第三章差放電路

第三章差放電路第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三集成電路IC(IntegratedCircuit):將整個電路的各個元件做在同一個半導體基片上。集成電路的優(yōu)點：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成運算放大器簡介運放實質：直接耦合的高增益多級放大器本章將分析恒流源與差放單元電路及運放的基本知識第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三§3.1恒流源電路1、鏡像恒流源電路

2、微電流源電路

3、比例恒流源電路

4、多路恒流源電路第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、鏡像恒流源電路IRIC1IC2IoI2B+VCCT2T1RRL第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三IRIC1IC2IOI2B+VCCT2T1RRL

?視IO為IR的鏡像。

?無論RL的值如何，IC2的電流值將保持不變。第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、微電流源電路

IO=UBE/RE=UTln(IR/IO)/RE

IO≈

IE2=(UBE1-UBE2)/RE=UBE/RE電路分析：

當電源電壓波動引起IR變化時，由于對數(shù)函數(shù)的緩慢變化特性，其IO的變化比較小。結論：輸出電流小，穩(wěn)定性好。第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3、比例恒流源電路電路特點：在鏡像恒流源的基礎上增加兩個發(fā)射極電阻，就可使輸出電流與基準電流成一定的比例關系。IO/IR=RE1/RE2該電路中輸出電流和基準電流的比例關系由兩射極電阻之比值決定，故稱其為比例恒流源。第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三存在問題：隨著多路恒流源路數(shù)增加，各晶體管的基極電流之和增加，因而IC1與IR之間差值增大。這樣各路輸出電流與基準電流間的傳輸比將出現(xiàn)較大誤差。4、多路恒流源電路

用一個基準電流IR獲得多個恒定電流IO1、IO2、……、IO(n-1)。其原理同比例恒流源電路。Σ第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三多路恒流源電路的改進電路ΣIB/(1+β)第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三恒流源的應用：恒流源直流電阻小，交流電阻大，常用作有源負載。第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三問題

:零點漂移。前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得當

ui

等于零時，uo不等于零。uiRC1R1T1+VCCuoRC2T2R2RE2uot0有時會將信號淹沒§3.2差動放大電路直接耦合電路的特殊問題第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三一、基本結構特點：結構對稱、特性相同。3.2.1差動放大電路的組成與工作原理ui1ui2+VCCuoRCR1T1RBRCR1T2RB第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三零漂相抵消uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0當ui1

=

ui2=0

時：當溫度變化時：+VCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui21、差模信號(differentialmode)差模輸入信號：

ui1=-ui2（大小相等，極性相反）設uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因ui1=-ui2，

uC1=-uC2

uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1

差模電壓放大倍數(shù)：+VCC(很大，>1)第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、共模信號(commonmode)

+VCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模輸入信號：

ui1=ui2（大小相等，極性相同）理想情況：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模電壓放大倍數(shù)：（很小，<1)但因兩側不完全對稱，uo

0第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三任意輸入的信號:ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1

=uic

+0.5

uid

；ui2=uic–0.5

uid例:ui1=20mV,ui2=10mV則：uid=10mV,uic=15mV差模分量:共模分量:第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3、共模抑制比(CMRR)例:

Aud=-200

Auc=0.1

KCMR=20lg(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMR=KCMR

(dB)=(分貝)第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、結構為了使左右平衡，可設置調零電位器:二、雙電源長尾式差放特點：加入射極電阻RE；加入負電源-VEE

，采用正負雙電源供電。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三雙電源的作用：（1）使信號變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負電源-VEE提供。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三溫度TICIEUE=2IEREUBEIBICRE的作用

設ui1

=ui2

=0自動穩(wěn)定RE具有共模負反饋作用——抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEE第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、Q點的估算uoui1+VCCRCT1RBRCT2RBui2RE–VEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=IB

UC1=UC2=VCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IB×RB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

ui1

ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RE對差模信號不起作用uidRRuo+VCCRCT1RBRCT2RBRE–VEEib2ib1ic2ic1iRE3、差模特性分析第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三差模信號通路T1單邊微變等效電路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三（1）放大倍數(shù)單邊差模放大倍數(shù):uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三若差動電路帶負載RL(接在C1與C2之間),對于差動信號而言，RL中點電位為0,所以放大倍數(shù)：即：總的差動電壓放大倍數(shù)為：差模電壓放大倍數(shù):uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三Ro=2RC

Ri

Ri

Ro輸入電阻：輸出電阻：（2）輸入輸出電阻uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三4、共模特性分析RE對共模信號有抑制作用。uCic1,ic2iRE

,uRE

uoc2

uoc1ic1ic2iREuRE+VCCuocRCT1RBRCT2RBRE–VEEuCuBE1,uBE2

iB1、iB2

ic1,ic2第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三共模信號通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1

uoc2

uoc1ic1ic2uc22RE第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三KCMR

無共模信號放大能力第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+VCC三、恒流源式差放電路電路結構:IC3R2T3R1R3-VEE第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

rce3

1M恒流源T3:放大區(qū)R1uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+VCCIC3R2T3R3-VEEuCEIB3iCUCE3IC3QUCE3第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三uoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+VCCIC3R2T3R1R3-VEE靜態(tài)分析：主要分析T3管第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1.恒流源相當于阻值很大的電阻。2.恒流源不影響差模放大倍數(shù)。3.恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當于阻值為無窮大的電阻，所以共模抑制比是無窮大。恒流源的作用第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3.2.2差放電路的幾種接法輸入端接法雙端單端輸出端接法雙端單端雙端輸入雙端輸出：ui1+VCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEERod=2RC第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三雙端輸入單端輸出（T1）：Rod=RC若由T2端輸出Aud=?uoui1+VCCui2C1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEE單端輸出時，

Auc=?第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三單端輸入、雙端輸出：ui1+VCCuoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEE

ib2

ib1Rod=2RC信號通過發(fā)射極耦合到另一輸入端第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三單端輸入、單端輸出(T1)：Rod=RC+_uoui1+VCCC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-VEE第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三差動放大電路的性能指標輸入輸出方式AudAucRidRod雙入、雙出uo=uo1-uo2Ad102(RB+rbe)2RC雙入、單出uo=uo10.5Ad1很小2(RB+rbe)RC單入、雙出uo=uo1-uo2Ad102(RB+rbe)2RC單入、單出uid=ui1，uo=uo10.5Ad1很小2(RB+rbe)

RC第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三總結：雙端輸出時Aud與單管Ad相同，單端輸出時為Ad的一半；雙端輸出時Ro=2RC，單端輸出時Ro=RC；雙端輸出時兩管的溫度漂移互相抵消，KCMRR=;單端輸出時由于引入共模負反饋，KCMRR較高；單端輸出時可選擇從不同的管子輸出，使uo與ui反相；單端輸入時由于引入共模負反饋，仍工作在差分狀態(tài)，Rid=2(RB+rbe)。第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三例：習題冊P84，題3.19解：1、第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、分析差模特性畫出差模交流通路第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3、分析共模特性畫出共模交流通路5、第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三集成電路:將整個電路的各個元件做在同一個半導體基片上。集成電路的優(yōu)點：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成電路的分類：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路；§3.3雙極型集成運算放大器第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三集成電路內部結構的特點：1、電路元件制作在一個芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。2、電阻元件由硅半導體構成，范圍在幾十到20千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。3、直接耦合。4、二極管一般用三極管的發(fā)射結構成。第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三+-VEE+VCC

u+uo

u–反相輸入端同相輸入端T3T4T5T1T2IS原理框圖：輸入級中間級輸出級與uo反相與uo同相+__第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三對輸入級的要求：盡量減小零點漂移,盡量提高KCMRR

,

輸入阻抗Ri盡可能大。對中間級的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。對輸出級的要求：主要提高帶負載能力，給出足夠的輸出電流io，即輸出阻抗Ro小。第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三集成運放的結構（1）采用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級一般采用差動放大器。（2）輸入級常采用復合三極管或場效應管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級采用互補對稱式射極跟隨器，以進行功率放大，提高帶負載的能力。第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三-VEE+VCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4級：互補對稱射極跟隨器差動放大器第2級第1級：差動放大器第3級：單管放大器–+集成運放內部結構（舉例）極性判斷第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

Ri

大:幾十k

幾百k運放的特點：KCMRR：很大

Ro

?。簬资畮装?/p>

Ao

d很大:104107理想運放：

Ri

KCMRR

Ro

0Aod

運放符號：＋－u－u+uo－＋＋u－u+uoA國際符號國內符號第49頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三§3.6理想集成運算放大器（1）開環(huán)差模電壓增益Aod

（2）差模輸入電阻Rid

（3）輸出電阻Ro

0（4）共模抑制比KCMRR

（5）輸入失調電壓UIO、輸入失調電流IIO及它們的溫漂為零（6）輸入偏置電流IIB

0一、技術指標第50頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、差模輸入電壓=0“虛短”2、輸入電流