差動(dòng)放大電路 精品課件

1、差動(dòng)放大電路 課件第1頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三1. 直接耦合放大電路可以放大直流信號(hào)2.直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移零漂：主要原因：溫漂指標(biāo)：# 為什么一般的集成運(yùn)算放大器都要采用直接耦合方式？溫度變化引起，也稱溫漂。溫度每升高1度時(shí)，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。電源電壓波動(dòng)也是原因之一直接耦合放大電路及其特殊問(wèn)題輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生第2頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三例如若第一級(jí)漂了100 uV，則輸出漂移 1 V。 若第二級(jí)也漂了100 uV，則輸出漂移 10 mV。假設(shè)第一級(jí)是關(guān)鍵3. 減

2、小零漂的措施用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償調(diào)制解調(diào)方式。采用差分式放大電路漂了 100 uV漂移 10 mV+100 uV漂移 1 V+ 10 mV漂移 1 V+ 10 mV第3頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三差分電路的組成 由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱的共射電路組成，通過(guò)射極公共電阻Ree耦合構(gòu)成。 1= 2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb典型差動(dòng)式放大電路第4頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三差分電路的輸入輸出方式輸入方式Ui單端輸入雙端輸入U(xiǎn)i

3、1Ui2UoUoUo輸出方式單端輸出雙端輸出差模信號(hào)和共模信號(hào)+-+差模信號(hào) 一對(duì)大小相等，極性相反的信號(hào)，用Uid1、Uid2表示， Uid1= - Uid2共模信號(hào)+-+一對(duì)大小相等，極性相同的信號(hào)，用Uic1、Uic2表示，Uic1= Uic2第5頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三1. 靜態(tài)分析2IeQ由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，管子特性一致。IBQ1=IBQ2 = IBQICQ1=ICQ2=ICQUC1=UC2 =UCUo第6頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三+-+-Uid1= -Uid2即相當(dāng)于輸入一對(duì)差模信號(hào)Ie1Ie2Ib1= -Ib2 Ie1=

4、 -Ie2 Uc1= -Uc2流過(guò)Ree上的交流總電流：Ie=Ie1+Ie2= 0Ree上交流壓降為0。因此，畫(huà)交流通路時(shí)，Ree可視為短路，即兩管的發(fā)射極直接接地。由Uc1= -Uc2可知RL兩端電位一端為正，一端為負(fù)，RL的中點(diǎn)應(yīng)是地電位，即每管對(duì)地的負(fù)載電阻為RL/2.2.對(duì)差模信號(hào)的放大作用分析第7頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三RbRcUid1Uo2.對(duì)差模信號(hào)的放大作用分析T1RbRcUid2T2RL=Rc/(RL/2)rid=2(Rb+rbe)Uidrod 2 Rc與單管增益相同第8頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三雙端輸入雙端輸出r

5、id=2(Rb+rbe)rod 2 Rc雙端輸入單端輸出是單管增益的一半rid=2(Rb+rbe)rod Rc2.對(duì)差模信號(hào)的放大作用分析C1為反向輸出端,C2為同向輸出端第9頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三工作原理3.對(duì)共模信號(hào)的抑制作用分析Iec1Iec2Uic1=Uic2=UicIbc1=Ibc2 Iec1=Iec2流過(guò)Ree上的電流：Iec=Iec1+Iec2=2 Iec1Ree上的電壓：URee=Iec12Ree畫(huà)交流通路時(shí)，單管射極電阻應(yīng)為2Ree。RcT12ReeIec1Uoc1Uic1Rb第10頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三Uo

6、cRcUic1T1Rb2ReeIec1Uoc1RcUic2T2Rb2ReeIec2Uoc2差放的特點(diǎn)：輸入無(wú)差別，輸出就不動(dòng)；輸入有差別，輸出就變動(dòng)。3 對(duì)共模信號(hào)的抑制作用分析第11頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三共模抑制比CMRR衡量差放的一個(gè)重要指標(biāo)?；螂p端輸出第12頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三4. 抑制零點(diǎn)漂移 當(dāng)溫度變化或電源電壓波動(dòng)時(shí)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化，且變化趨勢(shì)是相同的，其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)。 差分放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用，這就意味著差放對(duì)由溫度變化或電源電壓波動(dòng)所引起的輸出漂移有很強(qiáng)的抑制作

7、用。這就是研究共模輸入信號(hào)的意義。Iec1Iec2第13頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三5. 幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出第14頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三集成運(yùn)算放大器概述集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器組成及各部分作用集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)理想集成運(yùn)算放大器及兩個(gè)工作區(qū)域第15頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三 將有源器件、無(wú)源器件電阻電容及電路連線等都集中在一塊半導(dǎo)體基片上，并封裝在一個(gè)外殼內(nèi)便形成一個(gè)完整的電路和系統(tǒng)。集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第16頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星

8、期三 運(yùn)算放大器圖片第17頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三 運(yùn)算放大器圖片第18頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三 集成元器件的特點(diǎn) 1. 電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)具有對(duì)稱性 電路中各元件在同一基片上，又是通過(guò)相同工藝過(guò)程制造的，容易制成特性相同的管子。通常同一塊基片上相鄰的元件具有同相偏差，它們的比值誤差較小，匹配性好，對(duì)稱性也好，因此集成電路中大量采用比值電路和對(duì)稱電路。 2.三極管是集成化元器件中最容易制造的、最基本的元件，二極管大多由三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成,多作溫度補(bǔ)償元件或電位移動(dòng)電路. 3. 用有源器件代替無(wú)源器件。 電阻元件由半導(dǎo)體的體電阻構(gòu)成

9、，阻值越大，占用面積越大，其范圍幾十 -20k；高阻值的電阻多用三極管等有源器件組成的恒流源代替或外接。 4.級(jí)間采用直接耦合方式 電容元件一般由PN結(jié)的結(jié)電容或MOS管電容來(lái)制作，一般的容量小于200PF。不易制造大電容和電感元件，故集成電路中常采用直接耦合方式。第19頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三 集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)算放大器是用集成電路工藝制成的具有很高電壓放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。1、放大緩慢變化信號(hào) 2、采用直接耦合放大電 路便于集成第20頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三集成運(yùn)算放大器是一個(gè)高增益直接耦合多級(jí)放大電路。差動(dòng)放大

10、輸入級(jí)U-U+中間放大級(jí)互補(bǔ)輸出級(jí)恒流偏置電路 差動(dòng)輸入級(jí)有兩個(gè)輸入U(xiǎn)+、U-，當(dāng)信號(hào)從U-輸入，輸出Uo與U-極性相反，稱U-為反相輸入端；當(dāng)信號(hào)從U+輸入，輸出Uo與U+極性相同，稱U+為同相輸入端。減小漂移增益級(jí)一般高增益共射電路低阻功率輸出級(jí)，提高負(fù)載能力。提供穩(wěn)定合適的偏流一般由恒流源組成Uo集成運(yùn)算放大器組成及各部分作用第21頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三集成運(yùn)放的特點(diǎn)：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小第22頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三一、理想運(yùn)放的條件1.開(kāi)環(huán)差模電壓增益Aod=;2.差模輸入電阻Rid=;3.輸出電阻Ro=0;

11、4.共模抑制比CMRR=;5.開(kāi)環(huán)帶寬BW=;6.失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零。主要條件條件較難滿足，可采用專用運(yùn)放來(lái)近似滿足。 為簡(jiǎn)化對(duì)集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析，常把集成運(yùn)放視為理想器件。其主要滿足以下一些條件：實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)與理想運(yùn)放比較接近，因此用理想運(yùn)放代替實(shí)際運(yùn)放分析所產(chǎn)生的誤差并不大，在工程計(jì)算中是允許的，由此卻帶來(lái)了分析的大大簡(jiǎn)化。理想集成運(yùn)算放大器及兩個(gè)工作區(qū)域第23頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三-V-I-+V+I+Vo二、理想運(yùn)放的工作狀態(tài)及其特點(diǎn)VoV+V-0VOHVOL理想實(shí)際線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)運(yùn)放的傳輸特性VOH為正向輸出飽和電壓VOL為負(fù)向

12、輸出飽和電壓其數(shù)值接近運(yùn)放的正負(fù)電源電壓引入深度負(fù)反饋開(kāi)環(huán)或引入正反饋分析應(yīng)用電路的工作原理時(shí)，首先要分清運(yùn)放工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)。第24頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三 線性工作狀態(tài)1.理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零I+=I-02.理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電位近似相等V+=V-RidV+-V-=Vo/AU0虛斷虛短在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱虛短。虛地如將運(yùn)放的同相端接地V+=0，則V-=0,即反相端是一 個(gè)不接“地”的“地”，稱為“虛地”虛地點(diǎn)對(duì)地的電位為“0”由于理想運(yùn)放的輸入電阻非常高，在分析處于線性狀態(tài)運(yùn)放時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路，這一特性稱為虛假開(kāi)路，簡(jiǎn)稱虛斷。二、理想運(yùn)放的工作狀態(tài)及其特點(diǎn)-V-I-+V+I+Vo第25頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)48分，星期三1.理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零2. 當(dāng)V+V-時(shí)，Vo為正向輸出飽和電壓VOH 當(dāng)V