1 / 83

前知识回顾：

前知识回顾：. 1 、基本放大电路及分析； 2 、放大电路的频率特性； 3 、场效应管及放大电路； 4 、多级放大电路及分析； 5 、负反馈放大器及类型分析； 6 、负反馈放大器对性能指标的改善； 7 、直接耦合放大器中的零点漂移问题及抑制；. 第六章 集成运算放大器. 6.1 零点漂移 6.2 差动放大电路 6.3 电流源电路 6.4 集成运算放大器介绍 6.5 集成运放的性能指标. 本章序言：. 一、概述.

portia-benson
Download Presentation

前知识回顾：

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 前知识回顾： 1、基本放大电路及分析； 2、放大电路的频率特性； 3、场效应管及放大电路； 4、多级放大电路及分析； 5、负反馈放大器及类型分析； 6、负反馈放大器对性能指标的改善； 7、直接耦合放大器中的零点漂移问题及抑制；

  2. 第六章 集成运算放大器 6.1 零点漂移 6.2 差动放大电路 6.3 电流源电路 6.4 集成运算放大器介绍 6.5 集成运放的性能指标

  3. 本章序言： 一、概述 1、集成电路：在一个很小的硅片中，集成包括许多有源器件和无源器件的整体电路称为集成电路。它是将元件和电路集于一体并有一定功能的电子电路。 2、集成电路的分类：半导体集成电路可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类，模拟集成电路中主要有集成运放、集成稳压器、集成功放器、专用集成电路等。 3、集成电路的特点： （1）元件的参数精度较差，误差较大，但对称性较好，适用于差分电路。 （2）制作三极管很容易，所以尽量使用三极管。

  4. （3）只能制作几十欧至几千欧的电阻，更大的电阻用恒流源代替。（3）只能制作几十欧至几千欧的电阻，更大的电阻用恒流源代替。 （4）制作电感很困难，只能制作几十皮法以下的电容，大电容也不能制作，所以采用直接耦合的方式。 根据以上特点，集成电路在设计上：（1）尽量用三极管，少用电阻电容；（2）电路形式上尽量用差分电路、有源负载、恒流源电路、直接耦合的方式，将对单个元件精度的要求转化为对两个元件参数对称性的要求。 二、集成运算放大器及组成 1、概念：集成运放大器简称集成运放。它实际上是一个高放大倍数的直接耦合的多级放大器，该电路最初用于数的运算中随着电子技术的发展，它的应用早已不限于运算，在电路中使用时，已成为一种通用性较强的功能性器件，一般不去深究它的内部结构，把它视为一个器件使用，一般用如下符号表示：

  5. 2、集成运放的组成： 图6-1 集成运放框图

  6. §6.1零点漂移 把放大器输入为零时，而输出不一定为零，且在原值的基础上随时间缓慢变化的现象称为零点漂移。通常将偏离值按放大器的放大倍数折算到输入端的干扰信号的大小去衡量。这种漂移随着环境温度的发生变化而变化。 图6 – 2 零点漂移

  7. (引言:集成运算放大器是一种性能优良的多级直接耦合放大器，它又是一种通用性很强的多功能部件。而集成运算放大器的关键的组成部分就是差动放大器。而差动放大器的电路特点是对称性，它的最大优点是对零点漂移具有很强地抑制作用。 §6.2 差动放大电路 一、基本差分放大器 1、基本原理电路及特点： （1）电路特点： 对称性。 图6 – 3 差分放大电路的基本形式

  8. （2）差模信号：把一对大小相等，极性相反的信号叫做差模信号。电路中所加的有用信号就是差模信号。（2）差模信号：把一对大小相等，极性相反的信号叫做差模信号。电路中所加的有用信号就是差模信号。 （3）共模信号：把一对大小相等，极性相同的信号叫做共模信号。电路中的干扰信号、零点漂移等都可视为共模信号。 图 3 – 2 差分电路的两种输入信号

  9. 由图：共模信号： 差模信号： 2、工作原理：（由电路分析）结论：对差模信号较大的放大作用；对共模信号有较强的抑制作用。 （1）共模电压放大倍数Auc

  10. （2）差模电压放大倍数Aud 其中：

  11. 图6-4 对差模信号的放大作用

  12. 二、 长尾式差动放大电路 在单端输出的情况下：对称性得不到利用。因此增加共模反馈电阻Re，通过负反馈来抑制零点漂移，为了满足静态的要求，增加负电源VEE，因而得到如下电路： 图6 – 5 长尾式差动放大电路

  13. 1、静态计算： 由于电路对称，只计算一边即可： 静态时, 输入短路, 由于流过电阻Re的电流为IE1和IE2之和, 且电路对称,IE1=IE2 ,故 由负电源和基极回路有： 即：IC1=IC2=βIB1 UC1=UC2=UCC-IC1RC1 为集电极对地的电位。

  14. 2、差模电压放大倍数： 对差模信号： 因此在两管中产生的信号电流方向正好相反，在Re上产生的电流方向相反，即在Re上总的信号电流为零，即没有压降，因此可由如下电路进行分析： 对双端输入，双端输出： RL'为RC和RL/2的并联

  15. 即：差分放大器的电压放大倍数与单管共射放大器的电压放大倍数一样。即：差分放大器的电压放大倍数与单管共射放大器的电压放大倍数一样。 对双端输入，单端输出： 其中：RL'为RC和RL的并联 可见：单端输出的情况下：电压放大倍数约为双短输出的一半。总之，差分放大器对差模信号（即有用信号）有较大的放大作用。

  16. 3、共模电压放大倍数： 对共模信号： 因此在两管中产生的共模信号电流方向正好相同，在Re上产生的共模信号电流方向相同，即在Re产生的压降为： （IE1+IE2）Re=2IE1Re 因此可由如下电路进行分析：

  17. 对双端输入，双端输出： 即：双端输出的情况下，仅靠电路的对称性即可完全抑制零点漂移。

  18. 对双端输入，单端输出： 其值很小。 即：在单端输出的情况下，靠共模反馈电阻Re抑制零点漂移。

  19. 三、差动放大器的主要指标 1、 差模电压放大倍数Aud 2、 共模电压放大倍数Auc 3、共模抑制比CMRR 或者

  20. 4、差模输入电阻rid 5、差模输出电阻rod 6、共模输入电阻ric

  21. 【例1】 设图 6 - 5 所示长尾式差动电路绝对对称, 求其Aud, Auc, CMRR , rid, rod和ric。  解 由图 6 - 7(b)所示差模交流通路得

  22. 因为电路绝对对称, 所以在共模输入信号作用下, , 因此 由差模交流通路可注意到Ib1d=-Ib2d, 则

  23. 若共模输入信号的接入方式如图 6 - 8(a), 则 因为, 在共模信号作用下, Ib1c=Ib2c, 所以

  24. 若共模输入信号的接入方式如图 6 - 8(b), 则 利用外加电源法, 可以求得该电路的差模输出电阻rod和共模输出电阻roc, 它们分别为

  25. 图 6 – 8 两种共模信号接入方式

  26. 总结： 1、直接耦合放大器的零点漂移问题； 2、差动放大器的电路结构特点及功能； 3、带有共模反馈电阻的差动放器的电路结构及静态计算； 4、差模信号、共模信号； 5、差模电压放大倍数、共模电压放大倍数； 6、差动放大器的主要指标。 作业： P148 1—9 参考题 10习题

  27. 上节内容复习： 1、直接耦合放大器的零点漂移问题； 2、差动放大器的电路结构特点及功能； 3、带有共模反馈电阻的差动放器的电路结构及静态计算； 4、差模信号、共模信号； 5、差模电压放大倍数、共模电压放大倍数； 6、差动放大器的主要指标。

  28. 四、具有调零电路的差动放大器 为了克服两个差分对管及电路参数不对称造成的输出直流电压不为零的现象，可增加静态调零电路，有如下两种形式。 图6 – 9 具有调零电路的差动电路

  29. 对射极上增加调零电阻RW后，前面的公式将修改为：对射极上增加调零电阻RW后，前面的公式将修改为： 差模放大倍数Aud 差模输入电阻rid 共模输入电阻ric(对应图6 - 8(a)) 或者为(对应图6 - 8(b))

  30. 五、 恒流源差动放大电路 1、问题的提出：为了进一步提高共模抑制比，就必须增大Re，而增大Re，就必须要增加电源的值，所以必须设法使之Re上有较高的交流电阻，而又有不太高的直流电阻。三极管正好有这样一种性质，三极管工作在放大区时，其集电极 电压在很大范围内变化时，而集电极电流变化很小，即交流电阻很大。而直流电阻（工作点处的集电极电压与集电极电流的比值）又不太大。 三极管的集电极电压在很大范围内变化时，而集电极电流几乎不变的性质称为它的恒流作用。将三极管的CE代替Re作为共模反馈电阻，即可得到带有恒流源的差分放大器。 图6 – 10 恒流源的电流、电压特性

  31. 2、电路形式： 图6–11具有恒流源的差分放大器电路 (a)用单管电流源代替RE的差动电路；(b)电路的简化表示

  32. 3、CE间的电阻计算：将V3组成的恒流源电路等效为如下图，即可推出CE之间的交流电阻的表达式：

  33. 设β=80, rce=100kΩ, rbe=1kΩ, R1=R2=6kΩ, R3=5kΩ, 则 ro3≈4.5MΩ。用如此大的电阻作为Re, 可大大提高其对共模信号的抑制能力。而此时, 恒流源所呈现的直流电阻并不高，即所要求的电源电压不高。 此电路的静态计算可以从V3管入手，由负电源到它的基极回路计算出IE3 即得两差分管的集电极电流为：IC1=IC2=1/2 IE3

  34. 六、 一般输入信号情况 当差动放大电路的输入信号既不是差模信号，也不是共模信号，即两输入端的信号大小不等时，可将其分解成一对共模信号和一对茶模信号 共同作用在放大电路的两端来处理。 差模信号： 则每管的输入为： 共模信号为： 则输出电压为： 由上可得：

  35. 【例2】在图 6 - 5 电路中, 已知差模增益为 48dB, 共模抑制比为67dB, Ui1=5V, Ui2=5.01V，试求输出电压Uo。  解 因为20lg|Aud|=48dB, 故Aud≈-251, 而CMR=67dB, 故CMRR≈2239, 所以

  36. 七、 差动放大电路四种接法 1、 双端输入、双端输出 差模电压放大倍数为 其中 差动输入电阻rid和输出电阻rod为 共模电压放大倍数为： 共模抑制比为 ：

  37. 图6 – 12 差动放大电路的四种接法

  38. 2、 双端输入、单端输出

  39. 3、 单端输入、双端输出 由公式： 忽略共模放大作用，其单端输入、双端输出的电压放大倍数等结论跟双端输入、双端输出的结论一样。 4. 单端输入、单端输出 同理，单端输入、单端输出的电压放大倍数等结论跟双端输入、单端输出的结论一样。

  40. 这种接法的特点是：它比单管基本放大电路具有较强的抑制零漂能力, 而且可根据不同的输出端, 得到同相或反相关系。  综上所述, 差动放大电路电压放大倍数仅与输出形式有关, 只要是双端输出, 它的差模电压放大倍数与单管基本放大电路相同; 如为单端输出, 它的差模电压放大倍数是单管基本电压放大倍数的一半, 输入电阻都是相同的。

  41. 【例3】电路如图6 - 13所示, 设UCC=UEE=12V,β1=β2=50, Rc1=Rc2=100kΩ, RW=200Ω, R3=33kΩ, R2=6.8kΩ, R1=2.2kΩ, Rs1=Rs20=10kΩ。  (1) 求静态工作点。  (2) 求差模电压放大倍数。 (3) 求RL=100kΩ时, 差模电压放大倍数。  (4) 从V1管集电极输出, 求差模电压放大倍数和共模抑制比CMRR(设rce3=50 kΩ)。 图6 – 13 例3电路图

  42. 解 (1) 静态工作点: 设UBE3=0.6V, 则 所以

  43. 所以一般估算时, 认为UB≈0。

  44. (2) 差模电压放大倍数: 其中

  45. (3) 当RL=100 kΩ时：

  46. (4) 当单端输出时(从V1管c1极输出): 其中 单端输出时, 共模电压放大倍数为

  47. 式中 而 所以

  48. 故 其共模抑制比为

  49. 总结： 1、长尾巴差动放大电路的特点及静态计算； 2、长尾巴差动放大电路的有管参书性能计算； 3、带有恒流源的差动放大电路的特点及静态计算； 4、差动放大电路的四种接法。 作业：P148 11、 12 、 13 习题

  50. 前知识回顾： 1、基本的差动放大电路及有关计算； 2、带有恒流源的差动放大电路； 3、差动放大电路的四种接法。 §6.3 电 流 源 电 路 （引言：集成电路中大电阻不易制作，供给个级的直流的偏置电路由恒流源电路代替。模拟集成电路中广泛采用恒流源作偏置电路，基极偏置电流都是由恒流源电路来提供，而集电极负载电阻由恒流源来代替，称为有源负载。根据形式及输出电流的关系不同，分为以下几种。

More Related