第4章電子線路課件

1、4.1 零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路4.3 差動(dòng)放大電路的另外幾種接法差動(dòng)放大電路的另外幾種接法4.4 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器4.5 集成運(yùn)放的主要參數(shù)及其選擇集成運(yùn)放的主要參數(shù)及其選擇 本章小結(jié)本章小結(jié)4.1 4.1 零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移 把沒有輸入信號(hào)時(shí)輸出端的直流電壓(靜態(tài)工作點(diǎn)電壓）作為參考電壓，稱之為“零點(diǎn)”。 若將直接耦合放大器的輸入端短路（ui=0），輸出電壓往往偏離初始靜態(tài)值，出現(xiàn)了緩慢的、無(wú)規(guī)則的漂移，這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。 為了表示由于溫度變化引起的漂移，常把溫度每升高1時(shí)，輸出電壓的變化量UO按放大電路的總增益Au折合到輸入端的等效輸入漂移電壓Ui

2、=（UO/AuT）作為溫漂指標(biāo)。 產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因是電源電壓的波動(dòng)，元器件參數(shù)的變化，特別是環(huán)境溫度的變化。 4.2 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路4.2.1電路組成電路組成 基本差動(dòng)放大電路如圖4.1所示。圖4.1 基本差動(dòng)放大電路 由圖可知，它由兩個(gè)特性相同的三極管它由兩個(gè)特性相同的三極管VTVT1 1和和VTVT2 2組成對(duì)稱電路，有兩個(gè)信號(hào)輸入端，兩個(gè)信號(hào)組成對(duì)稱電路，有兩個(gè)信號(hào)輸入端，兩個(gè)信號(hào)輸出端輸出端。 輸出信號(hào)若從兩個(gè)集電極取出，則稱為雙端輸出。 4.2.2 4.2.2 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 當(dāng)沒有輸入信號(hào)，即ui1=ui2=0時(shí)， eEEEQRVVI)(Re (4.1) eEEEQE

3、QRVII221 (4.2) 而1CQI1EQI2CQI2EQI 21CQCQII則CCQCCQRIRI21 故021CQCQOUUU 當(dāng)輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，其輸出信號(hào)電壓也為零。如圖4.2所示。4.2.3 4.2.3 對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制作用對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制作用 (1)在圖4.3中，零輸入時(shí)，用一只手捏住一只管子的管殼，電壓表的指針會(huì)慢慢偏轉(zhuǎn)。圖4.3 一只手捏住管殼 (2)在圖4.4中，同時(shí)捏住兩只三極管的管殼，電壓表的指針回到零位。圖4.4 兩只手捏住管殼 在上述實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)用手捏住一只管子的管殼時(shí)，由于只給一只管子加熱，兩管參數(shù)變化不同，兩管集電極電壓變化不同，所以其輸出電壓不為零，產(chǎn)生了零

4、點(diǎn)漂移； 當(dāng)用兩只手同時(shí)捏住兩只管子的管殼時(shí)，由于給兩只管子同時(shí)加熱，兩管參數(shù)的變化是相同的，兩管集電極電流ICQ1、ICQ2的變化是相同的，兩管集電極電壓的變化也是相同的，所以其輸出電壓為零，輸出電壓沒有漂移。 由此可以看出，差動(dòng)放大電路是利用電路的對(duì)差動(dòng)放大電路是利用電路的對(duì)稱性來(lái)抑制零點(diǎn)漂移的。稱性來(lái)抑制零點(diǎn)漂移的。 其過程可以表示為：TIC1UC1=UC2 Uo=UC1-UC2=0UC1IC2UC2 4.2.4 4.2.4 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 1.輸入信號(hào)的類型 在放大器兩輸入端分別輸入大小相等、方向相反的信號(hào)，即ui1=-ui2時(shí)，這種輸入方式稱為差模輸這種輸入方式稱為差模輸入入，此時(shí)

5、的輸入信號(hào)稱為差模輸入信號(hào)，差模輸入信號(hào)用uid來(lái)表示。差模輸入電路如圖4.5所示。 在放大器兩輸入端分別輸入大小相等、極性相同的信號(hào)，即ui1=ui2時(shí)，這種輸入方式稱為共模輸這種輸入方式稱為共模輸入入，此時(shí)的輸入信號(hào)稱為共模輸入信號(hào)，共模輸入信號(hào)常用uic來(lái)表示。共模輸入電路如圖4.6所示。 1 iu= 2iu=idu21 (4.3) 由圖可知：圖4.6 共模輸入等效電路 在放大器兩輸入端輸入的信號(hào)大小不等時(shí)，可將其分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)。 由圖可得：21iiicuuu(4.4)差模信號(hào)為兩輸入信號(hào)之差差模信號(hào)為兩輸入信號(hào)之差，即： 共模信號(hào)為兩輸入信號(hào)的算術(shù)平均值共模信號(hào)為兩輸入信號(hào)的

6、算術(shù)平均值，即：21iiiduuu(4.5)(2121iiicuuu(4.6) 于是，加在兩輸入端上的信號(hào)可分解為icidiuuu21 (4.7) icidiuuu22(4.8) 例4.1 已知 =10.02V， =9.98V，試求共模與差模輸入電壓。 解： 2.對(duì)差模信號(hào)的放大作用 差模輸入時(shí)的交流通路如圖4.7所示。 )(2121iiicuuu=10(V)21iiiduuu=0.04(V)=40(mV)1 iu2iu 差模輸入時(shí)，uid1 =-uid2 。則： becidodididododidodudrRuuuuuuuuA11212122 (4.9) 當(dāng)在兩個(gè)管子的集電極接上負(fù)載時(shí)： b

7、eLudrRA(4.10) CLRR ( LR/ 2) beidrr2(4.11)codRr2(4.12) 3.對(duì)共模信號(hào)的抑制作用共模輸入時(shí)的交流通路如圖4.8所示。 共模輸入時(shí)， 輸出電壓 其雙端輸出的共模電壓放大倍數(shù)為： icicicuuu21021ocococuuu021icococicocucuuuuuA 在實(shí)際中，共模信號(hào)是反映溫漂干擾或噪聲等無(wú)用的信號(hào)，因?yàn)闇囟鹊淖兓?，噪聲的干擾對(duì)兩管的影響是相同的，可等效為輸入端的共模信號(hào)。（4.13） 在電路對(duì)稱的情況下，其共模輸出電壓為零。 若電路不完全對(duì)稱，則可通過發(fā)射極電阻Re減小電路的共模輸出電壓。 在圖4.8中，若從VT1管集電極輸

8、出，則其共模電壓放大倍數(shù)為：ebecicocucRrRuuA2)1 (11111同理：ebeCicocucRrRuuA2)1 (22122（4.14）（4.15） 由Auc1、Auc2的表達(dá)式可看出，為了抑制共模信號(hào)，可將的Re值取得大一些，最好的辦法是采恒流源差動(dòng)放大電路，如圖4.9所示。 圖4.9 恒流源差放電路圖4.9 恒流源差放電路例4.2 4.2.5 4.2.5 共模抑制比共模抑制比 差放電路總的輸出電壓為：（4.17） 為了表明差動(dòng)放大器對(duì)差模信號(hào)的放大能力及對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，常用共模抑制比作為一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量。其定義為：icucidudouAuAuucudCMRAAK（

9、4.18） 若電路完全對(duì)稱，則共模電壓放大倍數(shù)趨于無(wú)窮。4.2 思考題思考題u 什么是零點(diǎn)漂移，產(chǎn)生零漂的主要原因是什么？u 差動(dòng)放大電路是如何抑制零點(diǎn)漂移的？u 已知差放電路的輸入信號(hào)Ui120mv，Ui2 10mv，試求差模和共模輸入信號(hào)的大小。u共模抑制比的定義是什么？如何提高共模抑制比？返回4.3 差動(dòng)放大電路的另外幾種接法差動(dòng)放大電路的另外幾種接法 1.雙端輸入、單端輸出 若輸出信號(hào)只從一只管子的集電極對(duì)地輸出，這種輸出方式叫單端輸出，如圖4.10所示。 其中 RL=Rc/RL 信號(hào)也可以從VT2的集電極輸出，此時(shí)式中無(wú)負(fù)號(hào)，表示同相輸出。beLududrRAA2211 (4.20)

10、 單端輸出時(shí)，差模電壓放大倍數(shù)為：2.單端輸入、雙端輸出 將差放電路的一個(gè)輸入端接地，信號(hào)只從另一個(gè)輸入端輸入，這種輸入方式稱為單端輸入，如圖4.11所示。它的交流通路如圖4.12所示。 在圖中，恒流源的內(nèi)阻趨于無(wú)窮大，故可以看成開路，所以，輸入信號(hào)ui均勻地分配給兩管的輸入回路。則：ibeuu211 ibeuu212故 雙端輸入的各種結(jié)論均適用于單端輸入情況雙端輸入的各種結(jié)論均適用于單端輸入情況。 3.單端輸入、單端輸出 電路如圖4.13所示。 圖4.13 單端輸入、單端輸出差動(dòng)放大電路 現(xiàn)將差動(dòng)放大器的幾種接法的性能比較列于表4.1中：由表4.1可以看出： 差動(dòng)放大器的幾種接法中，其性能指

11、標(biāo)只取差動(dòng)放大器的幾種接法中，其性能指標(biāo)只取決于電路的輸出方式，而與輸入方式無(wú)關(guān)。決于電路的輸出方式，而與輸入方式無(wú)關(guān)。 例4.2 在圖4.9所示的雙端輸入雙端輸出的恒流源差動(dòng)放大器中，VCC=VEE=12V，RC=10K，1=2=50，I=1mA，試求： 1. 電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q 2. 差模電壓放大倍數(shù)Aud。 3. 差模輸入電阻rid。 4. 差模輸出電阻rod。 5. 共模抑制比KCMR。 6. 若將輸出方式改為圖4.10的單端輸出，且RL開路，再計(jì)算Aud1、rid、rod。 解： 1. UEQ=-0.7V UCEQ1=UCEQ2=VCCICQ1RcUEQ =7.7V 2 . rbe=

12、300+(1+)26/IEQ 2.95K Aud=-RC/rbe=-169.49 )(10505 . 0121AIIICQBQBQ21215 . 021CQCQEQEQIIImAII 3. rid=2rbe=22.95=5.9K 4. rod=2RC=20K 5. KCMR 6. Aud1=Aud=63.3 rid=5.9K rod=10K4.3 思考題思考題u 單端輸入差動(dòng)放大器中，信號(hào)從一端輸入，而另一輸入端接地，輸入端接地的三極管對(duì)輸入信號(hào)是否仍有放大作用？為什么？u 差動(dòng)放大器有幾種接法？它們的性能指標(biāo)有哪些共同點(diǎn)和不同點(diǎn)？返回4.4 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 4.4.1 4.4.

13、1 集成運(yùn)算放大器件的識(shí)讀集成運(yùn)算放大器件的識(shí)讀 1.外形及管腳功能 常見的集成運(yùn)算放大器有圓形、扁平型、雙列直插式等，有8管腳、14管腳等，其引線腳號(hào)排列順序的標(biāo)記，一般有色點(diǎn)、凹槽、管鍵及封裝時(shí)壓出的圓形標(biāo)記等。其外形如表4.2所示。 對(duì)于雙列直插式集成塊雙列直插式集成塊引線腳號(hào)的識(shí)別方法是：將集成塊水平放置，管腳向下，從缺口或標(biāo)將集成塊水平放置，管腳向下，從缺口或標(biāo)記開始，按逆時(shí)針方向數(shù)，依次為記開始，按逆時(shí)針方向數(shù)，依次為1 1腳、腳、2 2腳、腳、3 3腳腳。 對(duì)于圓形管以管鍵為參考標(biāo)記，管腳向下，圓形管以管鍵為參考標(biāo)記，管腳向下，以鍵為起點(diǎn)，逆時(shí)針數(shù)以鍵為起點(diǎn)，逆時(shí)針數(shù)1 1，2

14、2，3 3，。 以8管腳通用型集成運(yùn)算放大器A741為例： 2腳為反相輸入端 3腳為同相輸入端 6腳為輸出端 4腳為負(fù)電源端 7腳為正電源端 1腳和5腳為外接零電位器的兩個(gè)端子 8腳為空腳 2.圖形符號(hào) 集成運(yùn)放的代表符號(hào)如圖4.14所示。 圖4.14 集成運(yùn)放的圖形符號(hào) 4.4.2 4.4.2 集成運(yùn)放的組成集成運(yùn)放的組成 集成運(yùn)放內(nèi)部組成原理框圖如圖4.15所示。 1.輸入級(jí)：輸入級(jí)是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分，要求其輸入電阻高。 2.中間級(jí)：中間級(jí)的主要作用是提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。 3.輸出級(jí)：輸出級(jí)的主要作用是輸出足夠的電流以滿足負(fù)載的需要。 4.偏置電路：偏置電路的作用是為各級(jí)

15、提供合適的工作電流。 4.4.3 集成運(yùn)放的分類集成運(yùn)放的分類 1.按集成運(yùn)放的用途分 （1）通用型集成運(yùn)放 （2）專用型集成運(yùn)放 a低功耗或微功耗集成運(yùn)放。 b. 高速集成運(yùn)放。 c. 寬帶集成運(yùn)放。 d. 高精度集成運(yùn)放。 e高電壓集成運(yùn)放。 f功率型集成運(yùn)放。 g. 高輸入阻抗集成運(yùn)放。 h. 電流型集成運(yùn)放。 i. 跨導(dǎo)型集成運(yùn)放。 j. 程控型集成運(yùn)放。 k. 低噪聲集成運(yùn)放。 l. 集成電壓跟隨器。 2.按運(yùn)放供電電源分為 （1）雙電源集成運(yùn)放。 （2）單電源集成運(yùn)放。 3.按運(yùn)放制作工藝分為 （1）雙極型集成運(yùn)放。 （2）單極型集成運(yùn)放。 （3）雙極單極兼容型集成運(yùn)放。 4.按單

16、片封裝中的運(yùn)放數(shù)可分為 單運(yùn)放 雙運(yùn)放 三運(yùn)放 四運(yùn)放 4.4.4 4.4.4 模擬集成電路的型號(hào)命名方法模擬集成電路的型號(hào)命名方法 1.國(guó)標(biāo)命名方式 我國(guó)半導(dǎo)體集成電路的型號(hào)命名按照GB3430 82的規(guī)定，由五部分組成： X X XXXX X X 其符號(hào)與定義見附錄。 2.國(guó)內(nèi)部分廠家自命名方法 國(guó)內(nèi)部分廠家的模擬集成電路型號(hào)的字頭見附錄。 3.國(guó)外模擬集成電路型號(hào)的識(shí)別 部分國(guó)外模擬集成電路的型號(hào)前輟及其生產(chǎn)廠家的代號(hào)見附錄附錄8 8。 u集成電路的管腳是如何排列的？A741各管腳的用途是什么？u集成運(yùn)放符號(hào)框內(nèi)各符號(hào)的含義是什么？u國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體集成電路是如何命名的？返回4.4思考題思考題

17、4.5 集成運(yùn)放的主要參數(shù)及其選擇集成運(yùn)放的主要參數(shù)及其選擇 4.5.1 4.5.1 集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放的主要參數(shù) 1.極限參數(shù) （1）供電電壓范圍 （2）功耗Pc （3）工作溫度范圍 （4）最大差模輸入電壓Uidmax （5）最大共模輸入電壓Uicmax 2.電氣參數(shù) （1）輸入特性 差模輸入電阻rid 輸入偏置電流IIB 輸入失調(diào)電壓UIO及其溫漂dUIO/dT 輸入失調(diào)電流IIO及其溫漂dIIO/dT (2)輸出特性 最大輸出電壓Uomax 最大輸出電流Iomax 輸出電阻ro (3)增益特性 差模電壓增益Aud 共模電壓增益Auc 共模抑制比KCMR KCMR=20lg|Aud

18、/Auc| (4) 頻率特性 開環(huán)帶寬B 單位增益帶寬BG 轉(zhuǎn)換速率SR 4.5.2 4.5.2 集成運(yùn)算放大器的選擇集成運(yùn)算放大器的選擇 1.根據(jù)集成運(yùn)算放大器的型號(hào)及性能參數(shù)對(duì)照選擇。 2.選擇集成運(yùn)放應(yīng)考慮的其它因素 信號(hào)源的性質(zhì)： 負(fù)載的性質(zhì)： 對(duì)精度的要求： 環(huán)境條件： 4.5 思考題思考題uAud、rid、B、KCMR的物理意義是什么？u在實(shí)際使用中，集成運(yùn)放的極限參數(shù)能否超過所規(guī)定的值？為什么？u如何選擇你所需要的集成運(yùn)放？返回本章小結(jié)本章小結(jié) 1. 集成運(yùn)算放大器是高增益的直接耦合放大器，為了有效抑制零點(diǎn)漂移和提高共模抑制比，常采用差動(dòng)放大電路作輸入級(jí)。 2. 差放電路利用其電路的對(duì)稱性使零輸入時(shí)達(dá)到零輸出，對(duì)差模信號(hào)具有很強(qiáng)的放大能力，而對(duì)共模信號(hào)具有很強(qiáng)的抑制能力。 3. 大小相等、極性相反的輸入信號(hào)叫差模信號(hào)，相應(yīng)的輸入方