第六章-放大电路基础3优秀文档.ppt

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1、零漂现象零漂现象：输输入入Vi=0时时,输输出出有有缓慢变化的电压产生。缓慢变化的电压产生。温漂温漂6.7 差动放大电路差动放大电路u产生温漂的原因产生温漂的原因：u温漂指标温漂指标：由由温温度度变变化化引引起起的的零零点点漂漂移移。当当温温度度变变化化使使第第一一级级放放大大器器的的静静态态工工作作点点发发生生微微小小变变化化时时，这这种种变变化化量量会会被被后后面面的的电电路路逐逐级级放放大大，最最终终在在输输出出端端产产生生较较大大的的电电压压漂移。漂移。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到输入端的等效输入漂移电压值。算到输入端的等效输

2、入漂移电压值。实实 例例设设AV1=AV2=100,AV3=1.若第一级漂了若第一级漂了100 uV，则输出漂移则输出漂移 1 V。若第二级也漂了若第二级也漂了100 uV，则输出漂移则输出漂移 10 mV。F 第一级是关键第一级是关键u减小零漂的措施减小零漂的措施1.用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿2.采用差分式放大电路采用差分式放大电路漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+10 mV漂移漂移 1 V+10 mV1.结构结构:对称性结构对称性结构基本型差动放大器基本型差动放大器+UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uo

3、=uC1-uC2 uC1uC22.优点：抑制温漂优点：抑制温漂 原理如下原理如下:uo=uC1-uC2 =0uo=(uC1+uC1 )-(uC2+uC2)=0当当ui1=ui2 =0 时，时，当温度变化时：当温度变化时：对称性对称性uC1=uC2 uC1=uC2+UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uC1uC2Cuo=uC1-uC2+UCCRCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uC1uC2 当当ui1=ui2（大小相等，极性相同），（大小相等，极性相同），共模输入信号共模输入信号 设设ui1 ，ui2 ，使，使uC1 ，uC2 。因。因ui1=ui2，uC1

4、=uC2 uo=0(理想化理想化)。但因两侧不完全对称，。但因两侧不完全对称，uo 0共模电压放大倍数共模电压放大倍数 AC=uoui1（很小，（很小，1)设设ui1 ,ui2 ,使使uC1 ,uC2 。设。设uC1=uC1-uC1,uC2=uC2+uC2。因因ui1=-ui2，uC1=uC2 uo=uC1-uC2=-uC1-uC2=-2 uC1 差模电压放大倍数差模电压放大倍数 Ad=uoui1-ui2=uo2ui1 5.共模抑制比共模抑制比(CMRR)的定义的定义CMRR=20 log db(分贝分贝)ACAd例例:Ad=-200 Ac CMRR=20 log (-200)/0.1 =66

5、 dbCMRR Common Mode Rejection Ratio 1.结构结构:双电源长尾式差放双电源长尾式差放特点：特点：加入射极电阻加入射极电阻R RE E加入负电源加入负电源-U-UEE EE，采用正负双电源供电，采用正负双电源供电+UCC(+15V)RCR1T2RB uoRCR1T1RB ui2ui1uo=uC1-uC2 uC1uC2-UEE（-15V）REui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）RE双电源双电源和和射极电阻射极电阻RE的作用的作用双电源的作用：双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源

6、由负电源-UEE提供，可以取消提供，可以取消RB电阻，且使基极的直流静态电位电阻，且使基极的直流静态电位=0双电源长尾式差放中双电源和射极电阻双电源长尾式差放中双电源和射极电阻RE的作用的作用射极电阻射极电阻RE的作用：的作用：T C IC1 IC2 IE =IC1+IC2UE =IERE+（-UEE）UBE1 、UBE2 IB1 、IB2 IC1 IC2 （1）直流负反馈，）直流负反馈，稳定静态工作点稳定静态工作点+UCCRCT1RCT2-UEEREuo射极电阻射极电阻RE的作用：的作用：（2）RE对共模信号有抑制作用（原理同上，即由对共模信号有抑制作用（原理同上，即由于于RE的负反馈作用，

7、使的负反馈作用，使IE基本不变）基本不变）（3）RE对差模信号相当于短路对差模信号相当于短路ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REIEui1=-ui2，设设ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 =-ie2 IE不变不变 结论：结论：IE具有恒具有恒流特性流特性用恒流源代替用恒流源代替RE，可使电路，可使电路进一步改善进一步改善放大倍数放大倍数(1)共模信号输入共模信号输入 ui1=ui2共模电压放大倍数共模电压放大倍数 AC=uoui1(2)差模信号输入差模信号输入ui1=-ui2ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2

8、-UEE（-15V）REuo=uC1-uC2差模电压放大倍数差模电压放大倍数 Ad=uoui1-ui2=RCrbe 放大倍数放大倍数ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REuo=uC1-uC2只考虑共模输入时只考虑共模输入时:uoc=ACuC只考虑差模输入时只考虑差模输入时:uod=Ad(ud)总输出总输出:uo=uoc+uod=ACuC+Ad(ud)Ad(ud)=Ad(ui1-ui2)udui1-ui2=uC2ui1+ui2=ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REuo=uC1-uC2总输出总输出:uo=Ad(ui1-u

9、i2)反相输入端u-放大倍数放大倍数单端输入单端输入:当当 ui2=0时时,双端输入双端输入uo=Ad ui1同相输入端u+恒流源式差放电路恒流源式差放电路电路结构电路结构:R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoERCT1RCT2ui1电路特点：电路特点：IC3具有恒流特性具有恒流特性抑制温漂的原理抑制温漂的原理T C IC1 IC2 IC1+IC2=IC3=IE3 UBE3 =UB3-UE3R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoERCT1RCT2ui1IE3R2R1+R2（UCC-UEE）+（-UEE）UB3=认为稳定认为稳定UE3 =IE3R3-UEEIC3 结论：结论

10、：IC3保持恒流，对共模保持恒流，对共模信号抑制，对差模信号相当信号抑制，对差模信号相当于短路于短路恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源不影响差模放大倍数。恒流源不影响差模放大倍数。恒流源使共模放大倍数减小，从而增加恒流源使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大。大。恒流源的作用恒流源的作用差动放大器的分析计算差动放大器的分析计算u差动放大器共有四种差动放大器共有四种输入输出方式输入输出方式输入输出方式输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双入

11、双出）双端输入、双端输出（双入双出）2.双端输入、单端输出（双入单出）双端输入、单端输出（双入单出）3.单端输入、双端输出（单入双出）单端输入、双端输出（单入双出）4.单端输入、单端输出（单入单出）单端输入、单端输出（单入单出）u主要讨论的主要讨论的问题问题问题问题有：有：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻、输出电阻差模输入电阻、输出电阻(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数（2 2）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数（3 3）差模输入电阻）差模输入电阻（4 4）输出电阻）输出电阻(2)共模电压放大倍数ro=几-几十集成运算放大器的分析方法

12、集成运算放大器的技术指标所以放大倍数与负载无关，放大倍数可以独立计算。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大。反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。这种方式适用于将设ui1,ui2,使uC1 ,uC2。用非线性元件进行温度补偿单端输入、单端输出（单入单出）所以放大倍数与负载无关，放大倍数可以独立计算。恒流源不影响差模放大倍数。(1)差模电压放大倍数这种方式适用于将(2)差模信号输入ui1=-ui2UE=IERE+（-UEE）2.双端输入单端输出双端输入单端输出 这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 （2 2）差模输入

13、电阻）差模输入电阻（3 3）输出电阻）输出电阻（4 4）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数共模等效电路如共模等效电路如右图：右图：3.单端输入双端输出单端输入双端输出 单端输入等效双端输入单端输入等效双端输入:因为右侧的因为右侧的Rb+rbe归归算到发射极回路的值算到发射极回路的值 (Rs+rbe)/(1+)1M,有的可达100M以上;双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。uo=uC1-uC2 =0uu+uo 反相输入端反相输入端 u同相输入端同相输入端 u+输出端输出端 uo国际符号：国际符号：国内符号：国内符号：(1)(1)开环差模电压放大倍数开环差模电压放

14、大倍数(开环增益开环增益)大大 A Ao o(A(Ad d)=u)=uo o/(u/(u+-u-u-)=10)=105 5-10-107 7倍倍;(2)(2)共模抑制比高共模抑制比高 CMRR=100db CMRR=100db以上以上;(3)(3)输入电阻大输入电阻大 r ri i1M1M,有的可达有的可达100100M M 以上以上;(4)(4)输出电阻小输出电阻小 r ro o=几几-几十几十 理想运放：理想运放：Ao=CMRR=ri =ro=0uo=Ao(u+u)Ao u+u 0u+uuo uu+ib-ib+u+=u ib-=ib+=0 ri ib-0 ib+0集成运算放大器的分析方法集

15、成运算放大器的分析方法输出电压变化范围输出电压变化范围:最大最大+UCC-UEE集成运算放大器的分析方法集成运算放大器的分析方法:放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关，uo uu+ib-ib+RL因为因为ro=0所以所以放大倍数与负放大倍数与负载无关，放大倍数载无关，放大倍数可以独立计算。可以独立计算。ro运放线运放线性运用性运用信号的放大、运算信号的放大、运算恒压源、恒流源电路恒压源、恒流源电路有源滤波电路有源滤波电路在运放的线性应用中，运放的输出与在运放的线性应用中，运放的输出与输入之间加输入之间加负反馈负反馈，使运放工作于线性状，使运放工作于线性状态。态。集成运放的总体结构集成运放的总

16、体结构(IC integrated circuit)集成运放实例集成运放实例简单的集成运放简单的集成运放 通用型集成运放通用型集成运放F007 输入电压为零时，将输出电压除以电压增输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。放内部电路对称性的指标。集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数在规定工作温度范围内，输入失调电压随温在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。度的变化量与温度变化量之比值。1.输入失调电压输入失调电压Vio 2.输入失调电压温漂输入失调电压温漂

17、 dVio/dT 在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。用于表征差分级输入电流不对称的程度。输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。在规定工作温度范围内，输入失调电流随温在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。度的变化量与温度变化量之比值。B：4.输入失调电流输入失调电流 Iio：io/dT所以放大倍数与负载无关，放大倍数可以独立计算。在零输入时，差分

18、输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。单端输入:当 ui2=0时,UE=IERE+（-UEE）-UEE（-15V）双端输入、单端输出（双入单出）UE=IERE+（-UEE）Ao(Ad)=uo/(u+-u-)=105-107倍;当ui1=ui2 =0 时，只考虑共模输入时:uoc=ACuCie1 =-ie2 IE不变 uo=0(理想化)。开环差模电压放大倍数 Aod ：运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时时,差分管将出现反向击穿现象。差分管将出现反向击穿现象。在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范在

19、保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。放大器失去共模抑制能力。idmaxicmax 无反馈时的差模电压增益。无反馈时的差模电压增益。一般一般Aod在在100120dB左右，高增益运放可达左右，高增益运放可达140dB以上。以上。双极型管输入级约为双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可欧姆，场效应管输入级可达达109欧姆以上。欧姆以上。KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)其典型值在其典型值在80dB以上，性能好的高达以上，性能好的高达180dB。8.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 Aod ：id：10.共模抑制比共模抑制比 KCMR：运放的差模电压放大倍数在高频段下降运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所所定义的带宽定义的带宽 f H。反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率转换速率SR的表达式为的表达式为 11.3dB带宽带宽 f H：12.转换速率转换速率S R(压摆率压摆率)：运算放大器外形图运算放大器外形图运算放大器外形图运算放大器外形图