(7.1)--第四章.多级及运算放大电路.pdf

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1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础 Fundamentals of Analog Electronic 多级放大电路与多级放大电路与 集成运算放大电路集成运算放大电路 当对放大电路的性能有多方面要求时，需采当对放大电路的性能有多方面要求时，需采用多级放大电路，组成多级放大电路时要解决两用多级放大电路，组成多级放大电路时要解决两个问题，一是每一级采用什么电路，个问题，一是每一级采用什么电路，二是如何连二是如何连接各级接各级电路。电路。多级放大电路的耦合多级放大电路的耦合方式方式 直接耦合直接耦合 特点特点 既是第一级的集电极既是第一级的集电极电阻电阻又是又是第二级的基极电阻第二级的基极电阻 能够能

2、够放大变化缓慢的信号，放大变化缓慢的信号，便于集成化，便于集成化，Q点相互影响，点相互影响，存在零点漂移现象。存在零点漂移现象。第二级第二级 第一级第一级 直接连接直接连接 输入为零，输出产生变输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移化的现象称为零点漂移 当当输入信号为零时，前级由输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。变化会逐级放大。第二级第二级 第一级第一级 Q1合适吗？合适吗？求解求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。特点特点 用用什么元件取代什么元件取代Re既可设置合适既可设置

3、合适的的Q点，又可使第二级放大倍数不至于点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？下降太多？若要若要UCEQ10V，则应怎么办？用，则应怎么办？用多个二极管吗？多个二极管吗？二极管二极管导通电压导通电压UD？动态电阻？动态电阻rd特点？特点？Re 对哪些动态参对哪些动态参数产生影响？数产生影响？如何设置合适的静态工作点如何设置合适的静态工作点 稳压二极管稳压二极管 伏安特性伏安特性 如何设置合适的静态工作点如何设置合适的静态工作点 稳压二极管稳压二极管 由一个由一个PNPN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。电压基本不变，为稳定电

4、压。进入稳压区的最小电流进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流不至于损坏的最大电流 动态电阻 rzUZ/IZ 必要性必要性？UCEQ1太小太小加加Re（Au2数值数值）改用改用D若要若要UCEQ1大，则改用大，则改用DZ。小功率稳压管稳定小功率稳压管稳定电流电流IZ多多为为5mA。稳压二极管稳压二极管 伏安特性伏安特性 如何设置合适的静态工作点如何设置合适的静态工作点 NPN型管和型管和PNP型管混合使用型管混合使用 在在用用NPN型管组成型管组成N级共射放大电路，级共射放大电路，由于由于集电极静态电位会逐级升高集电极静态电位会逐级升高，以致于后级集电极电位接近电源电压，以致于后级集电极电

5、位接近电源电压，Q点不合适。点不合适。UCQ1 UBQ1，UCQ2 UCQ1 UCQ1 UBQ1，UCQ2 UCQ1 如何设置合适的静态工作点如何设置合适的静态工作点 选择合适参数使选择合适参数使电路正常工作电路正常工作 电位高电位高低关系低关系 两级直接耦合放大电路两级直接耦合放大电路 如何设置合适的静态工作点如何设置合适的静态工作点 多级放大电路的耦合多级放大电路的耦合方式方式 阻容耦合、变压器耦合阻容耦合、变压器耦合 Q点相互独立点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。不能集成化。有零点漂移吗？有零点漂移吗？利用利用电容连接信号源

6、与放电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。放大电路与负载，为阻容耦合。共射电路共射电路 共集电路共集电路 阻容耦合阻容耦合 可能可能是实际的负载，也是实际的负载，也可能是下级放大电路可能是下级放大电路 不能不能放大变化缓慢的信号，不能集成化，变压器自身有损耗。放大变化缓慢的信号，不能集成化，变压器自身有损耗。变压器变压器耦合耦合 理想变压器理想变压器情况下，情况下，负载上获得的功率等于原负载上获得的功率等于原边消耗的功率。边消耗的功率。从变压器原边看从变压器原边看到的等效电阻到的等效电阻 L2L2c21RIRIPPl=，=，实现了阻抗

7、变换。实现了阻抗变换。L221L2c2L)(RNNRIIRl=变压器变压器耦合耦合 多级放大电路的耦合多级放大电路的耦合方式方式 光电耦合光电耦合 光电耦合适于信号的远距离传输。光电耦合适于信号的远距离传输。入射光照度控入射光照度控制集电极电流制集电极电流 光电三极管光电三极管 发光二极管发光二极管 光电三极管光电三极管 iD控制控制iC 光电耦合器光电耦合器 输入输入回路和输出回路分别接不同的独立电源、独立的回路和输出回路分别接不同的独立电源、独立的“地”，即可避免长距离传输时的电干扰。“地”，即可避免长距离传输时的电干扰。设置设置Q点点 光电耦合放大电路光电耦合放大电路 多级放大电路的多级

8、放大电路的 动态参数分析动态参数分析 =njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io电压放大倍数电压放大倍数 多级放大电路的电压放大倍数等于组成它多级放大电路的电压放大倍数等于组成它的的各级各级放大电路电压放大电路电压放大放大倍数之积，且每一级的倍数之积，且每一级的电压放大电压放大倍倍数均应以后级输入电阻为负载。数均应以后级输入电阻为负载。i1iRR=输入电阻输入电阻 多级放大电路的输入电阻等于第一级的输入电阻。多级放大电路的输入电阻等于第一级的输入电阻。对对电压放大电路的要求：电压放大电路的要求：Ri大，大，Ro小，小，Au的数的数值大，最大不失真输出电压大。值大，最大不失真输出

9、电压大。nRRoo=输出电阻输出电阻 多级放大电路的输出电阻等于末级的输入电阻。多级放大电路的输出电阻等于末级的输入电阻。)(1(L622be5i2RRrRR+=+=分析举例分析举例 21L62be2L6221bei231)()1()()1()(uuuuuAAARRrRRArRRA=+=，=+=，be121irRRR=+=153be26oRRrRR为带负载情况下的电压放大倍数为带负载情况下的电压放大倍数 分析举例分析举例 多级放大电路多级放大电路的讨论的讨论 饱和失真？截止失真？饱和失真？截止失真？首先首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。比较

10、比较Uom1和和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。现失真。共射放共射放大电路大电路 共射放共射放大电路大电路 iuou讨论一讨论一 失真失真分析：由分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路型管组成的两级共射放大电路 按下列要求组成两级放大电路：按下列要求组成两级放大电路：Ri12k，3000；Ri 10M，300；Ri100200k，150；Ri 10M，10，Ro100。注意级联时两级的相互影响！注意级联时两级的相互影响！共射、共射共射、共射；共源、共射共源、共射；共集、共射共集、共射；共源、共集。共源、共集。uA讨论二：放大

11、电路的选用讨论二：放大电路的选用 uAuAuA 集成集成运运放概述放概述 结构结构特点、电路特点、电路组成组成 及其及其电压传输特性电压传输特性 集成集成运算放大电路，简称集成运放，是一运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。于信号的运算，故而得名。因因硅片上不能制作大硅片上不能制作大电容，故而电容，故而采用直接耦合方式采用直接耦合方式。因因相邻元件具有良好的对称性，且受温度和干扰后相邻元件具有良好的对称性，且受温度和干扰后的变的变化化也相同也相同，故制作，故制作性能良好的各种差分放大性能良好的各种

12、差分放大电路（电路（作作输输 入入级）和电流源电路（作偏置电路或有源负载）级）和电流源电路（作偏置电路或有源负载）。集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点 因为因为电路的复杂化并不带来工艺的电路的复杂化并不带来工艺的复杂性，故可制作复杂性，故可制作复杂电路来实现复杂电路来实现高性能的放大高性能的放大电路。电路。用用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作难于制作的大电阻的大电阻。因不同类型的晶体管和场效应管的性能差异因不同类型的晶体管和场效应管的性能差异较较大，故大，故采用采用复合复合管形式以得到各方面俱佳的效果。管形式以得到各方面俱佳的效果。集成

13、运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点 集成集成运运放两个输入放两个输入端端、一个输出端均以“地”为公共端。、一个输出端均以“地”为公共端。两个两个 输入端输入端 一个一个 输出端输出端 集成运放电路的组成及其各部分的作用集成运放电路的组成及其各部分的作用 输入级：输入级：前置级，多前置级，多采用双端输入的差分采用双端输入的差分放大电路放大电路。其输入电阻。其输入电阻大，大，电压放大倍数数值大电压放大倍数数值大，抑制零点漂移能力强抑制零点漂移能力强，静态电流小静态电流小。偏置电路：偏置电路：为各级放大电为各级放大电路设置合适的静态工作点。路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。采用电流源电路

14、。几代产品中输入级的变化最大！几代产品中输入级的变化最大！集成运放电路的组成及其各部分的作用集成运放电路的组成及其各部分的作用 中中间级：间级：主放大级，多采用共主放大级，多采用共射放大电路射放大电路。常用复合管作放常用复合管作放大管、以恒流源做有源负载，大管、以恒流源做有源负载，其其放大能力放大能力强强。输出输出级：级：功率级，多采用准互补输出级。功率级，多采用准互补输出级。要求要求输出电阻输出电阻小，小，输出输出电流大，电流大，最大最大不失真输出电压尽可能大。不失真输出电压尽可能大。集成运放电路的组成及其各部分的作用集成运放电路的组成及其各部分的作用 在线性区在线性区：uOAod(uPuN

15、)Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。uO=f(uP-uN)线性区线性区 集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性 由于由于Aod高达几十万倍，所以集高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入成运放工作在线性区时的最大输入电压电压(uPuN)的数值仅为几十一的数值仅为几十一百多微伏。百多微伏。(uPuN)的数值大于一定值时，的数值大于一定值时，集成运放的输出不是集成运放的输出不是UOM,就是就是UOM，即集成运放工作在非线性区。，即集成运放工作在非线性区。在线性区在线性区：uOAod(uPuN)非线非线性区性区 集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性 零点漂移零点漂

16、移现象现象 及差分及差分放大电路的组成放大电路的组成 什么什么是零点漂移现象：是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。的现象。产生产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体晶体管的特性管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型典型电路：差分放大电路电路：差分放大电路 零点漂移现象及其产生的原因零点漂移现象及其产生的原因 共模信号：大小相等共模信号：大小相等，极性，极性相同。相同。差模信号：大小相等，极性相反

17、。差模信号：大小相等，极性相反。信号特点？能否放大？信号特点？能否放大？能合二为一吗能合二为一吗？产生产生 零点漂移零点漂移 零零输入时输入时零输出零输出 参数参数 理想对称理想对称 长尾式差分放大电路的组成长尾式差分放大电路的组成 典型的长尾差分放大电路典型的长尾差分放大电路 加加差模信号时差模信号时Re电流的变化为零，因而加差模信号时发射极电位无变化。电流的变化为零，因而加差模信号时发射极电位无变化。射极电阻射极电阻合二而一合二而一 采用采用 负电源负电源 长尾式差分放大电路的组成长尾式差分放大电路的组成 对差分放大电路的对差分放大电路的需求需求 分析及分析及长长尾式差分尾式差分放大放大

18、电路电路的静态分析的静态分析 热电阻热电阻 测温电桥测温电桥 环境温度变化阻值变化环境温度变化阻值变化 某某一标准温度一标准温度下：下：RRt，uI1uIVCC/2 uIuI1uI0。RRRRt+VCCuIuI1uI2温度温度变化（即偏离标准温度）时，产生变化（即偏离标准温度）时，产生uI，这是放大的对象。，这是放大的对象。差分放大电路的要求差分放大电路的要求 差分放大电路在参数理想对称的情况满足差分放大电路在参数理想对称的情况满足：无无零点漂移零点漂移；零零输入零输出输入零输出；抑制抑制共模信号共模信号；放大放大差模信号。差模信号。差分放大电路的要求差分放大电路的要求 02CQ1CQOCQ2

19、CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQ=UUuUUUIIIIIIIIIeEQBEQbBQEE2RIURIV+=+=晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：电路参数电路参数 理想对称理想对称 长尾式差分放大电路的静态分析长尾式差分放大电路的静态分析 eBEQEEEQ2RUVI+=1EQBQIIBEQcCQCCCEQURIVU+Rb是必要的吗？是必要的吗？eEQBEQbBQEE2RIURIV+=+=通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故 选合适的选合适的VEE和和Re就可得合适的就可得合适的Q 长尾式差分放大电路的静态分析长尾式差分放大电路的静态分析 电路参数电

20、路参数 理想对称理想对称 长尾式差分放大长尾式差分放大电路的电路的动态分析动态分析 0)()(C2CQ2C1CQ1C2C1O=+=+=uuuuuuu0 cIcOcc=AuuA，参数理想对称时共模放大倍数，参数理想对称时共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii=，=，共模信号：数值相等、极性相同的输入信共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即号，即 IcI2I1uuu=抑制共模信号抑制共模信号 Re的共模负反馈作用的共模负反馈作用 0 cIcOcc=AuuA参数理想对称时共模放大倍数参数理想对称时共模放大倍数 温度温度变化所引起的变化等效为共模变化所引起的变化等效为共模信号：信号：对于

21、每一边电路发射极对于每一边电路发射极电阻为多少？电阻为多少？如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制共模信号抑制共模信号 C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiii=，=，iE1=iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu=差模信号：数值相等，极性相反的输入差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即信号，即 2Idu 2Idu 放大差放大差模模信号信号 )(2bebBIdrRiu+=+=为什么？为什么？beb

22、Lcd)2(rRRRA+=差模放大倍数差模放大倍数 IdOdduuA=)2(2LcCOdRRiu=2)(2cobebiRRrRR=+=，放大差放大差模模信号信号 共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。的能力和抑制共模信号的能力。下，在参数理想对称的情况=。下，在参数理想对称的情况=CMRcdCMRKAAK动态参数：动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR 双端输入单端双端输入单端输出输出 差分差分放大电路放大电路 在在实际应用时，信号源需要有“实际应用时，信号源需要有“接地”点，以接地”点，以避免干扰；或负载

23、需要有“避免干扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。接地”点，以安全工作。根据根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、四种接法：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。单端输入双端输出、单端输入单端输出。差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法 cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1)(RIVURRIVRRRU=+=+=由于由于输入回路没有变化，所输入回路没有变化，所以以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一与双端输出时一样。但是样。但是UCEQ1 UCEQ2。Q点分析点

24、分析 bebLcd)(21rRRRA+=+=cobebi)(2RRrRR=+=+=差模信号作用下差模信号作用下的交流等效电路的交流等效电路:动态动态分析分析 共模信号作用下共模信号作用下的交流等效电路的交流等效电路:ebebLcc)1(2)(RrRRRA+=+=)(2)1(2bebebebCMRrRRrRK+=+=bebLcd)(21rRRRA+=+=动态动态分析分析 bebLcd)(21rRRRA+=+=（1）T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？（2）什么）什么情况下情况下Ad为“”？为“”？（3）双）双端输出时的端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？)(2)1(2bebe

25、bebCMRrRRrRK+=+=cobebi)(2RRrRR=+=，=+=，问题讨论问题讨论 单端输入双单端输入双端输出端输出 差分差分放大放大电路及电路及 四四种接法种接法比较比较 共模输入电压共模输入电压 差模输入电压差模输入电压 在在输入信号作用下发射输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？极的电位变化吗？说明什么？2IIcIIduuuu=，=，单端输入双端输出单端输入双端输出差分放大电路差分放大电路 输入输入差模信号的同时总是差模信号的同时总是伴随着共模信号伴随着共模信号输入！输入！测试测试:OQIcIdO2UuAuAu+=+=静态时两个静态时两个 集电极电位差集电极电位差 2II

26、cIIduuuu=，=，单端输入双端输出单端输入双端输出差分放大电路差分放大电路 输入方式：输入方式：Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无；双端输入时无共模共模信号信号输入，单端输入时有共模输入，单端输入时有共模信号信号输入。输入。电路电路参数参数理想对称条件下理想对称条件下 差分放大电路差分放大电路四种接法的四种接法的比较比较 输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA=+=双端输出：=+=双端输出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1(2 )1(2)()(2)(R

27、RrRRrRKRrRRRArRRRA=+=+=+=单端输出：=+=+=+=单端输出：差分放大电路差分放大电路四种接法的四种接法的比较比较 具有恒流源具有恒流源的的 差分差分放大放大电路电路 Re 越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输出时的出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。越大，差分放大电路的性能越好。但但为使静态电流不变，为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以至于大，以至于Re太大太大就就不合理了。不合理了。需需在低电源条件下，在低电源条件下，设置合适的设置合适的IEQ，并在交流通路中并在交流通路中

28、得得到到趋于无穷大的趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代解决方法：采用电流源取代Re！3BEQEE2123EB32RUVRRRIII+，+，等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大 近似为近似为 恒流恒流 具有恒流源差分放大电路的组成具有恒流源差分放大电路的组成 差分放大电路的改进差分放大电路的改进 （1）为什么）为什么加加RW?（2）RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？（3）RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？（4）若）若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad和和Ri的表达式。的表达式。2)1(WbebcdRrRRA+=+=Wbebi)1()(2RrRR+=+=加调零电位

29、器加调零电位器RW doidmd2 RRRRgA=，=，场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路 若若uI1=10mV，uI2=5mV，则则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV 讨论一讨论一 1、uI=10mV，则，则uId=?uIc=?2、若、若Ad=102、KCMR103用用 直流直流表测表测uO，uO=?uO=Ad uId+Ac uIc+UCQ1=?uId=10mV，uIc=5mV 讨论讨论二二=?电流源电流源电路电路 镜像镜像电流源、微电流源、微电流源电流源 T0 和和 T1 特性完全相同。特性完全相同。在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。在电流源电路

30、中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。，B0B1BE0BE1IIUU=CCB10B0CR2IIIIII+=+=+=+=RC 2II，则若，则若电路中有电路中有负反馈吗？负反馈吗？基准电流基准电流 RUVI)(BECCR=RC2II+=+=CC0C1III=镜像电流源镜像电流源 设计过程很简单，首先确定设计过程很简单，首先确定IE0和和IE1，然后选定，然后选定R和和Re。要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。eBE1BE0E1)(RUUI=TBE1BE0TBE)(SE1E0SEe eUUUUUIIIII，eE1E10ETBE10BElnRIIIUUU

31、=RUVIIIIIBE0CCR C0 E01C 1E=，=，超越超越方程方程 Re 微电流源微电流源 电流源电路电流源电路 多路电流源多路电流源 根据根据所需静态电流，来所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。选取发射极电阻的数值。根据根据所需静态电流，来确所需静态电流，来确定集电结面积。定集电结面积。多路电流源多路电流源 根据根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。所需静态电流，来确定沟道尺寸。多路电流源多路电流源 T12与与T13组成镜像电流源组成镜像电流源 基准电流基准电流 T11与与T10组成微电流源组成微电流源 实用的多路电流源实用的多路电流源 有源负载放大电路有源负载放大电路 哪哪只管子为

32、放大管只管子为放大管？其其集电结静态电流约为多少集电结静态电流约为多少？静态静态时时UIQ为多少为多少？为什么为什么要要考虑考虑 h22?be1bLce2ce11)(rRRrrAu+=+=用于共射放大电路用于共射放大电路 .UiUo.rds1rds2RLgm.Ugsgsd)(Lds2ds1mRrrgAu=+VDDuIuoIREFT1T2T3N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管做放大管管做放大管 P P沟道增强型沟道增强型MOSMOS管做有源负载管做有源负载 漏漏-漏相接做输出漏相接做输出 用于用于CMOS放大电路放大电路 电路电路的输入、输出方式的输入、输出方式？如何如何设置静态电流设置静

33、态电流？静态静态时时iO约为多少约为多少？动态动态时时iO约为多少？约为多少？C1C3C4C2C1，iiiii=C1C2C4O2 iiii=使使单端输出电路单端输出电路的差模放大倍数近似的差模放大倍数近似等于双端输出时的差等于双端输出时的差模放大倍数。模放大倍数。0 C2C4O=iii静态：静态：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII=，=，动态动态：用于用于差分差分放大放大电路电路 互补互补输出级的电路输出级的电路组成组成 及及工作原理工作原理 互补互补输出级是直接耦合的功率放大电路。输出级是直接耦合的功率放大电路。对对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻输出级的要求：

34、带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上上 无无直流功耗直流功耗；最大；最大不失真输出电压最大。不失真输出电压最大。射极输出形式射极输出形式 静态工作电流小静态工作电流小 输入为零时输出为零输入为零时输出为零 双双电源供电时电源供电时Uom的峰值接近电源电的峰值接近电源电压压。单。单电源供电电源供电Uom的峰值接近二分的峰值接近二分之一电源电压。之一电源电压。不符合不符合要求要求！对输出级的要求对输出级的要求 静态时静态时T1、T2均截止，均截止，UB=UE=0，UCE1=UEC2=VCC。电路特征电路特征：T1、T2特性理想对称。特性理想对称。静态分析静态分析 T T1 1的输入特性的输入特性

35、理想化特性理想化特性 互补输出级基本电路互补输出级基本电路 ui正半周，电流通路为正半周，电流通路为 +VCCT1RL地地，uo=ui 两两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。ui负半周，电流通路负半周，电流通路为地为地 RL T2 -VCC，uo=ui 带负载能力带负载能力强，直流强，直流功耗功耗小，零小，零输入零输入零输出，输出，Uom最大。最大。动态分析动态分析 互补输出级基本电路互补输出级基本电路 消除交越失真消除交越失真的互补的互补 输出级和准输出级和准互补输出级互补输出级 信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子均截止 开启

36、开启电压电压 静态静态时时T1、T2处于临界导通状态处于临界导通状态，有，有信号信号时至少有一只导通时至少有一只导通；偏置偏置电路对动态性能影响要小。电路对动态性能影响要小。消除失真的方法消除失真的方法：设置：设置合适的静态工作点。合适的静态工作点。消除交越失真的互补输出级消除交越失真的互补输出级 ib2b1D2D1B1B2uuuUUU+=动态：静态：+=动态：静态：倍增电路故称之为，则若倍增电路故称之为，则若BEBE443B1B2B2UURRRUII消除交越失真的互补输出级消除交越失真的互补输出级 BE545EB3BE2BE1)1(URRUUU+静态时：+静态时：ib3b1uuu动态时：动态

37、时：为为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。R1用电流源取代，集成放大电路中正是如此。用电流源取代，集成放大电路中正是如此。R3、R4的动态电压可忽略的动态电压可忽略 准互补输出级准互补输出级 放大电路的读图放大电路的读图方法方法 及及双双极型集成运放原理电路极型集成运放原理电路分析分析 内部电路分类：内部电路分类：双极型集成运放电路：晶体管电路双极型集成运放电路：晶体管电路 单极型集成运放电路：场效应管电路单极型集成运放电路：场效应管电路 双极型和单极型混合结构集成运放电路双极型和单极型混合结构集成运放电路 集成运放内部电路结构集成

38、运放内部电路结构 化整为零：首先将偏置电路分离出来，使电路简化；然后化整为零：首先将偏置电路分离出来，使电路简化；然后按按信号流通顺序将信号流通顺序将N级放大电路分为级放大电路分为N个基本放大电路个基本放大电路。识别识别电路：电路：分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。统观统观总体：分析总体：分析整个电路的性能特点整个电路的性能特点。定量定量估算：必要时需估算主要动态参数。估算：必要时需估算主要动态参数。信号从放大管的哪个极信号从放大管的哪个极输入？又从哪个极输出？输入？又从哪个极输出？集成运算放大电路的读图方法集成运算放大电路的读图方法 化整为零化整为

39、零，识别，识别电路电路 首先找出偏置电路，电路中唯一能估算出的电路即为电流源的首先找出偏置电路，电路中唯一能估算出的电路即为电流源的基准电流；然后简化电路。基准电流；然后简化电路。4EB12CCRRUVI=T10、T11、T12、R5构成多路电流源。构成多路电流源。双极型集成运放原理电路分析双极型集成运放原理电路分析 双极型集成运双极型集成运放原理电路放原理电路 第一级：双端输入单端输出的第一级：双端输入单端输出的差分放大电路差分放大电路 第二级：以复合管为放第二级：以复合管为放大管以恒流源为有源负载的大管以恒流源为有源负载的共射放大电路共射放大电路 第三级：准互补输出第三级：准互补输出级，用

40、级，用UBE倍增电路消除交越失真倍增电路消除交越失真 有源负载，动态有源负载，动态电阻无穷大电阻无穷大 双极型集成运放原理电路分析双极型集成运放原理电路分析 基本性能分析基本性能分析 输入电阻输入电阻为为2rbe、电压放大、电压放大倍数大倍数大、输出电阻小输出电阻小、最大不失真、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。输出电压的峰值接近电源电压。整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路。整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路。双极型集成运放原理电路分析双极型集成运放原理电路分析 可可估算低频小信号下的电压放估算低频小信号下的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。大倍数、输入电

41、阻、输出电阻等。电压电压放大倍数是靠电流放大倍放大倍数是靠电流放大倍数的积累转换而来！数的积累转换而来！b33467b33b4467b667b77e7)1()1)(1()(1)(1()1)(1()1(IIIIII+=+=+=+=+=+=低频小信号等效电路低频小信号等效电路 双极型集成运放原理电路分析双极型集成运放原理电路分析 单极型（单极型（CMOS）集成集成运放原理电路运放原理电路分析分析 第一级：具有恒流源、有源负载、双端输入单端输出的差分放大电路。第一级：具有恒流源、有源负载、双端输入单端输出的差分放大电路。第二级：第二级：有源有源负载的共源放大电路。负载的共源放大电路。特点：特点：N沟

42、道管与沟道管与P沟道沟道管特性对称，集成度高、输入电阻管特性对称，集成度高、输入电阻大、工作电源范围宽。大、工作电源范围宽。集成运放集成运放的的 主要性能指标主要性能指标 指标参数指标参数 一种通用性运放典型值一种通用性运放典型值 理想值理想值 开环差模增益开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻差模输入电阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB 输入失调电压输入失调电压 UIO 1mV 0 UIO的温漂的温漂d UIO/dT()几几V/0 20lgAod 使使uO为为0在输入端所加的补偿电压在输入端所加的补偿电压 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 指标参数

43、指标参数 一一种通用性运放典型种通用性运放典型值值 理想值理想值 输入失调电流输入失调电流 IIO(IB1-IB2)20nA 0 IIO的温漂的温漂d IIO/dT()几几nA/0 最大共模输入电压最大共模输入电压 UIcmax 13V 最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdmax 30V-3dB带宽带宽 fH 10Hz 转换速率转换速率 SR(=duO/dtmax)0.5V/S 超过此值不能正常放大差模信超过此值不能正常放大差模信号号 超过此值输入级放大管击穿超过此值输入级放大管击穿 为什么如此低？为什么如此低？对大信号的响应速度对大信号的响应速度 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能

44、指标 集成运放集成运放的分类的分类 按集成度：按集成度：单运放、双运放、四运放单运放、双运放、四运放 按工艺：按工艺：双极型双极型、单极型单极型和和混合型（如混合型（如BiMOS型型）按按可控性可控性：可变增益可变增益运运放放：外加控制电压调节增益外加控制电压调节增益 选选通控制运通控制运放放：外加控制信号选择工作运放外加控制信号选择工作运放 按按性能指标：性能指标：高阻型高阻型：rid大于大于109，适用于测量放大电路、信号发生电路或，适用于测量放大电路、信号发生电路或采采样样保持保持电路电路。高速高速型型：增益带宽增益带宽10兆赫左右，有的高达千兆赫；转换速率大多兆赫左右，有的高达千兆赫；

45、转换速率大多在几十伏在几十伏/微秒至几百伏微秒至几百伏/微秒，有的高达几千伏微秒，有的高达几千伏/微秒。适用于微秒。适用于模模数数转换器、转换器、数数 模转换器模转换器、锁相环电路和视频放大电路、锁相环电路和视频放大电路。高高精度型精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益等特点，它的失调电低失调、低温漂、低噪声、高增益等特点，它的失调电压和失调电流比通用型运放小两个数量级，而开环差模增益和共模压和失调电流比通用型运放小两个数量级，而开环差模增益和共模抑制比均大于抑制比均大于100dB。按按性能指标：性能指标：低功耗低功耗型型：静态功耗低，工作电源电压低，它们的功耗只有静态功耗低，工作电源电压低，

46、它们的功耗只有几毫瓦，甚至更小，电源电压为几伏几毫瓦，甚至更小，电源电压为几伏。高压高压型型：能够输出能够输出大功率大功率（如如几十几十瓦瓦）的的大功率型运放等大功率型运放等。专用专用型型：仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器、对数仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器、对数/反反对数对数放大器放大器 集成运放的集成运放的保护电路保护电路 以及低频等效电路以及低频等效电路 输入保护输入保护 限制输入差模电压幅值：限制输入差模电压幅值：限制输入共模电压幅值：限制输入共模电压幅值：集成运放的保护电路集成运放的保护电路 集成运放的保护电路集成运放的保护电路 输输出出保护保护 电源端保护电源端保护 不考虑失调因素，得简化不考虑失调因素，得简化的低频等效电路：的低频等效电路：集成运放低频等效电路集成运放低频等效电路