第三章差动放大电路及集成运放电路课件.

第三章差动放大电路及集成运放电路授课教师：叶波1.直接耦合放大电路可以放大直流信号2.直接耦合放大电路的零点漂移零漂：主要原因：温漂指标：#为什么一般的集成运算放大器都要采用直接耦合方式？温度变化引起，也称温漂。温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。电源电压波动也是原因之一直接耦合放大电路及其特殊问题输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生例如100,=V1A若第一级漂了100uV，则输出漂移1V。若第二级也漂了100uV，则输出漂移10mV。假设第一级是关键。1=100,=V3V2AA3.减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿调制解调方式。采用差分式放大电路漂了100uV漂移10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV第三章集成运算放大电路3.1直接耦合放大电路及其特殊问题3.2典型差动式放大电路3.3差动式放大电路的输入输出方式3.4集成运算放大电路的概述差分电路的组成由两个结构完全对称的共射电路组成，通过射极公共电阻Ree耦合构成。ß1=ß2=ßUBE1=UBE2=UBErbe1=rbe2=rbeICBO1=ICBO2=ICBORC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb典型差动式放大电路差分电路的输入输出方式输入方式Ui单端输入双端输入Ui1Ui2UoUoUo输出方式单端输出双端输出差模信号和共模信号+--+差模信号一对大小相等，极性相反的信号，用Uid1、Uid2表示，Uid1=-Uid2共模信号+--+一对大小相等，极性相同的信号，用Uic1、Uic2表示，Uic1=Uic21.静态分析2IeQ由于电路结构对称，管子特性一致。IBQ1=IBQ2=IBQICQ1=ICQ2=ICQUC1=UC2=UCeebBEeBQ)R2(1RU-EIBQCQIIcCQCCRIEUeeeEQBEbBQER2IURIUo0Uo+-+-Uid1=-Uid2即相当于输入一对差模信号Ie1Ie2Ib1=-Ib2Ie1=-Ie2Uc1=-Uc2流过Ree上的交流总电流：Ie=Ie1+Ie2=0Ree上交流压降为0。因此，画交流通路时，Ree可视为短路，即两管的发射极直接接地。由Uc1=-Uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2.2.对差模信号的放大作用分析RbRcUid12RLUo2.对差模信号的放大作用分析T1RbRcUid22RLT2id1bebLcd1UrRR-Uid2bebLcd2UrRR-UR'L=Rc//(RL/2)idodUUUAid2id1cd2cd1UUUUbebLUdrRR-Arid=2(Rb+rbe)Uidrod≈2Rc与单管增益相同id1cd1id1cd1UU2U2UbebLUdrRR-A双端输入—双端输出rid=2(Rb+rbe)rod≈2Rc双端输入—单端输出idoUdUUAid1cd2id1cd12UU2UUbebLrRR21是单管增益的一半rid=2(Rb+rbe)rod≈Rc2.对差模信号的放大作用分析C1为反向输出端,C2为同向输出端工作原理3.对共模信号的抑制作用分析Iec1Iec2Uic1=Uic2=UicIbc1=Ibc2Iec1=Iec2流过Ree上的电流：Iec=Iec1+Iec2=2Iec1Ree上的电压：URee=Iec12Ree画交流通路时，单管射极电阻应为2Ree。RcT12ReeIec1Uoc1Uic1RbUocRcUic1T1Rb2ReeIec1Uoc1RcUic2T2Rb2ReeIec2Uoc2icoc双）(UcUUA0UUUicoc2oc10ocU差放的特点：输入无差别，输出就不动；输入有差别，输出就变动。3对共模信号的抑制作用分析共模抑制比CMRR—衡量差放的一个重要指标。UcUdAACMRR或(dB)AA20lgCMRRUcUd双端输出CMRR4.抑制零点漂移当温度变化或电源电压波动时，都将使集电极电流产生变化，且变化趋势是相同的，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用，这就意味着差放对由温度变化或电源电压波动所引起的输出漂移有很强的抑制作用。这就是研究共模输入信号的意义。Iec1Iec2VDA5.几种方式指标比较beLc)21//(rRRbeLc2)//(rRRbeLc)21//(rRRbeLc2)//(rRR输出方式双出单出双出单出idRicRoRbe2rbe2r]2)1([21oberr]2)1([21oberrc2RcRc2RcR5.2集成运算放大器集成电路的类型：以集成度即管子和元件数量可分为一百以下的小规模集成电路；一百至一千个之间的中规模集成电路；一千至十万个之间的大规模集成电路；十万以上的超大规模集成电路。按所用器件又可分为双极型器件组成的双极型集成电路；单极型器件组成的单极型集成电路；双极型器件和单极型器件兼容组成的集成器件。此外，还有线性集成电路和数字集成电路等。集成电路：把晶体管、电阻、电容以及连接导线等集中制造在一小块半导体基片上而形成具有电路功能的器件。集成电路的优点：体积小、重量轻、安装方便、功耗小、工作可靠等。集成运算放大器（简称集成运放）：直接耦合的高放大倍数的线性集成电路。1.集成电路的外形：国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。5.2.1集成运算放大器的外形和符号2.集成运放的型号国家标准（GB3430-82）规定，由字母和阿拉伯数字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示国家标准，F表示运算放大器，阿拉伯数字表示品种。国产第二代集成运放CF741接线如图所示。双列直插式集成运放的管脚顺序是，管脚向下，标志于左，序号自下而上逆时针方向排列。管脚功能如下：3.集成运放的管脚顺序及功能CF741外接线图接正电源(+9~+18)V接负电源（-9~-18）V为同相输入端（输出信号与输入信号同相位）为反相输入端（输出信号与输入信号反相位）为空脚为输出端脚1、4、5外接调零电位器国产第一代集成运放F004接线如图所示。圆壳式集成运放的管脚顺序是，管脚向上，序号自标志起从小到大按顺时针方向排列。管脚功能如下：不同类型运放的管脚排列和管脚功能是不同的，应用时可查阅产品手册来确定。脚7接正电源（+15）V，脚4接负电源（15）V，脚6为输出端，脚1、4、8接调零电位器，脚3为同相输入端，脚2为反相输入端，脚5、6之间的300k电阻及RP、CP的作用是消除自激，可通过调试决定数值。图（a）是国家新标准（GB4728•13—85）规定的符号；图（b）是曾用过的符号。画电路时，通常只画出输入和输出端，输入端标“+”号表示同相输入端，标“-”号表示反相输入端。4.集成运放的图形符号VFA闭环放大倍数：有反馈时集成运放的放大倍数称为闭环放大倍数。其数值根据具体电路的反馈情况来计算。5.2.2集成运算放大器的放大倍数和参数一、两种放大倍数1.开环放大倍数AVOIOABOvvvvvAVO开环放大倍数AVO：无反馈时集成运放的放大倍数。（5.2.1）2.闭环放大倍数AVF输入电压为零时，两个输入端静态基极电流的平均值。一般为微安数量级，IIB越小越好。二、主要参数1.输入失调电压VIO输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电压。一般为毫伏级。它表征电路输入部分不对称的程度，VIO越小，运放性能越好。2.输入失调电流IIO输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电流。其值为两个输入端静态基极电流之差。3.输入偏置电流IIB电路开环情况下，输出电压与输出电流之比。ro越小，运放性能越好。一般在几百欧左右。4.开环电压放大倍数AVO电路开环情况下，输出电压与输入差模电压之比。AVO越大，集成运放运算精度越高。一般中增益运放的AVO可达105倍。5.开环输入阻抗ri指电路开环情况下，差模输入电压与输入电流之比。ri越大，运放性能越好。一般在几百千欧至几兆欧。6.开环输出阻抗ro开环电压放大倍数随信号频率升高而下降3dB所对应的频宽。以上参数可根据集成运放的型号，从产品说明书等有关资料中查阅。7.共模抑制比KCMR电路开环情况下，差模放大倍数AVD与共模放大倍数AVC之比。KCMR越大，运放性能越好。一般在80dB以上。8.输出电压峰-峰值VOPP放大器在空载情况下，最大不失真电压的峰-峰值。9.静态功耗PD电路输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。10.开环频宽BW通用型集成运放的特点是：最大差模输入电压和最大共模输入电压大；输出有短路保护功能；电源电压适用范围宽；不需外接补偿电容。如性能较好的CF741等。三、集成运放产品分类简介1.通用型2.特殊型特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：（1）高输入阻抗型差模输入电阻不小于109Ω。（2）高精度型ΔVIO∕ΔΤ小于2μV∕οС。（3）宽带型增益带宽大。V15（4）低功耗型当电源电压时，最大功耗不大于6mW。（5）高速型转换速率大于30Vµs。（6）高压型输出电压较高。在实际应用和分析集成运放电路时，可将实际运放视为理想运放，以简化分析。5.2.3集成运算放大器的理想特性集成运放的理想特性为：1.输入信号为零时，输出端应恒定为零；2.输入阻抗ri=∞；3.输出阻抗ro=0；4.频带宽度BW应从0→∞；5.开环电压放大倍数ΑVO=∞。（集成运放的理想特性）3.LM324组成的电平指示电路（1）LM324简介LM324是含有四个运放的集成组件。简称四运放集成电路。i2Vi2VO2Vi1Vi1VO1VGND为接地端，VCC为电源正极端（6V），每个运放的反相输入端、同相输入端、输出端均有编号。例如，等等。端及输出端。依此类推，、、是表示2号运放器的，、、分别表示1号运放的反相输入端、同相输入四个运放的同相输入端连接于由V（2AP9）、R10、C2组成的整流电路输出端，作为信号的输入端。输出端分别通过限流电阻R6、R7、R8、R9接有发光二极管V1、V4、V3、V2。反相输入端分别经电阻分压网络RP1、R2、R3、R4、R5分压后加上量值不等的正电压。（2）LM324组成的电平指示器5.2.5集成运放使用常识方法：加阻容补偿网络。具体参数和接法可查阅使用说明书。目前，由于大部分集成运放内部电路的改进，已不需要外加补偿网络。一、零点调整方法：将输入端短路接地，调整调零电位器，使输出电压为零。二、消除自激振荡利用二极管的单向导电特性防止由于电源极性接反而造成的损坏。当电源极性错接成上负下正时，两二极管均不导通，等于电源断路，从而起到保护作用。三、保护电路1.电源极性的保护2.输入保护利用二极管的限幅作用对输入信号幅度加以限制，以免输入信号超过额定值损坏集成运放的内部结构。无论是输入信号的正向电压或负向电压超过二极管导通电压，则V1或V2中就会有一个导通，从而限制了输入信号的幅度，起到了保护作用。利用稳压管V1和V2接成反向串联电路。若输出端出现过高电压，集成运放输出端电压将受到稳压管稳压值的限制，从而避免了损坏。3.输出保护