集成運算放大器資料PPT課件

1、 1 1、多級放大電路的基本概念以及多級放大電、多級放大電路的基本概念以及多級放大電路的耦合方式；路的耦合方式； 2 2、多級放大電路的動態(tài)分析；、多級放大電路的動態(tài)分析； 3 3、直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象；、直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象； 4 4、掌握差分放大電路的共模信號、差模信號、掌握差分放大電路的共模信號、差模信號、共模放大倍數(shù)、差模放大倍數(shù)、共模抑制比的共模放大倍數(shù)、差模放大倍數(shù)、共模抑制比的概念。概念。 5 5、差分放大電路的組成、抑制零點漂移的原、差分放大電路的組成、抑制零點漂移的原理以及四種接線方式分析方法。理以及四種接線方式分析方法。 6 6、掌握互補輸出級的正確接法

2、和輸入輸出關、掌握互補輸出級的正確接法和輸入輸出關系。系。 學習指導學習指導第1頁/共57頁3.1.2 多級放大電路的動態(tài)分析3.1.1 3.1.1 多級放大電路的級間耦合方式多級放大電路的級間耦合方式3.1 3.1 多級放大電路多級放大電路3.1.3 多級放大電路的頻率特性3.1.4 3.1.4 多級直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象多級直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象第2頁/共57頁 當單級放大電路不能滿足多方面的性能要求（如Au104、Ri=2M、 Ro=100）時，應考慮采用多級放大電路。組成多級放大電路時首先應考慮如何“連接”幾個單級放大電路，耦合方式即連接方式。 常見耦合方式有：直接耦合

3、、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合等。 放大電路的級間耦合必須放大電路的級間耦合必須要保證信號的傳輸要保證信號的傳輸，且保證各級的靜態(tài)工作點正確，且保證各級的靜態(tài)工作點正確。3.1.1 3.1.1 多級放大電路的極間耦合方式多級放大電路的極間耦合方式第3頁/共57頁一一. .阻容耦合阻容耦合 Q點相互獨立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。共射電路共集電路有零點漂嗎？ 利用電容連接信號源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路與負載，為阻容耦合。第4頁/共57頁二二. . 直接耦合直接耦合既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻 能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化， Q點相互影響

4、，存在零點漂移現(xiàn)象。 當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。輸入為零，輸出產生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移第二級第一級第5頁/共57頁1 1、 前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。2 2、 后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。3 3、 總電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)= =各級放大倍數(shù)的乘積各級放大倍數(shù)的乘積4 4、 總輸入電阻為第一級的輸入電阻總輸入電阻為第一級的輸入電阻5 5、 總輸出電阻為最后一級的輸出電阻總輸出電阻為最后一級的輸出電阻3.1.2 3.1.2 多級放大電路的動態(tài)分析多級放大

5、電路的動態(tài)分析i1iRR nRRoo njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io 對電壓放大電路的要求：Ri大， Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。第6頁/共57頁一. 什么是零點漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。二、產生原因：溫度變化，直流電源波動，元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。3.1.4 3.1.4 多級直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象多級直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象第7頁/共57頁 100,=u1A若第一級漂了100 uV，則輸出漂移 1 V。若第二級也漂了100 uV，則輸出漂移 10 mV。假設第一級是關鍵。 1= 100,

6、=u3u2AA漂了 100 uV漂移 10 mV+100 uV漂移 1 V+ 10 mV漂移 1 V+ 10 mV溫漂指標：溫度每升高1度時，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。第8頁/共57頁三三. .減小零漂的措施減小零漂的措施 在電路中引入直流負反饋 用非線性元件進行溫度補償 采用差分式放大電路第9頁/共57頁* * 3.2.1 3.2.1 典型長尾式差分放大電路典型長尾式差分放大電路3.3.2 3.3.2 單端輸入的差分放大電路單端輸入的差分放大電路3.2 3.2 差分放大電路差分放大電路 3.3.3 3.3.3 具有恒流源的差分放大電路具有恒流源的差分放大電路第1

7、0頁/共57頁一、電路的組成一、電路的組成參數(shù)理想對稱：Rb1= Rb2，Rc1= Rc2， Re1= Re2;T1、T2在任何溫度下特性均相同。* * 3.2.1 3.2.1 典型長尾式差分放大電路典型長尾式差分放大電路第11頁/共57頁組成特點組成特點典型電路在理想對稱的情況下：1. 克服零點漂移；2. 零輸入零輸出。信號特點？第12頁/共57頁 1.Q點：令uI1= uI2=002CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII二、工作原理分析二、工作原理分析第13頁/共57頁1 .1 .Q點點EEBQBEQEQe2bVIRUIR

8、BEQcCQCCCEQEQBQ1URIVUII，晶體管輸入回路方程：eBEQEEEQ2RUVI通常，Rb較小，且IBQ很小，故第14頁/共57頁2 . 2 . 抑制共模信號抑制共模信號 0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，參數(shù)理想對稱時共模放大倍數(shù)C21CC21CB21Buuiiii共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即IcI2I1uuu第15頁/共57頁2.2.抑制共模信號抑制共模信號 ：R Re e的共模負反饋作用的共模負反饋作用0 cIcOccAuuA參數(shù)理想對稱時共模放大倍數(shù)Re的共模負反饋作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號對于每

9、一邊電路，Re=?如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。第16頁/共57頁 當溫度變化或電源電壓波動時，都將使集電極電流產生變化，且變化趨勢是相同的，其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。 差分放大電路差分放大電路對共模信號有很強的抑制作用對共模信號有很強的抑制作用，這就意味，這就意味著差放對由溫度變化或電源電壓波動所引起的著差放對由溫度變化或電源電壓波動所引起的輸出漂移有很強輸出漂移有很強的抑制作用。的抑制作用。這就是研究共模輸入信號的意義。這就是研究共模輸入信號的意義。2.2.研究共模輸入信號的意義研究共模輸入信號的意義第

10、17頁/共57頁3.3.放大差模信號放大差模信號C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，2/IdI2I1uuu差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即iE=iE1+iE2= 0Ree上交流壓降為0。Re 對差模信號無反饋作用。畫交流通路時，Re可視為短路，即兩管的發(fā)射極直接接地第18頁/共57頁 )(2bebBIdrRiu為什么？3.3.差模信號作用時的動態(tài)分析差模信號作用時的動態(tài)分析bebLcd)2( rRRRA差模放大倍數(shù)IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR，RL的中點應是地電位，即每管對地的負載電阻為RL/2。與單管增

11、益相同第19頁/共57頁4.動態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力 和抑制共模信號的能力。下，在參數(shù)理想對稱的情況CMRcdCMRKAAK差放的特點差放的特點：輸入無差別，輸出就不動；：輸入無差別，輸出就不動； 輸入有差別，輸出就變動。輸入有差別，輸出就變動。第20頁/共57頁 在實際應用時，信號源需要有“ 接地”點，以避免干擾；或負載需要有“ 接地”點，以安全工作。 根據(jù)信號源和負載的接地情況，差分放大電路有四種接法： 雙端輸入雙端輸出 雙端輸入單端輸出 單端輸入雙端輸出 單端輸入單端輸出第21頁/共57頁單端輸入雙端輸出單端

12、輸入單端輸出雙端輸入單端輸出雙端輸入雙端輸出第22頁/共57頁 5 5、具有恒流源的差分放大電路、具有恒流源的差分放大電路 Re 越大，共模負反饋越強，單端輸出時的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。 解決方法：采用電流源！ebebLcc)1 (2)( RrRRRA 恒流源動態(tài)電阻大，可提高共模抑制比。恒流源可提供一個穩(wěn)定的偏流，同時恒流源的管壓降只有幾伏，可不必提高負電源。第23頁/共57頁5 5. .具有恒流源的差分放大電路具有恒流源的差分放大電路等效電阻為無窮大第24頁/共57頁ui1=uic+uid/2ui2=uic- uid/2uic = uic1=uic2 =(ui1+

13、ui2)/2uid=(ui1-ui2)uid1=-uid2= uid /2對于兩個任意信號對于兩個任意信號ui1、ui2，分析時可將它們，分析時可將它們分解成一對共分解成一對共模信號和一對差模信號模信號和一對差模信號，然后分別由差模和共模增益來求。，然后分別由差模和共模增益來求。例例：ui1=10mV ui2=8mVuic=(ui1+ui2)/2=9mVuid=(ui1-ui2) =2mVui1 =uic1+uid1 =9+1（mV）ui2 =uic2+uid2 =9-1（mV）補充補充1.1.對任意信號的分析方法對任意信號的分析方法第25頁/共57頁討論一討論一若uI1=10mV，uI2=5

14、mV，則uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mV第26頁/共57頁3.3 3.3 功率放大電路功率放大電路3.3.2 提高功率放大電路效率的方法提高功率放大電路效率的方法3.3.3 互補對稱功率放大電路互補對稱功率放大電路3.3.1 功率放大電路的特點功率放大電路的特點第27頁/共57頁 前面已經介紹了一些電子電路，經過這些前面已經介紹了一些電子電路，經過這些電路處理后的信號，往往要送到負載，去驅動電路處理后的信號，往往要送到負載，去驅動一定的裝置。例如，收音機中揚聲器的音圈、一定的裝置。例如，收音機中揚聲器的音圈、電動機控制繞組等。這時我們要考慮的不僅僅電動機控制繞組等。這

15、時我們要考慮的不僅僅是輸出電壓或電流的大小，而且要有一定的功是輸出電壓或電流的大小，而且要有一定的功率輸出。率輸出。 這類主要用于向負載提供功率的放大電這類主要用于向負載提供功率的放大電路常稱為功率放大電路。路常稱為功率放大電路。 第28頁/共57頁1. 1. 功率放大電路研究的問題功率放大電路研究的問題 （1） 性能指標：輸出功率和效率。 最大輸出功率與電源損耗的平均功率之比為效率。 （2） 分析方法：因大信號作用，故應采用圖解法。 （3） 晶體管的選用：根據(jù)極限參數(shù)選擇晶體管。 在功放中，晶體管通過的最大集電極或射極電流接近最大集電極電流ICM，承受的最大管壓降接近c-e反向擊穿電壓U(B

16、R)CEO，消耗的最大功率接近集電極最大耗散功率PCM。稱為工作在盡限狀態(tài)。3.3.1 功率放大電路的特點功率放大電路的特點第29頁/共57頁2. 2. 對功率放大電路的要求對功率放大電路的要求（1）在電源電壓一定的情況下，最大不失真輸出電壓最）在電源電壓一定的情況下，最大不失真輸出電壓最大，即輸出功率盡可能大。大，即輸出功率盡可能大。（2）效率盡可能高，因而電路損耗的直流功率盡可能小，）效率盡可能高，因而電路損耗的直流功率盡可能小，靜態(tài)時功放管的集電極電流近似為靜態(tài)時功放管的集電極電流近似為0。第30頁/共57頁 三極管根據(jù)正弦信號整個周期內的導通情況，可分為以下幾個工作狀態(tài)：乙類：導通角等

17、于180甲類：一個周期內均導通甲乙類：導通角大于1803.3.2 提高功率放大電路效率的方法提高功率放大電路效率的方法1.1. 靜態(tài)工作點與放大電路工作狀態(tài)的關系靜態(tài)工作點與放大電路工作狀態(tài)的關系第31頁/共57頁1.1. 靜態(tài)工作點與放大電路工作狀態(tài)的關系靜態(tài)工作點與放大電路工作狀態(tài)的關系甲類:靜態(tài)IC最大乙類：靜態(tài)IC甲乙類:靜態(tài)IC處于兩者之間2.2.提高效率的途徑提高效率的途徑 降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。第32頁/共57頁ui = 0V UB= UE=0, T1、T2均截止， uo = 0V 1. 特征：由一對NPN、PNP特性相同的互補三極管組成，采用正、負雙電源供電(OCL電路

18、)2. 靜態(tài)分析T1的輸入特性理想化特性3.3.3 互補對稱功率放大電路互補對稱功率放大電路一、雙電源乙類互補對稱功率放大電路一、雙電源乙類互補對稱功率放大電路第33頁/共57頁3. 3. 動態(tài)分析動態(tài)分析ui正半周， T T1 1導通，T T2 2截止, ,電流通路為 +VCCT1RL地， uo = ui 兩只管子都只在半個周期內交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。ui負半周， T T1 1截止，T T2 2導通, ,電流通路為 地 RL T2 -VCC， uo = ui第34頁/共57頁4. 4. 交越失真交越失真消除失真的方法：設置合適的靜態(tài)工作點。信號在零附近兩只管子均截止開啟電壓第

19、35頁/共57頁二、雙電源甲乙類互補對稱功率放大電路二、雙電源甲乙類互補對稱功率放大電路D2D1B1B2UUU靜態(tài)：使T1和T2均處于微導通可克服交越失真ib2b1uuu動態(tài)：第36頁/共57頁倍增電路故稱之為，則若BEBE443B1B2B2UURRRUII二、雙電源甲乙類互補對稱功率放大電路二、雙電源甲乙類互補對稱功率放大電路第37頁/共57頁be2be1be21rrr1 1.1.晶體管組成的復合管及其電流放大系數(shù)晶體管組成的復合管及其電流放大系數(shù)復合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。目的：增大，減小前級驅動電流，改變管子的類型。三、采用復合管的互補對稱功率放大電路三、采用復合管的互

20、補對稱功率放大電路第38頁/共57頁2.2.晶體管組成的互補型復合管晶體管組成的互補型復合管 不同類型的管子復合后，其類型決定于T1管。第39頁/共57頁 為了增大T1管和T2管的電流放大系數(shù)，以減小前級驅動電流，常采用復合管結構。為保持輸出管的良好對稱性，輸出管應為同類型晶體管。T2和T4類型相同，特性相同，這種輸出管為同一類型管的電路稱為準互補電路。3.采用復合管的互補對稱功率放大電路采用復合管的互補對稱功率放大電路第40頁/共57頁3.4 3.4 集成運算放大器集成運算放大器3.4.2 通用型集成運算放大器通用型集成運算放大器3.4.3 集成運算放大器的電壓傳輸特性和主要參數(shù)集成運算放大

21、器的電壓傳輸特性和主要參數(shù)3.4.1集成運算放大器的組成和集成運算放大器的組成和特點特點3.4.4集成運算放大器的使用集成運算放大器的使用第41頁/共57頁 在半導體制造工藝的基礎上，將整個電路中的元器件制作在一塊硅基片上，構成特定功能的電子電路，稱為集成電路。 其體積小，而性能卻很好。 集成電路按其功能分，有模擬集成電路和數(shù)字集成電路。模擬集成電路的種類繁多，其中集成運算放大器（簡稱集成運放）是應用極為廣泛的一種。 第42頁/共57頁 運算放大器圖片運算放大器圖片第43頁/共57頁 集成運算放大電路，簡稱集成運放，是一個高性能的直接耦合多級放大電路。因首先用于信號的運算，故而得名。3.4.1

22、集成運算放大器的組成和集成運算放大器的組成和特點特點第44頁/共57頁1. 1. 集成運算放大器的組成集成運算放大器的組成兩個輸入端一個輸出端 若將集成運放看成為一個“黑盒子”，則可等效為一個雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。差動輸入級有兩個輸入uP、uN，當信號從uN輸入，輸出uo與uN極性相反，稱uN為反相輸入端；當信號從uP輸入，輸出uo與uP極性相同，稱uP為同相輸入端。第45頁/共57頁集成運放電路四個組成部分的作用集成運放電路四個組成部分的作用前置級，多采用差分放大電路。要求Ri大，Ad大， Ac小，輸入端耐壓高。主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。功率級，多采用準

23、互補輸出級。要求Ro小，最大不失真輸出電壓盡可能大。為各級放大電路設置合適的靜態(tài)工作點。采用電流源電路。第46頁/共57頁（1 1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大電路和電流源電路。（2 2）用復雜電路實現(xiàn)高性能的放大電路，因為電路復雜并不增加制作工序。（3 3）用有源元件替代無源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。（4 4）采用復合管。 2. 2. 集成運算放大器的特點集成運算放大器的特點第47頁/共57頁3.4.2 3.4.2 型號為型號為F007F007的通用型集成運放的通用型集成運放第48頁/共57頁3.4.3 3.4.3 集成運放的符號和電壓傳輸特性集成運放的

24、符號和電壓傳輸特性 uO=f(uP-uN) 由于Aod高達幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時的最大輸入電壓(uPuN)的數(shù)值僅為幾十一百多微伏。在線性區(qū)：uOAod(uPuN) Aod是開環(huán)差模放大倍數(shù)。非線性區(qū)線性區(qū)，曲線斜率為Aod+UOM-UOM第49頁/共57頁非線性區(qū)線性區(qū) (uPuN)的數(shù)值大于一定值時，集成運放的輸出不是UOM , 就是UOM，即集成運放工作在非線性區(qū)。+UOM為正向輸出飽和電壓為正向輸出飽和電壓 - -UOM為負為負向輸出飽和電壓向輸出飽和電壓其數(shù)值接近運放的正負電源電壓其數(shù)值接近運放的正負電源電壓+UOM-UOM 分析應用電路的工作原理時，首先要分清運放工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)。第50頁/共57頁集成運放的主要性能指標集成運放的主要性能指標 1.開環(huán)差模增益 Aod 106dB OodPN20lg20lg()uAuu2.差模輸入電阻 rid 2M 3.共模抑制比 KCMR 90dB codCMRlg20AAKPNidP()uuri第51頁/共57頁集成運放的主要性能指標集成運放的主要性能指標 4. 輸入失調電壓UIO 1mV UIO的溫漂dUIO/dT() 幾V/ 05. 輸入失調電流 IIO 20nA 0 IIO的