电子电路基础5-电子电路.

多级放大电路与集成运算放大器于永斌信息与软件工程学院主要内容5.1多级放大电路（模3.1.1、3.2）5.2差分放大电路（模3.3.1、3.3.2）5.3模拟集成电路的结构特点（模4.1）5.4电流源电路（模4.2）5.5互补输出级（模3.3.3、2.7.1）5.6集成运算放大器（模4.3、4.4）5.1多级放大电路一、直接耦合二、阻容耦合二、分析举例一、动态参数分析Part1Part2一、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。第二级第一级Q1合适吗？直接连接输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。如何设置合适的静态工作点？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多？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特点？Re必要性？稳压管伏安特性UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大，则改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用在用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＜UCQ1UCQ1（UBQ2）＞UBQ1UCQ2＞UCQ1二、阻容耦合Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不易集成化。共射电路共集电路有零点漂移吗？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。一、动态参数分析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∥∥二、分析举例失真分析：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。讨论一清华大学华成英[e-mail]讨论二：放大电路的选用1.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.若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？注意级联时两级的相互影响！②共源、共射③共集、共射④共源、共集。•作业•3.1•3.23.55.2差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因1.什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。最佳典型电路：差分放大电路零点漂移零输入零输出理想对称二、长尾式差分放大电路的组成信号特点？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？典型电路02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII在理想对称的情况下：RRRRt+VCCuI2.零输入零输出；1.可克服零点漂移；4.放大差模信号。3.抑制共模信号；三、长尾式差分放大电路的分析eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的吗？1.Q点：EEBQBEQEQe2VUUIR晶体管输入回路方程：通常，Rb较小，且IBQ很小，故BEQcCQCCCEQURIVU选合适的VEE和Re就可得合适的Q2.抑制共模信号0)()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0cIcOccAuuA，参数理想对称时共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即IcI2I1uuu2.抑制共模信号：Re的共模负反馈作用0cIcOccAuuA参数理想对称时共模放大倍数Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电路，Re=?如T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3.放大差模信号C1OC21CC21CB21B2uuuuiiii△iE1=－△iE2，Re中电流不变，即Re对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即＋－2Idu＋－2Idu)(2bebBIdrRiu为什么？差模信号作用时的动态分析Lcdbbe()2RRARr∥（3.3.7）差模放大倍数IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu∥2)(2cobebiRRrRR，4.动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。dCMRcCMR3.3.10AKAK（）在参数理想对称的情况下，。在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。四、差分放大电路的四种接法cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1)(RIVURRIVRRRU∥由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是UCEQ1≠UCEQ2。1.双端输入单端输出：Q点分析1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析cLdbbe()1(3.3.16)2RRARr∥cobebi)(2RRrRR，1.双端输入单端输出：共模信号作用下的分析bebLcd)(21rRRRA∥cLcbbee()(3.3.17)2(1)RRARrR∥bbeeCMRbbe2(1)(3.3.18)dcARrRKARr1.双端输入单端输出：问题讨论bebLcd)(21rRRRA∥（1）T2的Rc可以短路吗？（2）什么情况下Ad为“＋”？（3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？bebebebCMR)1(2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，课堂练习：试回答上述3个问题2.单端输入双端输出共模输入电压差模输入电压输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？2/IIcIIduuuu，2.单端输入双端输出问题讨论：（1）UOQ产生的原因？（2）如何减小共模输出电压？OQIcIdO2UuAuAu测试:差模输出共模输出静态时的值单端输入单端输出的情况请同学们自行分析！3.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下输入方式：Ri均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。输出方式：Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。coCMRcbebLcd20)2(RRKArRRRA∥双端输出：cobebebebCMRebebLccbebLcd)(2)1(2)1(2)()(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA∥∥单端输出：五、差分放大电路的改进由前分析可知：Re越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低电源条件下，设置合适的IEQ，并得到得到（等效）趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代Re！1、具有恒流源差分放大电路的组成3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效电阻为无穷大近似为恒流1)RW取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？3)若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。2)1(WbebcdRrRRAWbebi)1()(2RrRR2、加调零电位器RW（改善对称性）doidmd2RRRRgA，，六、场效应管差分放大电路若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV讨论一RRRRt+VCCuI若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为多少？设置Q点时如何考虑？1、uI=10mV，则uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表测uO，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=AduId+AcuIc+UCQ1=?=?=?讨论二单端输入单端输出例3.3.1电路如侧。已知1,10,5.1,12,6,100,2,0.7,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccVVVrkUVImA120.5107CQCQUVccIRcV60.7Re5.3220.5EEBEQEQVUkI（1）Re的取值应为多少？T1和T2管的UCEQ为多少？（2）试求Au、Ri和Ro;（3）若将电路改成单端输出（如图3.3.7），用直流表测得输出电压uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。解：（1）70.77.7CEQCQEQUUUV例3.3.1电路如侧。已知1,10,5.1,12,6,100,2,0.7,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccVVVrkUVImA2()2(12)6ibbeRRrk102.55100(//)102.5526812LbbeRRcAuRr（1）Re的取值应为多少？T1和T2管的UCEQ为多少？（2）试求Au、Ri和Ro;（3）若将电路改成单端输出（如图3.3.7），用直流表测得输出电压uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。解：（2）据(3.3.7)、(3.3.8)、(3.3.9)可得220ocRRk交流等效例3.3.1电路如侧。已知1,10,5.1,12,6,100,2,0.7,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccVVVrkUVImA032.360.64uV动态电压：15.1105.1(//)120.52.36105.1105.1LCQCQCLCLRUVccIRRVRR（3）若将电路改成单端输出（如图3.3.7），用直流表测得输出电压uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。据(3.3.12)、(3.3.13)、(3.3.14)可得0/0.64/(56)11.4iduuAmV