組合放大電路

1、第四章第四章 組合放大電路組合放大電路 4.1 一般組合一般組合放大電路放大電路 4.4 集成運集成運放的參數(shù)及實際電路模型放的參數(shù)及實際電路模型 4.2 差動差動放大電路放大電路 4.3 集成運放的典型集成運放的典型電路電路 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路一、組合放大電路的級間耦合一、組合放大電路的級間耦合直接直接耦合耦合A1A2電路簡單，能放大交、直流電路簡單，能放大交、直流信號，信號，“Q” 互相影響，零點互相影響，零點漂移嚴重。漂移嚴重。阻容阻容耦合耦合A1A2各級各級 “Q” 獨立，只放大交獨立，只放大交流流信號，信號頻率低時耦合電信號，信號頻率低時耦合電容容抗大。

2、容容抗大。變壓變壓 器器耦合耦合A1A2用于選頻放大器、功率放用于選頻放大器、功率放大器等。大器等。(1-3)1. 阻容耦合阻容耦合 阻容耦合是通過電容器將后級電路與前級相連接，阻容耦合是通過電容器將后級電路與前級相連接，其方框圖所示。其方框圖所示。阻容耦合放大電路的方框圖阻容耦合放大電路的方框圖單級阻容耦合放大電路單級阻容耦合放大電路兩極阻容耦合放大電路兩極阻容耦合放大電路 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-4) 1）各級的直流工作點相互獨立各級的直流工作點相互獨立。由于電容器隔直流而。由于電容器隔直流而 通交流，所以它們的直流通路相互隔離、相互獨立的，這通交流，所以它們

3、的直流通路相互隔離、相互獨立的，這樣就給設(shè)計、調(diào)試和分析帶來很大方便。樣就給設(shè)計、調(diào)試和分析帶來很大方便。 2）在傳輸過程中，交流信號損失少。在傳輸過程中，交流信號損失少。只要耦合電容選得只要耦合電容選得 足夠大，則較低頻率的信號也能由前級幾乎不衰減地加到后足夠大，則較低頻率的信號也能由前級幾乎不衰減地加到后級，實現(xiàn)逐級放大。級，實現(xiàn)逐級放大。優(yōu)點：優(yōu)點： 3）電路的溫漂小。電路的溫漂小。 4）體積小，成本低。體積小，成本低。缺點：缺點：2）低頻特性差；低頻特性差；1）無法集成；無法集成；3）只能使信號直接通過，而不能改變其參數(shù)。只能使信號直接通過，而不能改變其參數(shù)。 4.1 4.1 一般組合

4、放大電路一般組合放大電路(1-5)2. 變壓器耦合變壓器耦合 變壓器可以通過磁路的耦合把原邊的交流信號傳變壓器可以通過磁路的耦合把原邊的交流信號傳送到副邊，因此可以作為耦合元件。送到副邊，因此可以作為耦合元件。變壓器耦合放大器變壓器耦合放大器 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-6) 其工作原理其工作原理是變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)是變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。電流、電壓以及阻抗變換。r1r221221:)(NNnrRnrRLL 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-7) 1）變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態(tài)工作點是

5、相變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態(tài)工作點是相互獨立、互不影響的?；オ毩?、互不影響的。因為變壓器不能傳送直流信號。因為變壓器不能傳送直流信號。2）變壓器耦合多級放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。變壓器耦合多級放大電路基本上沒有溫漂現(xiàn)象。 3）變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)電流、變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現(xiàn)電流、電壓以及阻抗變換。電壓以及阻抗變換。1）高頻和低頻性能都很差；高頻和低頻性能都很差；2）體積大，成本高，無法集成。體積大，成本高，無法集成。優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點： 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-8)3. 直接耦合直接耦合 直接耦合是將前后級直接想連的一種

6、耦合方式。直接耦合是將前后級直接想連的一種耦合方式。直接耦合放大電路直接耦合放大電路 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-9)優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點： 1）電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號。由于由于級間是直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號和直級間是直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號和直流信號。流信號。 2）便于集成便于集成。由于電路中只有晶體管和電阻，沒有由于電路中只有晶體管和電阻，沒有電容器和電感器，因此便于集成。電容器和電感器，因此便于集成。 1）各級的靜態(tài)工作點不獨立，相互影響。各級的靜態(tài)工作點不獨立，相互影響。會給設(shè)

7、計、會給設(shè)計、計算和調(diào)試帶來不便。計算和調(diào)試帶來不便。 2）引入了零點漂移問題。引入了零點漂移問題。零點漂移對直接耦合放零點漂移對直接耦合放大電路的影響比較嚴重。大電路的影響比較嚴重。 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-10)二、組合放大電路的增益二、組合放大電路的增益Au1第一級第一級Au2第二級第二級Aun末末 級級uiuo1RLRSuousuo2ui2uiniiiouuAu nuuuuuuuuioi3o32i2oi1o. = Au1Au2 AunAu1(dB) = Au1 (dB) + Au2 (dB) + + Aun (dB) 考慮級與級之間的相互影響，計算各級電壓

8、放大考慮級與級之間的相互影響，計算各級電壓放大倍數(shù)時，應(yīng)把后級的輸入電阻作為前級的負載處理倍數(shù)時，應(yīng)把后級的輸入電阻作為前級的負載處理! 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-11)三、共源三、共源-共射放大電路共射放大電路前級前級:場效應(yīng)管場效應(yīng)管共源極放大器共源極放大器后級后級:晶體管晶體管共射極放大器共射極放大器+UCC=15VRS1.3MR11KUi2.4KC2C3R4R3RLRE260K20K2K2KUo3KC1RCT1RE1CE2T2USCE1RD5KR2200KRE2100Rg47MIDSS=6mA;UGS(off) =-2V =50 4.1 4.1 一般組合放大

9、電路一般組合放大電路(1-12)1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析+UCC=15V1.3MR12.4KR4R3RE260K20K2K3KRCT1RE1T2RD5KR2200KRE2100Rg47MDEDSGIRIVVV4 . 2221GSVVRRRVG2CC2122GS(off)GSDSSD)1 (VVIIVUmAIGSQ07. 1,28. 1DQVRRIVUEDQCC53. 5)(1DDSQmSUUUIgoffGSGSQoffGSDSS79. 2)1 (2)()(mV.VRRRVCCB753434mA.RRVVIIEEBEBEQCQ45122VRRRIVRRIRIVVEE6 . 7)()(2E2cEQC

10、C2E2EcCQCCCEQA.IICQBQ514KIUrrTbb245. 126)1001 (200)mA()1 (EQbe 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-13)2. 動態(tài)分析動態(tài)分析ir2iror 畫出微變等效電路畫出微變等效電路R3R4RCRLRSR2sU iU oU R1RDIbIdrbeIcUGSRgRE2ri2= R3/ R4/ rbe+(1+) RE2 =6.7 k 首先計算第二級的輸入電阻首先計算第二級的輸入電阻 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-14)ir2irorR3R4RCRLRSR2sU iU oU R1RDIbIdrbeIcU

11、GSRgRE2 計算各級放大倍數(shù)計算各級放大倍數(shù)Au1=- gmRL1=-gm (RD /ri2)=-2.79(5/6.7)=-822)1 (/EbeLCuRrRRA2=-12.4Au= Au1.Au2=99 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-15)ir2irorR3R4RCRLRSR2sU iU oU R1RDIbIdrbeIcUGSRgRE2 計算輸入輸出電阻計算輸入輸出電阻47M/RRRR21gi3KRRCO 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-16)四、共射四、共射-共基共基-共集放大電路共集放大電路1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析+VCCrSR1C2R6V

12、T3RLC1VT2R5uSC3R4R2R3VT1+-+-uLB1B2B3CC3213B1VRRRRUCC32132B2VRRRRRU5BE1QB1E1QRUUIE1QC1QE2QC2QIIII6B3Q3BE3Q4B3QC2QCC.R)I(1U).RI(I-V 由由634BE3Q4C2QCCB3Q)R(1RURIVI 得得B3QE3QC3Q)I(1IIB1B2BE1QB1BE2QB2CE1QUU)U(U)U(UU)U(U)RI(IVUBE2QB24B3QC2QCCCE2Q6E3QCCCE3QRIVU 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路(1-17)2. 動態(tài)分析動態(tài)分析 畫出微變等效

13、電路畫出微變等效電路ri2= rbe2/(1+2) 首先計算第二、三級的輸入電阻首先計算第二、三級的輸入電阻 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路ir3irorR4R6RLrSR3R2rbe2uS+-rbe11ib1ib1ib22ib2ib33ib3u0+-2or2irrbe3ri3= rbe3+(1+3)（R R6 6/R/RL L）(1-18) 計算各級放大倍數(shù)計算各級放大倍數(shù)A Au1u1=-=-1 1r ri2i2/r/rbe1be1A Au u= A= Au1u1.A.Au2u2.A.Au3u3 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路ir3irorR4R6RLr

14、SR3R2rbe2uS+-rbe11ib1ib1ib22ib2ib33ib3u0+-2or2irrbe3A Au2u2= =2 2(R(R4 4/r/ri3i3)/r)/rbe2be2A Au3u3=(1+=(1+3 3)(R)(R6 6/R/RL L)/r)/rbe3be3+ (1+ (1+3 3)(R)(R6 6/R/RL L)(1-19) 計算輸入輸出電阻計算輸入輸出電阻132bei/r/RRR 42RRO 4.1 4.1 一般組合放大電路一般組合放大電路ir3irorR4R6RLrSR3R2rbe2uS+-rbe11ib1ib1ib22ib2ib33ib3u0+-2or2irrbe33

15、436323611Rr/RRr/RRbeObeO(1-20) 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路 直接耦合放大電路直接耦合放大電路的零點漂移的零點漂移主要原因主要原因:溫度變化引起溫度變化引起,也也 稱稱溫漂溫漂。零漂零漂：輸入短路時，輸出輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。壓產(chǎn)生。溫漂指標溫漂指標：溫度每升高溫度每升高1度時，輸出漂移電壓按電壓增益度時，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。折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。(1-21)例如例如 100,=V1A若第一級漂了若第一級漂了100 uV，則輸出漂移則輸出漂移 1 V。若第二級也漂了若第二

16、級也漂了100uV，則輸出漂移則輸出漂移 10 mV。假設(shè)假設(shè)F 第一級是關(guān)鍵第一級是關(guān)鍵。 1= 100,=V3V2AA3. 減小零漂的措施減小零漂的措施F 用非線性元件進行溫度補償用非線性元件進行溫度補償F 調(diào)制解調(diào)方式。如調(diào)制解調(diào)方式。如“斬波穩(wěn)零放大器斬波穩(wěn)零放大器”F 采用差分式放大電路采用差分式放大電路漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路(1-22)一、基本差動放大電路一、基本差動放大電路1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理靜態(tài)（靜態(tài)（ui1=ui2=0)

17、21CECE=VVCCV).(RIVCCCC70CCRIEVIIICBB21 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路VVVBE7 . 0=EEIII21=C2C1E2/ )(RVVEEERCRCIE(1-23)動態(tài)動態(tài) 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路ui1 = ui2uod = uo1 uo2 =2 uo1 ic1 = ic2 uo1= uo2uid = ui1 ui2 =2 ui1（1） 差模輸入差模輸入差放電阻差放電阻RE對差模信號不起對差模信號不起作用。作用。RCRCRCRC(1-24) 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)beCrRi1o

18、122uu Rid = 2rbe差模輸入電阻差模輸入電阻 Ro = 2RC (雙端輸出雙端輸出)輸出電阻輸出電阻idodduuAubeC2rRi1o12uuido1d1uuAu雙端輸出單端輸出 Ro =RC (單端輸出單端輸出)(1-25) 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路（2） 共模輸入與共模交流通路共模輸入與共模交流通路 ui1 = ui2= uic2. 共模共模輸入與輸入與共模抑共模抑制比制比ue =2 ie1RE= ie1（2RE）(1-26) 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路2. 共模共模輸入與輸入與共模抑共模抑制比制比共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)共模輸入電阻共模

19、輸入電阻輸出電阻輸出電阻0icocucuuAicocucuuA11EbecR)(rR21雙端輸出單端輸出R)(rREbeic2121 Ro = 2RC (雙端輸出雙端輸出) Ro =RC (單端輸出單端輸出)(1-27)ucudCMRAAK dBAAKucudCMRlg20雙端輸出，理想情況雙端輸出，理想情況CMRK 單端輸出單端輸出EbecbecCMR)R(rRrRK122越越大大， CMRK抑制零漂能力越強抑制零漂能力越強 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路（3） 共模抑制比共模抑制比 beEr)R( 1越大， ER(1-28)以電流源代替發(fā)射極公共電阻以電流源代替發(fā)射極公共電阻RE

20、 ，從而提高共模抑制能力。，從而提高共模抑制能力。 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路(1-29)例：例：如右圖所示的差動放大電路如右圖所示的差動放大電路( (1) )求靜態(tài)工作點；求靜態(tài)工作點；( (2) )求電路的差模求電路的差模 Aud，Rid，Ro。 解解 ( (1) ) 求求“Q”21BE4EEREFRRUVI 1 . 02 . 67 . 06 32REF0 RRII mA 84. 0 (mA) 84. 0 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IOV3V4IREF+6 V 6 V100 100 7.5 k 7.5 k 6

21、.2 k 100 = 100(1-30)ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0mA 42. 0 UCQ1 = UCQ2 = 6 0.42 7.5 = 2.85 (V)( (2) )求求 Aud，Rid，Ro)( 452642. 026101200be2 be1 rrp21beCd)1( RrRAu 6505. 010145. 65 . 7100 )1( 2p21beidRrR k 23Ro = 2RC = 15 (k ) 4.2 4.2 差動放大電路差動放大電路ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IOV3V4IREF+6 V 6 V100 100 7.5 k 7.5 k 6

22、.2 k 100 = 100(1-31) 4.3 4.3 集成運放的典型電路集成運放的典型電路集成運放的典型內(nèi)部組成原理框圖集成運放的典型內(nèi)部組成原理框圖(1-32) 4.3 4.3 集成運放的典型電路集成運放的典型電路通用集成運放的電路原理圖通用集成運放的電路原理圖(1-33)輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級 4.3 4.3 集成運放的典型電路集成運放的典型電路簡化電路原理圖簡化電路原理圖n 輸入級：輸入級： V1、V3 和和 V2、V4構(gòu)成構(gòu)成 共集共集-共基組合差分電路；共基組合差分電路； V5、V6構(gòu)成有源負載。構(gòu)成有源負載。 為雙端變單端電路為雙端變單端電路 n 中間級：中間級：

23、 V7 和和V8構(gòu)成復合管構(gòu)成復合管共發(fā)射極放大電路。共發(fā)射極放大電路。 提供高增益提供高增益 。 n 輸出級：輸出級： V9 V13構(gòu)成甲乙類構(gòu)成甲乙類 OCL電路。電路。(1-34)3. 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Vidmax5. 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Vicmax 4.44.4 集成運放的參數(shù)及實際電路模型集成運放的參數(shù)及實際電路模型一、集成運放的主要參數(shù)一、集成運放的主要參數(shù)1. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益AVO2. 差模輸入電阻差模輸入電阻Rid4. 共模抑制比共模抑制比KCMR6. 開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW (fH)7. 單位增益帶寬單位增益帶寬GBW (fT)8

24、. 輸入偏置電流輸入偏置電流IIB(1-35)9. 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR 4.44.4 集成運放的參數(shù)及實際電路模型集成運放的參數(shù)及實際電路模型11. 輸入失調(diào)電輸入失調(diào)電流流IIO12.輸入失調(diào)電壓溫漂輸入失調(diào)電壓溫漂 VIO / T13.輸入失調(diào)電流溫漂輸入失調(diào)電流溫漂 IIO / T10. 輸入失調(diào)電輸入失調(diào)電 壓壓VIO14.共模輸入電阻共模輸入電阻Ric、輸出電阻、輸出電阻RO、最大輸出電流、最大輸出電流IOMAX及靜態(tài)功耗及靜態(tài)功耗PV等。等。(1-36) 4.44.4 集成運放的參數(shù)及實際電路模型集成運放的參數(shù)及實際電路模型 實際運放的運放參數(shù)表明，運放在非精密運算時可以用實際運放的運放參數(shù)表明，運放在非精密運算時可以用理想模型；在要求精確運算時，要考慮運放的非理想因素。理想模型；在要求精確運算時，要考慮運放的非理想因素。二、集成運放的實際電路模型二、集成運放的實際電路模型N+RidROAVDVidVidVOAVCVic+ -+-VIOIIB-IIO/2IIB+IIO/2P(1-37) 4.44.4 集成運放的參數(shù)及實際電路模型集成運放的參數(shù)及實際電路模型1.AVD、Rid、Ro為有限值的影響為有限值的影響R1RFRLR