第11讲 集成运算放大电路(1)多级

第十一讲第六章教学要求重点与难点1、掌握多级放大器的耦合电路及分析方法；2、掌握差分放大电路的工作原理及分析方法；3、掌握功率放大电路的工作原理及分析方法；4、掌握恒流源电路的工作原理及输出电阻的计算；5、了解集成运放的内部电路，掌握其主要技术指标和使用注意事项。重点：多级放大器、差分放大器、功率放大器、恒流源电路的定量分析，集成运放的外特性。难点：差分放大电路的定量分析，功率放大器的定量分析，恒流源电路的输出电阻计算，集成运放内部电路分析。本次课教学要求•1、掌握多级放大器的耦合方式；•2、掌握多级放大器的静态与动态分析方法；•3、了解多级放大器的频率响应；•4、初步认识集成运放的结构特点。第6章集成运算放大电路6.1多级放大电路6.2集成运算放大电路简介6.3差分放大电路6.4功率放大电路6.5集成运放中的电流源6.6集成运放原理电路6.7集成运放的主要技术指标和种类6.8集成运放的使用注意事项6.1多级放大电路6.1.1多级放大电路的耦合方式6.1.2多级放大电路的动态分析6.1.3多级放大电路的构成6.1.4多级放大电路的频率响应6.1.1多级放大电路的耦合方式问题的提出常见耦合方式当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如Au＝104、Ri=2MΩ、Ro=100Ω）时，应考虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何“连接”几个单级放大电路，耦合方式即连接方式。直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合等。1.阻容耦合共射电路共集电路利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。本电路组合方式的特点输入阻抗高，从信号源获取信号的能力强。1.阻容耦合（续）共射电路共集电路本电路组合方式的特点输出阻抗低，带负载能力强。阻容耦合放大电路的特点Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。2.直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移第二级第一级直接耦合放大电路的两大特点（1）前后级静态工作点互相影响；（2）零点漂移。如何设置合适的静态工作点？Q1合适吗？对哪些动态参数产生影响？用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？若要UCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压UD＝？动态电阻rd＝？Re如何设置合适的静态工作点？UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大，则改用DZ。稳压管伏安特性小功率管多为5mA由最大功耗得出必要性？rz＝Δu/Δi，小功率管多为几欧至二十几欧。NPN型管和PNP型管混合使用－互补电路问题的提出：在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。UCQ1（UBQ2）＞UBQ1UCQ2＜UCQ1静态工作点的计算P155列方程组求解3.变压器耦合L2'L2c21RIRIPPl，从变压器原边看到的等效电阻可能是实际的负载，也可能是下级放大电路理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。实现阻抗变换L221L2c2'L)(RNNRIIRl特点：可实现阻抗变换，隔直，频率特性差。*4.光电耦合光电耦合器电流控制电流器件，输入和输出无公共端*4.光电耦合(续)特点：输出回路与输入回路不共地线，抗干扰，隔离性好。6.1.2多级放大电路的动态分析1、计算公式（1）电压放大倍数njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io（2）输入电阻i1iRR（3）输出电阻nRRoo对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。)])(1([L622be5i2RRrRR∥∥21L62be2L6221bei231)()1()()1()(uuuuuAAARRrRRArRRA∥＋∥＋∥be121irRRR∥∥1be2536orRRRR∥∥2、分析举例P159例6.1.1讨论一失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路共射放大电路共射放大电路iuou饱和失真？截止失真？首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。比较Uom1和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。6.1.3多级放大电路的构成一般原则（1）根据总电压放大倍数决定级数；（2）根据输入电阻选择输入级电路组态及器件；（3）根据输出电阻选择输出级电路组态及器件。讨论二按下列要求组成两级放大电路：①Ri＝1～2kΩ，Au的数值≥3000；②Ri≥10MΩ，Au的数值≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150；④Ri≥10MΩ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。6.1.4多级放大电路的频率响应1、多级放大电路的频率响应N1kukuN2u1uuAAAAAN1kukuAlg20Alg20幅频特性N1kkuA相频特性两级放大电路的波特图一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。6dB3dBfLfH≈0.643fH1121lg40lg20lg20lg20uuuuAAAAfLfL1，fHfH1，频带变窄！2、多级放大电路截止频率的估算),,2,1(bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL111111对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1～fLn、fH1～fHn，整个电路的下、上限频率分别为fL、fH，则nkknkukuAA11lg20lg20由于求解使增益下降3dB的频率，经修正，可得1.1为修正系数6.2集成运算放大电路简介6.2.1集成运算放大电路的特点6.2.2集成运算放大电路的方框图集成电路的剖面图及外形6.2.1集成运算放大电路的特点1、元件特点（1）元件值精度不高，但对称性好。（2）电阻值约几十Ω—几十KΩ，阻值过大或过小的电阻不易制造；电容值在几十PF以内，电感不能直接制造。（3）二极管由三极管构成。（4）输入级的超β管的β值迖几千，PNP管为横向三极管，β值小于10。2、电路特点6.2.1集成运算放大电路的特点（续）（1）输入级的输入电阻大，一般为差动放大器。（2）中间级电压放大倍数大，一般采用有源负载。（3）输出级的输出电阻小，一般为OCL电路。6.2.2集成运放的方框图两个输入端一个输出端若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。集成运放电路四个组成部分的作用输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad大，Ac小，输入端耐压高。中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。电路符号国标符号课外作业PP.202~2036.4，6.6(只求Ri,Ro,Au)END