集成电路与运算放大器.pptx

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1、3.1 集成电路与运算放大器基础 集成运算放大器的组成、框图以及符号1.集成电路运算放大器的基本构成 第1页/共142页运算放大器有三类封装形式：金属圆帽封装、双列直插封装和贴片金属圆帽封装、双列直插封装和贴片SOPSOP封装封装 2、封装形式和表示符号、封装形式和表示符号SO8(Plastic Micropackage)第2页/共142页同相输入端：vo与vi的位相相同。反相输入端：vo与vi的位相相反。Aod：开环差模电压放大倍数。vi反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端vo=Aodvi v v+voAo国际符号国际符号国内符号国内符号Avdvv+第3页/共142页3.2 集成运放的输

2、入级集成运算放大器的输入级一般由差分放大器组成。差分放大器就其功能来说，是对差模输入信号具有放大作用，而对共模输入信号具有抑制作用的放大器，由于其电路的性能优越，它是集成电路运算放大器的主要组成单元。对称第4页/共142页 1、差分放大器的基本信号 实际加到放大器两输入端的信号：电压往往为任意信号，实际加到放大器两输入端的信号电压可分解为一对大小相等、极性相同的共模信号和一对数值相等、极性相反的差模信号之和。第5页/共142页3.2 集成运算放大器的输入级 1、差分放大器的基本信号差模输入信号:放大器两个输入端的输入信号为一对大小相等，极性相反的输入信号电压，即：共模输入信号：放大器的两输入端

3、分别输入一个大小相等，性相同的信号，即：第6页/共142页 1、差分放大器的基本信号差模输出信号：放大器的两个输出端，输出大小相等，极性相 反的输出信号，即：共模输出信号：输出端输出大小相等，极性相同的输出信；即，第7页/共142页+-vi1+-vi2-+-vo 差模与共模信号：差模与共模信号：+-vid差模信号差模信号共模信号共模信号总输出电压总输出电压差模电压增益差模电压增益共模电压增益共模电压增益共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力反映抑制零漂能力 分析思路：叠加定理分析思路：叠加定理输出信号同样可以进行类似的分解输出信号同样可以进行类似的分解第8页/共142页零点漂移的讨论零点漂移的讨

4、论 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 零点漂移问题零点漂移问题可以放大直流信号可以放大直流信号#集成运算放大器要采用直接耦合集成运算放大器要采用直接耦合？零漂：零漂：输输入入短短路路时时，输输出出仍仍有有缓缓慢慢变变化化的的电压产生。电压产生。主要原因：主要原因：温度变化引起，也称温度变化引起，也称温漂温漂。温漂指标：温漂指标：温温度度每每升升高高1 1度度时时，输输出出漂漂移移电电压压按按电电压压增增益益折折算算到到输输入入端端的等效输入漂移电压值。的等效输入漂移电压值。电源电压波动也是原因之一电源电压波动也是原因之一没有电容、变压器没有电容、变压器第9页/共142页例如若第一级漂移100

5、uV，则输出漂移 10m V若第二级漂移100 uV，则输出漂移 10 mV假设 第一级是关键！减小零漂的措施减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿 采用采用差分式放大电路差分式放大电路漂移 100 uV漂移 10 mV+100 uV漂移 1 V+10 mV漂移 1 V+10 mV第10页/共142页CH 10 Differential Amplifiers11Audio Amplifier ExampleAnaudioamplifierisconstructedabovethattakesonarectifiedACvoltageasitssupplyandampl

6、ifiesanaudiosignalfromamicrophone.第11页/共142页12“Humming”Noise in Audio Amplifier Example However,VCCcontainsaripplefromrectificationthatleakstotheoutputandisperceivedasa“humming”noisebytheuser.第12页/共142页13Supply Ripple RejectionSincebothnodeXandYcontaintheripple,theirdifferencewillbefreeofripple.第13页

7、/共142页14Ripple-Free Differential OutputSincethesignalistakenasadifferencebetweentwonodes,anamplifierthatsensesdifferentialsignalsisneeded.第14页/共142页15Common Inputs to Differential AmplifierSignalscannotbeappliedinphasetotheinputsofadifferentialamplifier,sincetheoutputswillalsobeinphase,producingzero

8、differentialoutput.第15页/共142页16Differential Inputs to Differential AmplifierWhentheinputsareapplieddifferentially,theoutputsare180 outofphase;enhancingeachotherwhensenseddifferentially.第16页/共142页CH 10 Differential Amplifiers17Differential SignalsApairofdifferentialsignalscanbegenerated,amongotherway

9、s,byatransformer.Differentialsignalshavethepropertythattheysharethesameaveragevaluetogroundandareequalinmagnitudebutoppositeinphase.第17页/共142页 1、差分放大器的基本信号例1：已知 =2.02V，=1.98V，试求共模和差模输入电压。解：第18页/共142页2、差分放大电路的工作原理 这个电路有两个输入端和两个输出端,有四种电路形式：双端输入-双端输出 双端输入-单端输出第19页/共142页2、差分放大电路的工作原理单端输入双端输出单端输入单端输出理想情况

10、下，单端输入只输入差模信号第20页/共142页 下面分析其工作原理 1 1）静态分析 当i1i20时iC1=iC2=IC=IO/2第21页/共142页2）动态分析：差分放大器对差模输入信号具有放大作用对共模信号具有抑制作用第22页/共142页差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的等效电路与半电路分析法双端输入双端输出差模输入信号电压作用下：REE可视为短路负载电阻RL两端的增量电压等值反相，故负载中间的点对应的电位保持不变，即交流电位为0。第23页/共142页差分放大电路的基本性能分析1、差分放大器的等效电路与半电路分析法 第24页/共142页差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的

11、等效电路与半电路分析法(2).差分放大器的差模性能分析差模输入电阻 ：2(Rs+rbe)差模输出电阻：双端输出：2RC 单端输出：RC第25页/共142页差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的等效电路与半电路分析法(2).差分放大器的差模性能分析差模电压增益：差分放大器的差模输出电压对差模输入电压的比值 双端输出时的差模电压增益与单个共发射极放大电路的增益相同第26页/共142页差分放大电路的基本性能分析 2.差分放大器的差模性能分析(2).差分放大器的差模性能分析差模电压增益：单端输出时 若不接RL则单端输出时的电压增益为 单端输出时的差模电压增益为单个共发射极放大电路的增益的一半第2

12、7页/共142页差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的等效电路与半电路分析法（3）差分放大器的共模性能分析 流经REE的电流等于原静态电流Io与2倍的增量电流iC之和;半边电路三极管发射极相当于接入2REE；双端输出的条件下，集电极两端输出的交流电压大小相等，方向相同，通过RL的电流为零，RL等效为开路。第28页/共142页差分放大电路的基本性能分析 2.差分放大器的差模性能分析（3）差分放大器的共模性能分析 共模电压增益Ac单端因2（1）REERsrbe，故双端第29页/共142页差分放大电路的基本性能分析 1、差分放大器的等效电路与半电路分析法（3）差分放大器的共模性能分析 共模输入

13、电阻Ric：Ric定义为共模输入电压ic与一个输入端的共模输入电流ibc之比。共模输出电阻：是指从共模输出端口看进出的电阻 第30页/共142页差分放大电路的基本性能分析 2、共模抑制比 定义为差分放大器的差模电压增益与共模电压增益之比的绝对值 双端输出时，共模增益为0 0，其共模抑制比为无穷大；单端输出时，(RL开路)第31页/共142页差分放大电路的基本性能分析2、共模抑制比 提高共模抑制比的主要方法是增大REE 用恒流源来代替REE恒流源：直流电阻较小而 动态电阻极大第32页/共142页差分放大电路的基本性能分析小结：差模特性：双端输出差模增益：单端输出 差模输入电阻与输入端 的连接方式

14、无关。2(Rs+rbe)差模输出电阻 双端输出:为两共发放大器输出 电阻之和 2RC 单端输出:为共发放大器的 输出电阻 RC第33页/共142页差分放大电路的基本性能分析小结：双端共模性能：共模电压增益 单端共模输入电阻n共模输出电阻第34页/共142页举例P153例321第35页/共142页差分放大电路的传输特性 差模传输特性是指输出差模电流(双端输出电流或单端输出电流)随差模输入电压变化的特性。1.差模传输特性函数的引入第37页/共142页差分放大电路的传输特性 通过发射极的电流I0双端输出第38页/共142页差分放大电路的传输特性 传输特性曲线当id=0时，为Q点（I02）当|id|4

15、VT=104mV时，一管将趋于截止，I0几乎全部流入另一管，曲线进入限幅区。在Q点附近，曲线近似看成为一段直线，线性的范围第39页/共142页差分放大电路的失调 与温度漂移特性 失调：电路两边存在着不对称，使得零输入时(即静态时)双端 输出不等于零。1、输入失调电压输入时(即静态时)双端输出电压等于 2、输入失调电流为使ICQ1=ICQ2，就必须在输入端引入电流，使相应的IBQ1IBQ2。这两个电流的差值就是输入的失调电流。第40页/共142页差分放大电路的失调 与温度漂移特性 3、失调模型和调零电路 若取 第41页/共142页差分放大电路的失调 与温度漂移特性3、失调模型和调零电路第42页/

16、共142页3.2.4 差分放大电路的失调 与温度漂移特性4、VIO和IIO的温漂:当环境温度、电源电压等外界因素变化时,引起VIO和IIO的漂移 VIO和IIO随温度的变化率均分别与VIO和IIO成正比。调零电路的调零不可能跟踪温度的变化，因此，调零电路可以克服失调，但不能消除温漂。第43页/共142页3.3 3.3 集成运算放大器的偏置与负载 基本电流源I0如同IR的镜像，所以此电路叫做镜像电流源。第44页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors45Concept of Current MirrorThemotivationbehindacu

17、rrentmirroristosensethecurrentfroma“goldencurrentsource”andduplicatethis“goldencurrent”tootherlocations.第45页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors46Bipolar Current Mirror CircuitryThediode-connectedQREFproducesanoutputvoltageV1thatforcesIcopy1=IREF,ifQ1=QREF.第46页/共142页CH 9 Cascode Stages and

18、Current Mirrors47Bad Current Mirror Example IWithoutshortingthecollectorandbaseofQREFtogether,therewillnotbeapathforthebasecurrentstoflow,therefore,Icopyiszero.第47页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors48Bad Current Mirror Example IIAlthoughapathforbasecurrentsexists,thistechniqueofbiasingisn

19、obetterthanresistivedivider.第48页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors49Multiple Copies of IREFMultiplecopiesofIREFcanbegeneratedatdifferentlocationsbysimplyapplyingtheideaofcurrentmirrortomoretransistors.第49页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors50Current ScalingByscalingtheemitterare

20、aofQjntimeswithrespecttoQREF,Icopy,jisalsontimeslargerthanIREF.Thisisequivalenttoplacingnunit-sizetransistorsinparallel.第50页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors51Example:Scaled Current 第51页/共142页52Fractional ScalingAfractionofIREFcanbecreatedonQ1byscalinguptheemitterareaofQREF.第52页/共142页CH

21、9 Cascode Stages and Current Mirrors53Example:Different Mirroring Ratio Usingtheideaofcurrentscalingandfractionalscaling,Icopy2is0.5mAandIcopy1is0.05mArespectively.Allcomingfromasourceof0.2mA.第53页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors54Mirroring Error Due to Base Currents第54页/共142页CH 9 Cascod

22、e Stages and Current Mirrors55Improved Mirroring AccuracyBecauseofQF,thebasecurrentsofQREFandQ1aremostlysuppliedbyQFratherthanIREF.Mirroringerrorisreducedtimes.第55页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors56Example:Different Mirroring Ratio Accuracy 第56页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirr

23、ors57PNP Current MirrorPNPcurrentmirrorisusedasacurrentsourceloadtoanNPNamplifierstage.第57页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors58Generation of IREF for PNP Current Mirror第58页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors59Example:Current Mirror with Discrete DevicesLetQREFandQ1bediscreteNPNd

24、evices.IREFandIcopy1canvaryinlargemagnitudeduetoISmismatch.第59页/共142页带缓冲级的镜像电流源带缓冲级的镜像电流源问题问题若若 较小，则分流造成的误差不较小，则分流造成的误差不能忽略！能忽略！为了避免为了避免T3的电流较大使得的电流较大使得T1 T2基极基极电电流太大常常加入电阻流太大常常加入电阻Re3，进行分流进行分流对对T1的的C点列点列KCL方程：方程：第60页/共142页 3.3 3.3 集成运算放大器的偏置与负载 比例电流源 在镜像电流源的两管发射极上串接同阻值的电阻，如图 第61页/共142页 微电流源微电流源思路：产

25、生思路：产生 A级电流级电流例如：例如：VCC=10V，IC2=1 A，则则 R=10M。需需占用硅片面积大占用硅片面积大解决方法：。解决方法：。例：已知例：已知VCC=15V，IR=1mA，IC2=20 A，VBE1=0.7V，则由则由(2)得得R=15k；由由(1)得得Re2=5k。计算方法：计算方法：第62页/共142页3.3 3.3 集成运算放大器的偏置与负载 在共射极（共源）放大电路中，为了提高放大器的放大倍数，用电流源作有源负载，如图 T1的集电极电阻由T2来取代，流过T1集电极的电流由通过T3管的参考电流IR来设定，T1为放大管，T2和T3为镜像电流源，T2是T1有源负载，基准电

26、流第63页/共142页3.3 3.3 集成运算放大器的偏置与负载 共射极放大器的交流等效电路如图所示，故其电压放大倍数为 说明T1管的动态电流1ib几乎全部流向负载，有源负载使共发射极的电压放大倍数得到提高。第64页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors65Derivation of Voltage GainByrepresentingalinearcircuitwithitsNortonequivalent,therelationshipbetweenVoutandVincanbeexpressedbytheproductofGmandRo

27、ut.第65页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors66Example:Voltage Gain 第66页/共142页67Comparison between Bipolar Cascode and CE StageSincetheoutputimpedanceofbipolarcascodeishigherthanthatoftheCEstage,wewouldexpectitsvoltagegaintobehigheraswell.第67页/共142页CH 9 Cascode Stages and Current Mirrors68Vol

28、tage Gain of Bipolar Cascode AmplifierSincerOismuchlargerthan1/gm,mostofIC,Q1flowsintothediode-connectedQ2.UsingRoutasbefore,AViseasilycalculated.第68页/共142页3.4 集成运算放大器的中间放大级电路 在集成运放放大器中，通常把输入级与输出级之间的电路通称为中间级放大器，承担三项基本的功能：一、能够提供足够高的电压增益；二、进行直流电平的移动，保证在输入为零电平时输出也为 零电平；三、完成双端输出变单端输出的功能。第69页/共142页CH 10

29、Differential Amplifiers70Differential Pair with Active LoadTheinputdifferentialpairdecreasesthecurrentdrawnfromRLbyIandtheactiveloadpushesanextraIintoRLbycurrentmirroraction;theseeffectsenhanceeachother.第70页/共142页CH 10 Differential Amplifiers71Active Load vs.Static LoadTheloadontheleftrespondstothei

30、nputsignalandenhancesthesingle-endedoutput,whereastheloadontherightdoesnot.第71页/共142页iC1=iC3v0I0viT4T3T2T1+VCCIC4IC2IC3IC1i0-VEE双端变单端电路双端变单端电路这样差模电压引起的这样差模电压引起的T1，T2集电极电流的集电极电流的增量全部输出给负载，与双端输出相同。增量全部输出给负载，与双端输出相同。输入差模信号输入差模信号i0=iC4-iC2=iC1-iC2=2 iC输入共模信号输入共模信号iC1ICQi，iC2ICQi iC1ICQi，iC2ICQi iC4=iC3=

31、iC1i0=iC4-iC2=iC1-iC2=0采用有源负载，使单端输出具有双端输出的增益采用有源负载，使单端输出具有双端输出的增益第72页/共142页3.4 集成运算放大器的中间放大级电路双端变单端电路 进一步分析该电路的差模性能：由于两边电路不对称，因而不能直接采用前面介绍的半电路分析法。第73页/共142页3.4 集成运算放大器的中间放大级电路双端变单端电路当RL无穷大时，由图求得差分放大器的输出电压 上式表明该为同相放大器，其数值与有源负载共发放大器相同。第74页/共142页3.4 集成运算放大器的中间放大级电路电平移动电路 集成运算放大器的级与级之间是采用直接耦合方式的 输入为零电平时

32、输出不能保持零电平，为了使输出保持为零电平，需要进行电平移动，电平移动的作用就是要把升高的电平降低或者把降低的电平升高，达到输出为零电平的目的 第75页/共142页3.4 集成运算放大器的中间放大级电路电平移动电路1、电阻分压式电平移动电路直流交流第76页/共142页3.4 集成运算放大器的中间放大级电路电平移动电路2、恒流源电平移动电路 在直流电平移动的同时，交流信号不衰减，R2、R3、R4、T1、T2组成恒流源 1 1）输出的直流电压比输入的直流电压降低了IOR1 2）恒流源的交流电阻很大，输出的交流电压21 第77页/共142页3.4 集成运算放大器的中间放大级电路电平移动电路3、PNP

33、管电平移动电路T1是NPN管，T2是PNP管，该电路既对信号进行放大，又兼有电平移动的作用 第78页/共142页3.4 集成运算放大器的中间放大级电路电平移动电路 4、二极管电平移动电路由于二极管导通时，导通电阻很小，当负载和电阻R较大，且满足R/RLnrd时输出的交流电压几乎不变;电平的移动是导通电压的整数倍，调节性差，电平的移动随温度而变化.第79页/共142页3.5 集成运算放大器的输出级集成运算放大器的输出级用于向负载提供功率的放大电路叫做功率放大器用于向负载提供功率的放大电路叫做功率放大器一、功率放大器简介一、功率放大器简介性能要求性能要求（1）输出功率尽可能大）输出功率尽可能大（4

34、）大功率管的散热问题）大功率管的散热问题（2）具有足够高的功率转换效率）具有足够高的功率转换效率（3）非线性失真小）非线性失真小（5 5）电路的安全工作问题）电路的安全工作问题安全、高效、安全、高效、不失真地输出不失真地输出所需信号功率所需信号功率第80页/共142页1.1.概述 在输入信号的整个周期内，功率管上都有电流流过。按照功率放大器在输入信号整个周期内流过管子电流的时间不同可以分为：按照功率放大器在输入信号整个周期内流过管子电流的时间不同可以分为：甲类甲类甲乙类甲乙类乙类乙类丙类丙类 在输入信号的半个周期内，功率管上有电流流过。在输入信号小于一个周期，大于半个周期时间内管子上有电流流过

35、。第81页/共142页Power Amplifier ClassesClass A:High linearity,low efficiencyClass B:High efficiency,low linearityClass AB:Compromise between Class A and B82CH 13 Output Stages and Power Amplifiers第82页/共142页功率放大器简介以及集成运放输出级的要求(2.单管甲类功率放大器)1 1）静态分析VCEQVCCIEReVCC直流负载线是一条垂直于横轴、垂足在CEVCC点的直线 第83页/共142页功率放大器简介以

36、及集成运放输出级的要求(2.单管甲类功率放大器)1 1）静态分析(续）在直流负载线上i iC C=I=ICQCQ的点就静态工作点 损耗在集电极上的功率为 VCEQICQVCCICQ第84页/共142页 放大器的能量分配关系放大器的能量分配关系静态静态时，直流电源提供的功率集电极损耗功率集电极电阻RC上消耗的功率可以看出 第85页/共142页动态能量分配关系动态能量分配关系动态时，电源功率未变，在输入信号的作用下，原来消耗在集电结的功率的一部分转换为RC上的功率，若RC为负载，即在输入信号的作在输入信号的作用下，电源提供的功率转换为输出功率用下，电源提供的功率转换为输出功率。集电结上消耗的功率R

37、C上消耗的功率电源提供的功率第86页/共142页2 2）动态分析为使输出信号动态范围尽量大，Q点选择在负载线中点；若忽略管子的饱和压降，可得交流输出功率交流输出功率甲类放大器中，直流电源提供的功率集电结上消耗 的功率第87页/共142页功率放大器简介以及集成运放输出级的要求(2.单管甲类功率放大器)2 2）动态分析 交流负载线一条通过静态工作点Q、斜率为 的直线。若变压器为理想变压器，与负载电阻RL的关系是 第88页/共142页功率放大器简介以及集成运放输出级的要求(2.单管甲类功率放大器)2 2）动态分析（续）三极管的集电极电压CE在输入信号的负半周大于电源电压VCC。这是因为在这段时间内，

38、输出变压器初级绕组中感应电动势与电源电压的极性是一致的，此时管子集电极电压就等于电源电压与这个感应电动势之和。第89页/共142页功率放大器简介以及集成运放输出级的要求(2.单管甲类功率放大器)例3-5-1电 容 Ce认 为 短 路，若 变 压 器 为 理 想 变 压 器，且 匝 数 之N1N2=1000160，Rb15.1k，Rb22k，VCC=6V，Re51，求：（1）负载上所得到的最大不失真功率POM；2）电路的效率（3）三极管集电极消耗的最大容许功率PCM、最大输出电压UCEO、输出的最大电流ICM解：1）静态VE=VBVBE=1.690.7=0.99V ICQ=VE/Re=0.99/

39、0.051=19.4mAVCEQ=VCCVE=60.99=5V第90页/共142页功率放大器简介以及集成运放输出级的要求(单管甲类功率放大器)例3-5-1 解（续）2）动态RL=n2RL=(1000/160)28=0.3125k =tg1(1/RL)72o由此算出交流负载线与横轴的交点为：5+ICQ/tg72o=11.3V 与纵轴的交点为：11.3tg72o=34.8mAIcm=34.819.4=15.4mAVcem=5VPOmax=0.5 VcemIcm=0.5515.4=38.5(mW)第91页/共142页功率放大器简介以及集成运放输出级的要求(单管甲类功率放大器)例3-5-1解（续）（2

40、）电路的效率：（3）极限参数：PCM2POmax=238.5=77mW V(BR)CEO2Vcem=25=10VICM(IcmICQ)=15.49.4=34.8mA第92页/共142页影响功率传输效率的为集电结上消耗的功率影响功率传输效率的为集电结上消耗的功率静态功耗是造成效率低的主要原因静态功耗是造成效率低的主要原因解决办法解决办法：降低静态电流降低静态电流减小管子导通时间减小管子导通时间静态点下移静态点下移采用采用乙类或者甲乙类放大器乙类或者甲乙类放大器可以使可以使静态点下移静态点下移第93页/共142页Push-Pull StageAsVinincreases,Q1isonandpush

41、esacurrentintoRL.AsVindecreases,Q2isonandpullsacurrentoutofRL.94CH 13 Output Stages and Power Amplifiers第94页/共142页互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OCL）ic1ic2 静态时：静态时：vi=0V T1、T2均不工均不工作作 vo=0V动态时：动态时：vi 0V T1截止截止，T2导通导通vi 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作两个晶体管都只在半个周期内工作

42、1、工作原理（设、工作原理（设vi为正弦波）为正弦波）第95页/共142页VLmax负载上得到的最大功率为：负载上得到的最大功率为：iL-VCCRLviT1T2vL+VCC忽略晶体管的导通电压和饱和压降，则负载(RL)上的电压和电流分别为：2、性能分析、性能分析第96页/共142页电源提供的直流平均功率：电源提供的直流平均功率：每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为：tic1效率为：效率为：第97页/共142页Push-Pull Stage Power RatingMaximum power occurs between Vp=0 and 4V

43、cc/.98CH 13 Output Stages and Power Amplifiers第98页/共142页Example:Push-Pull Pav If Vp=4VCC/Pav=0Impossible since Vp cannot goabove supply(VCC)99CH 13 Output Stages and Power Amplifiers第99页/共142页EfficiencyEfficiency is defined as the average power delivered to the load divided by the power drawn from t

44、he supplyEmitter FollowerPush-Pull StageI1=VP/RLI1=VP/RL100CH 13 Output Stages and Power Amplifiers第100页/共142页Example:Efficiency Emitter FollowerVP=VCC/2Push-PullI1=(VP/RL)/101CH 13 Output Stages and Power Amplifiers第101页/共142页vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLvivovovo 交越失真交越失真死区电压死区电压3 3、存在的问题、存在的问题(1)静态电流静态电流 I

45、CQ、IBQ等于零等于零(2)每管导通时间小于半个周期每管导通时间小于半个周期(3)存在交越失真。存在交越失真。特点：特点：第102页/共142页Sinusoidal Response of Push-Pull StageForlargeVin,theoutputfollowstheinputwithafixedDCoffset,howeverasVinbecomessmalltheoutputdropstozeroandcauses“CrossoverDistortion.”103CH 13 Output Stages and Power Amplifiers第103页/共142页iL-VC

46、CRLviT1T2vL+VCC2）阻抗不匹配）阻抗不匹配例如：例如：RL=8，PL=50w时时负载两端电压的有效值为负载两端电压的有效值为幅值幅值VLm=VL=28.3V电源电压应大于电源电压应大于28.3V，功放管耐压要大于功放管耐压要大于57V3）要求两种不同类型的功放管（）要求两种不同类型的功放管（NPN和和PNP）且要求特性比较对称。且要求特性比较对称。4）需要两个电源供电。）需要两个电源供电。3 3、存在的问题、存在的问题1 1）存在）存在交越失真交越失真。第104页/共142页准互补推挽输出级 克服交越失真的一种方法是给T1和T2加入一定的偏置 缺点：偏置电压不易调整第105页/共

47、142页Implementation of VBSinceVB=VBE1+|VBE2|,anaturalchoicewouldbetwodiodesinseries.I1infigure(b)isusedtobiasthediodesandQ1.106第106页/共142页Addition of CE Stage ACEstage(Q4)isaddedtoprovidevoltagegainfromtheinputtothebasesofQ1andQ2.107CH 13 Output Stages and Power Amplifiers第107页/共142页准互补推挽输出级VCE4VBE4（

48、R1R2）/R2，因此，利用T4的VBE4基本为一固定值（硅管约为0.6-0.8V），只要调节R1、R2的比值，就可以调节的T1、T2偏压值，这种方法在集成电路中经常采用。缺点：双电源第108页/共142页准互补推挽输出级(OTL)(OTL)使用单电源供电的输出级 图中T3管组成前置放大级，T1、T2组成互补对称级。静态时，通常K点的电位VKVCVCC/2，为了提高工作点的稳定性，电压VK通过电阻Rb1、Rb2的分压与前置放大器的基极相连接，引入负反馈使VK稳定，从而使放大器的性能得到改善。第109页/共142页准互补推挽输出级图中T T3 3管组成前置放大级，T T1 1、T T2 2组成互

49、补对称级。在输入信号为0 0时，给T T1 1、T T2 2提供一个合适的偏置，从而使K K点的电位为V VK KV VC CV VCCCC/2/2；在输入信号不为0 0时:在信号的负半周T T1 1导通，同时向C C充电;在信号的正半周，T T2 2导通，C C通过R RL L放电，合理地选择时间常数RCRC（比信号的周期大得多）就可以电容C C和一个电源可以代替原来的V VCCCC和-V VCCCC两个电源的作用。负载上得到最大的交流输出电压为VomVCC/2 缺点：输出电压的幅度明显小于VCC/2第110页/共142页准互补推挽输出级采用自举电路 第111页/共142页3.63.6集成运

50、算放大器的整体电路(LM741)读读图图差分放大输入级差分放大输入级共集共基组合共集共基组合双入单出双入单出互互补补对对称称功功放放互互补补对对称称功功放放2个二极管个二极管甲乙类功放甲乙类功放+-相相位位-中间放大级中间放大级复合管共射复合管共射前置放大前置放大共集缓冲共集缓冲第112页/共142页 1、输入失调电压VIO 在室温下（25C）以及标准电源电压下，输入电压为0时，为使输出电压为0，在输入端加的补偿电压叫做输入失调电压。测量方法第113页/共142页2、输入失调电流IIO 输出电压为0时，运算放大器的两个输入端的静态电流的差称为输入失调电流 测量方法第114页/共142页3、开环