放4)四运放4.4.4模拟集成电路的型号命名方法模拟集成电路的型号命名方法1国标命名方式国标命名方式我国半导体集成电路的型号命名按照GB343082,应由五部分组成:XXXXXXXX其符号与定义见附录六，如CF0741CT其各符号含义如图4.20所示。图4.20型号命名举例2国内部分厂家自命名方法国内部分厂家自命名方法国内部分厂家的模拟集成电路型号的字头见附录七。3国外模拟集成电路型号的识别国外模拟集成电路型号的识别4.5集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数及其选择及其选择4.5.1集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数运算放大器(简称运放)的特性参数是评价运放性能优劣的依据。1极限参数极限参数1）供电电压范围(+UCC、UEE,或+Us,Us)定义:加到运放上最小和最大允许的安全工作电源电压,称为运放的供电电压范围。2）功耗PD定义:运放在规定的温度范围工作时,可以安全耗散的功率称为功耗。3）工作温度范围定义:能保证运放在额定的参数范围内工作的温度称为它的工作温度范围。4）最大差模输入电压Uidmax定义:能安全地加在运放的两输入端之间最大的差模电压称为最大差模输入电压。5）最大共模输入电压Uicmax定义:能安全地加在运放的两个输入端的短接点与运放地线之间的最大电压称为最大共模输入电压。2电气参数电气参数1）输入特性(1)差模输入电阻rid。(2)输入偏置电流IIB。（4.28）(3)输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT。(4)输入失调电流IIO及其温漂dIIOdT。2）输出特性(1)最大输出电压Uomax。(2)最大输出电流Iomax。(3)输出电阻ro。3）增益特性(1)差模电压增益Aud。(2)共模电压增益Auc。(3)共模抑制比KCMR。（4.24）4）频率特性(1)开环带宽BW(fH)。(2)单位增益带宽BWG(fT)。(3)转换速率SR。（4.25）4.5.2集成运算放大器的选择集成运算放大器的选择1选择集成运算放大器的方法选择集成运算放大器的方法2选择集成运放应考虑的其它因素选择集成运放应考虑的其它因素(1)信号源的性质(2)负载的性质(3)对精度的要求(4)环境条件