1、模 擬 電 子 技 術第第 4 4 章章4.1 多級放大電路多級放大電路4.5 通用集成運放通用集成運放4.6 集成運放的主要參數和低頻等效電路集成運放的主要參數和低頻等效電路4.3 差分放大電路差分放大電路4.2 集成運放概述集成運放概述4.4 集成運放偏置電路中的電流源電路集成運放偏置電路中的電流源電路 模 擬 電 子 技 術級間耦合問題級間耦合問題多級放大電路的分析多級放大電路的分析4.1多級放大電路多級放大電路模 擬 電 子 技 術 為什么要多級放大？為什么要多級放大？在第2章，我們主要研究了由一個晶體管組成基本放大電路，它們的電壓放大倍數一般只有幾十倍。但是在實際應用中，往往需要放大

2、非常微弱的信號，上述的放大倍數是遠遠不夠的。為了獲得更高的電壓放大倍數，可以把多個基本放大電路連接起來，組成“多級放大電路”。其中每一個基本放大電路叫做一“級”，而級與級之間的連接方式則叫做“耦合方式”。 實際上，單級放大電路中也存在電路與信號源以及負載之間的耦合問題。引言引言模 擬 電 子 技 術極間耦合形式：極間耦合形式：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，零互相影響，零點點漂移嚴重。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。

3、容容抗大。變壓變壓 器器耦合耦合A1A2用于選頻放大器、用于選頻放大器、功率放大器等。功率放大器等。模 擬 電 子 技 術光電耦合光電耦合模 擬 電 子 技 術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，其方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。框圖所示。阻容耦合放大電路的方框圖模 擬 電 子 技 術單級阻容耦合放大電路兩極阻容耦合放大電路模 擬 電 子 技 術1）各級的直流工作點相互獨立。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，這樣就給設計、調試和分析帶來很大方便。 2）在傳輸過程中，交流信號損失少。只要耦合電容選得 足夠

4、大，則較低頻率的信號也能由前級幾乎不衰減地 加到后 級，實現逐級放大。優點：優點：3）電路的溫漂小。4）體積小，成本低。模 擬 電 子 技 術缺點：缺點：2）低頻特性差；1）無法集成；3）只能使信號直接通過，而不能改變其參數。2、 變壓器耦合變壓器耦合變壓器可以通過磁路的耦合把一次側的交流信號傳送到二次側，因此可以作為耦合元件。變壓器耦合的兩級放大電路模 擬 電 子 技 術為什么要講變壓器耦合？為什么要講變壓器耦合？因為變壓器在傳送交流信號的因為變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現電流、電壓以及阻抗變換。同時，可以實現電流、電壓以及阻抗變換。圖4-5 變壓器的等效電路工作原理：n1II, nU

5、U2121L22222211LRnIUnnInUIUR模 擬 電 子 技 術優點優點：1）變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態變壓器耦合多級放大電路前后級的靜態工作點是相互獨立、互不影響的。工作點是相互獨立、互不影響的。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象。變壓器耦合多級放大電路基本上沒有溫漂現象。3）變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現電流、）變壓器在傳送交流信號的同時，可以實現電流、電壓以及阻抗變換。電壓以及阻抗變換。缺點：缺點： 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。模 擬 電 子 技

6、 術3 直接耦合直接耦合直接耦合的兩級放大電路存在兩個問題：存在兩個問題：1)T1處于飽和處于飽和2）采用同類型的管子,使集電極電位一直升高,從而限制了級數的進一步提高.（1）直接耦合的具體形式模 擬 電 子 技 術為了解決這個問題：可以采用如下的辦法。為了解決這個問題：可以采用如下的辦法。T1處于飽和處于飽和1）T1處于飽和處于飽和模 擬 電 子 技 術（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a) 加入電阻加入電阻RE2方法一：方法一：模 擬 電 子 技 術RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC（b）在）在T2的發射極加入穩壓管的發射極加入穩壓管方法二

7、：方法二：模 擬 電 子 技 術RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+2)級數不能太多級數不能太多可以在電路中采用不同類型的管子，即可以在電路中采用不同類型的管子，即NPN和和PNP管配合使用，如下管配合使用，如下圖所示。圖所示。利用利用NPN型管和型管和PNP型管進行電平移動型管進行電平移動模 擬 電 子 技 術（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。（2）便于集成便于集成。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。缺點：缺點：優點優點：（1）各級的靜態工作點

8、不獨立，相互影響。會給設計、計算和調試帶來不便。（2）引入了零點漂移問題。零點漂移對直接耦合放大電路的影響比較嚴重。（2）直接耦合放大電路的優缺點）直接耦合放大電路的優缺點模 擬 電 子 技 術（3）直接耦合放大電路中的零點漂移問題）直接耦合放大電路中的零點漂移問題1）何謂零點漂移？）何謂零點漂移？2）產生零點漂移的原因）產生零點漂移的原因3）零點漂移的嚴重性及其抑制方法）零點漂移的嚴重性及其抑制方法電阻，管子參數的變化，電源電壓的波動。如果采用高精度電阻并經經過老化處理和采 用高穩定度的電源，則晶晶體管參數隨溫度的變化將成為產生零點漂移的主要原因。體管參數隨溫度的變化將成為產生零點漂移的主要

9、原因。如果零點漂移的大小足以和輸出的有用信號相比擬，就無法正確地將兩者加以區分。因此，為了使放大電路能正常工作，必須有效地抑制零點漂移。模 擬 電 子 技 術注意：為什么只對直接耦合多級放大電路注意：為什么只對直接耦合多級放大電路提出這一問題呢？原來溫度的變化和零點提出這一問題呢？原來溫度的變化和零點漂移都是隨時間緩慢變化的，如果放大電漂移都是隨時間緩慢變化的，如果放大電路各級之間采用阻容耦合，這種緩慢變化路各級之間采用阻容耦合，這種緩慢變化的信號不會逐級傳遞和放大，問題不會很的信號不會逐級傳遞和放大，問題不會很嚴重。但是，對直接耦合多級放大電路來嚴重。但是，對直接耦合多級放大電路來說，輸入級

10、的零點漂移會逐級放大，在輸說，輸入級的零點漂移會逐級放大，在輸出端造成嚴重的影響。特別時當溫度變化出端造成嚴重的影響。特別時當溫度變化較大，放大電路級數多時，造成的影響尤較大，放大電路級數多時，造成的影響尤為嚴重。為嚴重。模 擬 電 子 技 術抑制零點漂移的方法：抑制零點漂移的方法：1）采用恒溫措施，使晶體管工作溫度穩定。需要恒溫室或槽，因此設備復雜，成本高。2）采用溫度補償法。就是在電路中用熱敏元件或二極管（或晶體管的發射結）來與工作管的溫度特性互相補償。最有效的方法是設計特殊形式的放大電路，用特性相同的兩個管子來提供輸出，使它們的零點漂移相互抵消。這就是“差動放大電路”的設計思想。3）采用

11、直流負反饋穩定靜態工作點。4）各級之間采用阻容耦合。模 擬 電 子 技 術4）零點漂移大小的衡量）零點漂移大小的衡量uIdr= uOdr/Au TuOdr是輸出端的漂移電壓；uIdr就是溫度每變化1折合到放大電路輸入端的漂移電壓。T是溫度的變化；Au是電路的電壓放大倍數；模 擬 電 子 技 術4. 光電耦合光電耦合光電耦合方式是通過光電耦合器件實現的光電耦合方式是通過光電耦合器件實現的 .模 擬 電 子 技 術思路：根據電路的約束條件和管子的思路：根據電路的約束條件和管子的IB、IC和和IE的相互的相互關系，列出方程組求解。如果電路中有特殊電位點，則關系，列出方程組求解。如果電路中有特殊電位點

12、，則應以此為突破口，簡化求解過程。應以此為突破口，簡化求解過程。4.1.2多級放大電路的分析多級放大電路的分析1、靜態工作點的分析、靜態工作點的分析變壓器耦合變壓器耦合 同第二章單級放大電路同第二章單級放大電路阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合模 擬 電 子 技 術思路：根據電路的約束條件和管子的思路：根據電路的約束條件和管子的IB、IC和和IE的相互的相互關系，列出方程組求解。如果電路中有特殊電位點，則關系，列出方程組求解。如果電路中有特殊電位點，則應以此為突破口，簡化求解過程。應以此為突破口，簡化求解過程。例4-1 圖4-8是一個輸入短路的兩級直接耦合放大電路，計算IBQ1、ICQ1、UCE

13、Q1和IBQ2、ICQ2、UCEQ2的值。設VT1、VT2的值分別是1=50， 2=35，穩壓管的穩定電壓UZ=4V，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。模 擬 電 子 技 術圖48 例4-1所用的圖模 擬 電 子 技 術例4-2 如果將上例圖中VT2管射級所接穩壓管VDZ改為電阻RE2，取消電阻R，其余電路和參數不變，要求靜態輸出電壓仍為UOQ=7.1V， 問RE2應為多大？圖4-9 例4-2所用的圖模 擬 電 子 技 術例4-3 如果在電路中給定了RE2的值，要求計算UOQ=？圖411 例4-4所用的圖模 擬 電 子 技 術 計算其靜態工作點計算其靜態工作點模 擬 電 子 技 術如圖所示的兩

14、級電壓放大電路，如圖所示的兩級電壓放大電路，已知已知1= 2 =50, T1和和T2均為均為3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 擬 電 子 技 術解解: : 兩級放大電路的靜態值可分別計算。兩級放大電路的靜態值可分別計算。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 擬 電 子 技 術A8 . 9mA2750)(110000.624) (1E1B1

15、BECCB1 RRUUImA 49. 0mA 0098. 050)(1)1(B1E1 II V77. 10V2749. 024E1E1CCCE RIUU模 擬 電 子 技 術V26. 843V438224B2B2B1CCB2 RRRUVmA 96. 0mA5 . 751. 06 . 026. 8E2E2BE2B2C2 RRUUI模 擬 電 子 技 術V71. 6)V5 . 751. 010(96. 024)(E2E2C2C2CCCE2 RRRIUURB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+Ui.B1R B2R T1T2E2R E1R 1M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k

16、oU.模 擬 電 子 技 術2、動態性能分析、動態性能分析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) （1）放大倍數的計算注意：注意：Auk（k為為1之間的任一個數）并不指獨立的之間的任一個數）并不指獨立的各級的電壓增益，必須考慮前后級對它的影響。各級的電壓增益，必須考慮前后級對它的影響。 ukAukA模 擬 電 子 技 術 方法方法1：在計算第一級的電壓放大倍數時，：

17、在計算第一級的電壓放大倍數時，把第二級的輸入電阻（包括偏置電阻）把第二級的輸入電阻（包括偏置電阻）Ri2作為第一級的負載，即作為第一級的負載，即 。 方法方法2：在計算第一級的電壓放大倍數：在計算第一級的電壓放大倍數 時，時，先認為先認為 ，即先計算第一級空載的電壓，即先計算第一級空載的電壓放大倍數放大倍數 。然后在計算第二級的電壓。然后在計算第二級的電壓放大倍數放大倍數 時，把第一級的輸出電阻時，把第一級的輸出電阻 作作為第二級的信號源電阻為第二級的信號源電阻 ，計算出，計算出 。考慮級與級之間的相互影響，計算各級電壓放大考慮級與級之間的相互影響，計算各級電壓放大倍數時，應把后級的輸入電阻作

18、為前級的負載處理倍數時，應把后級的輸入電阻作為前級的負載處理!i2L1RRu1AL1Ruo1Au2Ao1RS2RuS2A模 擬 電 子 技 術（2）輸入和輸出電阻的計算多級放大電路的多級放大電路的輸入電阻輸入電阻為第一級放大電路的輸入電阻。為第一級放大電路的輸入電阻。多級放大電路的多級放大電路的輸出電阻輸出電阻為最后一級放大電路的輸出電阻。為最后一級放大電路的輸出電阻。模 擬 電 子 技 術如圖所示的兩級電壓放大電路，如圖所示的兩級電壓放大電路，已知已知1= 2 =50, T1和和T2均為均為3DG8D。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+B1R B2R T1T2E2R E1R 1

19、M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 擬 電 子 技 術（1 1）求各級電壓的放大倍數及總電壓放大倍數）求各級電壓的放大倍數及總電壓放大倍數 994 022 950)(1322 9)501 ()1 ()1 (L111beL111u.RrRA 2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U.模 擬 電 子 技 術 1851. 050)(179. 11050)1 (2E2be22C2 RrRAu 總電壓放大倍數總電壓放大倍數9 . 1718)(994. 021 uuuAAA2bI2cIrbe2RC2r

20、be1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U.模 擬 電 子 技 術2ir1iirr 2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U.模 擬 電 子 技 術 由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻 ri 等等于第一級的輸入電阻于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器，它。第一級是射極輸出器，它的輸入電阻的輸入電阻ri1與負載有關，而射極輸出器的負載即與負載有關，而射極輸出器的負載即是第二級輸入電阻是第二級輸入電阻 ri2。模 擬 電 子 技 術 k

21、58. 196. 0265120026)1(200Ebe2 Ir k 14)1 (/E2be2B2B12 RrRRri k 22. 9k14271427/i2E1L1 rRR2ir2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U.模 擬 電 子 技 術 k 349 02650)(120026) (1200rE11be1 .I k 320)1 (/L1be1B1i1i RrRrr 2oorr k10C2o2o Rrr2bI2cIrbe2RC2rbe1RB1B1R 2BR 1bI1cIRE1+_+_+_2ER Ui.oU.o1U.模

22、擬 電 子 技 術 1 = 60, 2 = 100; rbe1= 2 k , rbe2 = 2.2 k 。求求 Au, Ri, Ro。例例 4-7:模 擬 電 子 技 術 解解 Ri2 = R6 / R7 / rbe2R L1 = R3 / Ri2 9.61 . 0 6123 . 1 60)1 (41be1L11 1 RrRAu 1112 . 2) 1 . 5/7 . 4( 100be2L2 2 rRAu AU=AU1AU2Ri = Ri1= R1 / R2 / rbe1 + (1+ 1)R4Ro = R8 = 4.7 k 模 擬 電 子 技 術例例 4-8:晶體管和效應管組成的多級放大電路晶

23、體管和效應管組成的多級放大電路模 擬 電 子 技 術3、三種耦合方式放大電路的應用場合、三種耦合方式放大電路的應用場合阻容耦合放大電路：用于交流信號的放大。阻容耦合放大電路：用于交流信號的放大。變壓器耦合放大電路：用于功率放大及調諧放大。變壓器耦合放大電路：用于功率放大及調諧放大。直接耦合放大電路：一般用于放大直流信號或緩慢直接耦合放大電路：一般用于放大直流信號或緩慢變化的信號。變化的信號。集成電路中的放大電路都采用直接耦合方式。為了抑制集成電路中的放大電路都采用直接耦合方式。為了抑制零漂，它的輸入級采用特殊形式的差動放大電路。零漂，它的輸入級采用特殊形式的差動放大電路。模 擬 電 子 技 術

24、4.2 集成運放概述 4.2.1 集成電路簡介集成電路簡介1集成電路的概念集成電路的概念 集成電路是集成電路是20世紀世紀60年代發展起來的一種微型電子器件或部件，采年代發展起來的一種微型電子器件或部件，采用半導體制造工藝將晶體管、場效應管、二極管、電阻等元器件以及用半導體制造工藝將晶體管、場效應管、二極管、電阻等元器件以及電路的連線都集中制作在一小塊半導體硅基片上，并封裝在一個管殼電路的連線都集中制作在一小塊半導體硅基片上，并封裝在一個管殼內，構成一個完整的具有一定功能的微型結構器件，稱為集成電路。內，構成一個完整的具有一定功能的微型結構器件，稱為集成電路。 2集成電路的種類集成電路的種類

25、單個芯片上能集成的元器件數目單個芯片上能集成的元器件數目:小規模（小規模（SSI）、中規模（）、中規模（MSI）、）、大規模（大規模（LSI）和超大規模（）和超大規模（VLSI） 集成電路按其功能、結構的不同集成電路按其功能、結構的不同:模擬集成電路模擬集成電路和和數字集成電路數字集成電路 3模擬集成電路的特點模擬集成電路的特點模 擬 電 子 技 術 （1）采用直接耦合方式；）采用直接耦合方式； （2）為克服直接耦合方式帶來的溫漂現象）為克服直接耦合方式帶來的溫漂現象,采用了一種特采用了一種特殊的溫度補償手段殊的溫度補償手段-輸入級是差動放大電路；輸入級是差動放大電路； （3）大量采用）大量采

26、用BJT或或FET構成恒流源，代替大阻值，或構成恒流源，代替大阻值，或用于設置靜態電流；用于設置靜態電流； （4）采用復合管接法改進單管性能。）采用復合管接法改進單管性能。 4.2.2 集成運算放大電路的基本組成集成運算放大電路的基本組成 集成運算放大電路的組成框圖集成運算放大電路的組成框圖 模 擬 電 子 技 術 1. 輸入級輸入級 2. 中間級中間級 3輸出級輸出級集成運放的輸入級對整個運算放大器的性能指標影響集成運放的輸入級對整個運算放大器的性能指標影響較大，是提高集成運放質量的關鍵部分，要求其有高較大，是提高集成運放質量的關鍵部分，要求其有高輸入電阻、能減小零點漂移和抑制干擾。輸入電阻

27、、能減小零點漂移和抑制干擾。 中間級主要完成電壓放大任務。要求有較高的電壓中間級主要完成電壓放大任務。要求有較高的電壓增益，一般采用帶有源負載（恒流源）的共發射極增益，一般采用帶有源負載（恒流源）的共發射極電壓放大電路。電壓放大電路。輸出級的任務是進行功率放大，以驅動負載工作，要輸出級的任務是進行功率放大，以驅動負載工作，要求其輸出電阻低、帶負載能力強、能輸出足夠大的電求其輸出電阻低、帶負載能力強、能輸出足夠大的電壓和電流、波形失真小、電源轉換效率高。壓和電流、波形失真小、電源轉換效率高。 模 擬 電 子 技 術 4偏置電路偏置電路偏置電路主要為各級放大電路提供合適的靜態工偏置電路主要為各級放

28、大電路提供合適的靜態工作電流，以確定各級的靜態工作點。作電流，以確定各級的靜態工作點。 模 擬 電 子 技 術4.3.1 差分放大電路的工作原理差分放大電路的工作原理4.3.3 具有恒流源差分放大電路具有恒流源差分放大電路4.3.2 差分放大電路的輸入輸出形式差分放大電路的輸入輸出形式模 擬 電 子 技 術4.3.1 差動放大電路的工作原理差動放大電路的工作原理( (Differential Amplifier) )一一 電路組成及抑制零漂的工作原理電路組成及抑制零漂的工作原理1、電路組成、電路組成模 擬 電 子 技 術 特點：特點： a.兩只完全相同的管兩只完全相同的管子；子； b.兩個輸入

29、端，兩個輸入端， 兩個輸出端；兩個輸出端； c.元件參數對稱；元件參數對稱； 原理：原理：靜態時，輸入信號為零，即將輸入端靜態時，輸入信號為零，即將輸入端和和短接。由于兩管特性相同，所以當溫度或其他外界條短接。由于兩管特性相同，所以當溫度或其他外界條件發生變化時，兩管的集電極電流件發生變化時，兩管的集電極電流ICQ1和和ICQ2的變化規的變化規律始終相同，結果使兩管的集電極電位律始終相同，結果使兩管的集電極電位UCQ1、UCQ2始終始終相等，從而使相等，從而使UOQ=UCQ1-UCQ20，因此消除了零點漂移。，因此消除了零點漂移。模 擬 電 子 技 術具體實踐：具體實踐：在實踐中，兩個特性相同

30、的管子采用“差分對管”，兩半電路中對應的電阻可用電橋精密選配，盡可能保證阻值對稱性精度滿足要求。結論：結論：可想而知，即使采取了這些措施，差動放大電路的兩半電路仍不可能完全對稱，也就是說，零點漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。模 擬 電 子 技 術2、信號的輸入方式和電路的響應、信號的輸入方式和電路的響應（1）差模輸入方式）差模輸入方式Ui1=Uid，Ui2=Uid差模輸入信號為差模輸入信號為Ui1 Ui2=2 Uid差模輸入方式若若Ui1的瞬時極性與的瞬時極性與參考極性一致，則參考極性一致，則Ui2的瞬時極性與參的瞬時極性與參考極性相反。則有：考極性相反。則有：ui1ib1 ic1 uc

31、1ui2 ib2 ic2 uc2 模 擬 電 子 技 術1uidoddAU2UA結論：差模電壓放大倍數等結論：差模電壓放大倍數等于半電路電壓放大倍數。于半電路電壓放大倍數。輸出電壓輸出電壓uO= uC1 uC20，而是出現了信號，而是出現了信號，記為記為Uod。定義：定義：Ad=Uod/2Uid模 擬 電 子 技 術（2）共模輸入方式）共模輸入方式Ui1=Ui2=Uic在共模輸入信號作用下，差放兩半電路中的電流和電壓的變化完全相同。ui1=ui2=0，uo=0Ui1=Ui2=Uic時，時，Uoc=0。定義：定義：Ac=Uoc/Uic共模輸入方式下的差放電路模 擬 電 子 技 術Ac叫做共模電壓

32、放大倍數。理論上講，叫做共模電壓放大倍數。理論上講，Ac為為0，實際上，實際上由于電路不完全對稱，可能仍會有不大的由于電路不完全對稱，可能仍會有不大的Uoc，一般，一般Ac1。既然UOC=0或者UOC很小，為什么還要討論共模輸入呢？差放的兩半電路完全對稱，又處于同一工作環境，這時溫度變化以及其它干擾因素對這兩半電路都有完全相同的影響和作用，都等效成共模輸入信號。如果在Uic作用下，Uoc=0或Ac=0，則說明差放有效地抑制了因溫度變化而引起的零漂。模 擬 電 子 技 術（3）任意輸入方式）任意輸入方式 輸入端分別接Ui1和Ui2，這種輸入方式帶有一般性，叫“任意輸入方式”。Uic = (Ui1

33、+ Ui2 ) / 2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若若則則Uid = (Ui1- Ui2 ) / 2任意輸入方式模 擬 電 子 技 術（3）任意輸入方式）任意輸入方式 輸入端分別接Ui1和Ui2，這種輸入方式帶有一般性，叫“任意輸入方式”。Uic = (Ui1+ Ui2 ) / 2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若若則則Uid = (Ui1- Ui2 ) / 2例如例如：Ui1=10mVUi2=6mV則則 Uid=2mV Uic=8mV利用疊加原理得到利用疊加原理得到：Uo=Ad2Uid+AcUic= Ad（ Ui1- Ui2 ）結論：在任意結論：在任意

34、輸入方式下，輸入方式下，被放大的是輸被放大的是輸入信號入信號Ui1和和Ui2的差值。這的差值。這也是這種電路也是這種電路為什么叫做為什么叫做“差動放大的差動放大的原因原因”。模 擬 電 子 技 術（4）存在的問題及改進的方案）存在的問題及改進的方案以上研究的是基本的差動放大電路，它實際上不可能完全抑制零以上研究的是基本的差動放大電路，它實際上不可能完全抑制零漂，因為兩半電路不會完全對稱。另外，如果從一管輸出，則與漂，因為兩半電路不會完全對稱。另外，如果從一管輸出，則與單管放大電路一樣，對零漂毫無抑制能力，而這種單管放大電路一樣，對零漂毫無抑制能力，而這種“單端輸出單端輸出”方式的形式又是經常采

35、用的。方式的形式又是經常采用的。穩定靜態工作點，就是要減小穩定靜態工作點，就是要減小ICQ的變化，而抑制零點漂移也同樣是的變化，而抑制零點漂移也同樣是減小減小ICQ的變化。即抑制零點漂移和穩定靜態工作點是一回事。因此的變化。即抑制零點漂移和穩定靜態工作點是一回事。因此可以借鑒工作點穩定電路中采用過的方法，在管子的射極上接一電阻。可以借鑒工作點穩定電路中采用過的方法，在管子的射極上接一電阻。這樣，基本的差動放大電路就改進為如圖這樣，基本的差動放大電路就改進為如圖4-15所示。所示。模 擬 電 子 技 術可以想見，可以想見，RE越大，則工作點越穩定，零點漂移也越小。越大，則工作點越穩定，零點漂移也

36、越小。但，但，RE太大，在一定的工作電流下，太大，在一定的工作電流下，RE上的壓降太大，上的壓降太大，管子的動態范圍就會變小，如圖管子的動態范圍就會變小，如圖4-16所示。為了保證一所示。為了保證一定的靜態工作電流和動態范圍，而定的靜態工作電流和動態范圍，而RE又希望取得大些，又希望取得大些，常采用雙電源供電，用電源常采用雙電源供電，用電源VEE提供提供RE上所需的電壓。上所需的電壓。采用雙電源供電后，輸出電壓的動態范圍大多了。采用雙電源供電后，輸出電壓的動態范圍大多了。模 擬 電 子 技 術改進后的電路叫射極耦合差動放大電路也叫長尾電路。改進后的電路叫射極耦合差動放大電路也叫長尾電路。射極耦

37、合差動放大電路射極耦合差動放大電路模 擬 電 子 技 術因為有負電源因為有負電源VEE提供發射極正偏所需要的電壓，所以提供發射極正偏所需要的電壓，所以RB可可以去掉。以去掉。二二 射極耦合差動放大電路的靜態分析射極耦合差動放大電路的靜態分析0=i2i1uu靜態工作點的計算靜態工作點的計算：模 擬 電 子 技 術1、差模電壓放大倍數、差模電壓放大倍數三三 射極耦合差動放大電路的動態分析射極耦合差動放大電路的動態分析模 擬 電 子 技 術關鍵在于畫出差模信號作用下，半電路的交流通路和微變關鍵在于畫出差模信號作用下，半電路的交流通路和微變等效電路。等效電路。A、對差模信號，若一管的射極電流增大、對差

38、模信號，若一管的射極電流增大I，則另一管的射極電流必然減小則另一管的射極電流必然減小I，因而流過，因而流過射極電阻射極電阻RE的總電流不變，即的總電流不變，即RW的滑動端的滑動端C點的電位恒定，相當于交流接地。點的電位恒定，相當于交流接地。B、負載、負載RL中點電位為交流地電位。中點電位為交流地電位。模 擬 電 子 技 術由此畫出半電路的交流通路如圖所示。由此畫出半電路的交流通路如圖所示。2LCLRRRbe1Lidodd2rRRUUA模 擬 電 子 技 術2、共模電壓放大倍數、共模電壓放大倍數在理想情況下，共模電壓放大倍數在理想情況下，共模電壓放大倍數Ac=0。3、差模輸入電阻、差模輸入電阻R

39、id是由圖、兩個輸入端看進去的動態電阻， )(2be1idrRR它是單管共射放大電路輸入電阻的兩倍。它是單管共射放大電路輸入電阻的兩倍。模 擬 電 子 技 術4、差模輸出電阻、差模輸出電阻Rod=2RC5、共模抑制比、共模抑制比KCMR= Ad/Ac 用分貝表示： KCMR=20lg Ad/AcAd越大越好，越大越好，Ac越小越好，因此越小越好，因此KCMR越大越好越大越好。實際差動放大電路的輸出電壓icciddo2UAUAU模 擬 電 子 技 術8、差動放大電路的電壓傳輸特性、差動放大電路的電壓傳輸特性差放雙入雙出電壓傳輸特性差放雙入雙出電壓傳輸特性6、最大共模輸入電壓、最大共模輸入電壓UI

40、CM7、最大差模輸入電壓、最大差模輸入電壓UIDM模 擬 電 子 技 術4.3.2.差分放大電路的輸入輸出形式差分放大電路的輸入輸出形式 差動放大器共有四種輸入輸出方式差動放大器共有四種輸入輸出方式: 1. 雙端輸入、雙端輸出（雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出雙入雙出） 2. 雙端輸入、單端輸出（雙端輸入、單端輸出（雙入單出雙入單出） 3. 單端輸入、雙端輸出（單端輸入、雙端輸出（單入雙出單入雙出） 4. 單端輸入、單端輸出（單端輸入、單端輸出（單入單出單入單出） 主要討論的問題有：主要討論的問題有： 差模電壓放大倍數、共模電壓放大倍數差模電壓放大倍數、共模電壓放大倍數 差模輸入電阻差模輸入電阻

41、差模輸出電阻差模輸出電阻模 擬 電 子 技 術(1)差模電壓放大倍數差模電壓放大倍數 （2）共模電壓放大倍數）共模電壓放大倍數（3）差模輸入電阻）差模輸入電阻（4）輸出電阻）輸出電阻co2RR1.雙端輸入雙端輸出雙端輸入雙端輸出0vcAbe1Lidodd2rRRUUA)(2be1idrRR模 擬 電 子 技 術靜態分析靜態分析2. 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出電路組成電路組成模 擬 電 子 技 術(1)差模電壓放大倍數差模電壓放大倍數 （2）差模輸入電阻）差模輸入電阻（3）輸出電阻）輸出電阻coRR動態分析動態分析be1LCd)/(21rRRRAbe1LCd)/(21rRRRA)(2be1

42、idrRR模 擬 電 子 技 術（4）共模電壓放大倍數）共模電壓放大倍數共模交流通路：共模交流通路：ICOC1c=uuAuEbe1L2)1 (=RrRREL2RR（5）共模抑制比）共模抑制比KCMR= Ad/Ac 模 擬 電 子 技 術 3. 單端輸入雙端輸出單端輸入雙端輸出（1 1）靜態分析）靜態分析 同雙端輸入雙端輸出同雙端輸入雙端輸出（2 2）動態分析）動態分析計算同雙端輸入雙端輸出：計算同雙端輸入雙端輸出：iiuu102iu2221idiiiuuuu2221iiiicuuuu模 擬 電 子 技 術4. 單端輸入單端輸出單端輸入單端輸出 計算同雙入單出：計算同雙入單出： 注意放大倍數的正

43、負號：注意放大倍數的正負號： 設從設從T1的基極輸入信號，如的基極輸入信號，如果從果從C1 輸出，為負號；從輸出，為負號；從C2 輸輸出為正號。出為正號。（1 1）靜態分析）靜態分析 同雙端輸入單端輸出同雙端輸入單端輸出（2 2）動態分析）動態分析模 擬 電 子 技 術4.3. 3.差動放大電路的調零差動放大電路的調零增加調零電阻后四種接法下的性能分析比較增加調零電阻后四種接法下的性能分析比較靜態分析時不考慮靜態分析時不考慮Rp模 擬 電 子 技 術(1)(1)差模電壓放大倍數差模電壓放大倍數 與單端輸入還是雙端輸入無關，與單端輸入還是雙端輸入無關，只與輸出方式有關：只與輸出方式有關： 差動放

44、大器動態參數計算總結差動放大器動態參數計算總結 雙端輸出時：雙端輸出時： 單端輸出時：單端輸出時： (2)(2)共模電壓放大倍數共模電壓放大倍數 與單端輸入還是雙端輸入無關，只與輸出方式有關：與單端輸入還是雙端輸入無關，只與輸出方式有關： 雙端輸出時：雙端輸出時： 單端輸出時：單端輸出時：0cAELc2RRA2)1(beLcd12/wRrRRRA2)1(beLcd12/wRrRRRA模 擬 電 子 技 術 (3)(3)差模輸入電阻差模輸入電阻 不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。是基本放大電路的兩倍。 單端輸出時，單端輸出

45、時， 雙端輸出時，雙端輸出時， coRR co2RR (4)(4)輸出電阻輸出電阻2)1 (bei12wRrRR模 擬 電 子 技 術(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一個重要指標。是差分放大器的一個重要指標。cdCMRAAKdBlg20cdCMRAAK或 雙端輸出時雙端輸出時KCMR可認為等于無窮大，可認為等于無窮大， 單端輸出時共模抑制比：單端輸出時共模抑制比：2)1 (1wECMRRrRRcAdAKbe模 擬 電 子 技 術4.3.4 具有恒流源差分放大電路具有恒流源差分放大電路1、問題的提出、問題的提出ELCCR2RRAKCMR= Ad/Ac從

46、以上兩式看出要減小從以上兩式看出要減小Ac，提高共模抑制比，應增大，提高共模抑制比，應增大RE，但，但RE不能太大，因為不能太大，因為RE上的壓降由上的壓降由VEE提供。在提供。在保持保持VT1、VT2兩管的工作電流為一定值時，要加大兩管的工作電流為一定值時，要加大RE，必須提高必須提高VEE，這是有困難的。能不能找到這樣一種元，這是有困難的。能不能找到這樣一種元器件，它的直流電阻很小，而它的交流電阻卻很大，器件，它的直流電阻很小，而它的交流電阻卻很大，這樣靜態時不需要很大的這樣靜態時不需要很大的VEE，動態時的，動態時的AC卻很小，卻很小，KCMR很大？很大？模 擬 電 子 技 術2、電路的

47、組成及工作原理、電路的組成及工作原理減少共模放大倍數的思路：減少共模放大倍數的思路： 增大增大 REE用恒流源代替用恒流源代替 REE特點：特點：直流電阻為有限值直流電阻為有限值動態電阻很大動態電阻很大1. 三極管電流源三極管電流源簡化畫法簡化畫法電流源電流源代替差代替差分電路分電路中的中的 REE+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V3ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI0模 擬 電 子 技 術3.具有電流源的差分放大電路具有電流源的差分放大電路簡化簡化畫法畫法1、靜態分析、靜態分析2、動態分析、動態分析模 擬

48、電 子 技 術例例?(信商不講信商不講)( (1) )求靜態工作點；求靜態工作點；( (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 ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IC3V3V4IREF+6 V 6 V100 100 7.5 k 7.5 k 6.2 k 100 模 擬 電 子 技 術ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0mA 42. 0 UCQ1 = UCQ2 = 6 0.42 7.5 = 2.8

49、5 (V)( (2) )求求 Aud，Rid，Ro)( 452642. 026101200be2 be1 rrp21beCd)1( RrRAu 6505. 010145. 65 . 7100 )1( 2p21beidRrR k 23Ro = 2RC = 15 (k )模 擬 電 子 技 術4.4 集成運放偏置電路中的電流源電路 4.4.1 鏡像電流源1基本鏡像電流源鏡像電流源電路 ) 1(TBESUUeII CREFBREFC1C222IIIIII/21REFC2IIRUVIBE1CCREFRVRUVIICCBE1CCREFC2模 擬 電 子 技 術2改進的鏡像電流源 增加三極管的目的是減少三

50、極管、的對的分流作用，提高鏡像精度，減少值不夠大時帶來的影響。 13E3B11B3B11B3C1REFIIIIIII)12(12311C23B1B11III) 1(/2131REFC2II所以其中，RUVIBECCREF2。模 擬 電 子 技 術3多路輸出比例電流源1BE1CCREFRRUVI3E3BE32E2BE21E1BE1RIURIURIU21REF21E1E2C2RRIRRIII31REF31E1E3C3RRIRRIII模 擬 電 子 技 術 4.4.2 微電流源 由于( )很小，故用阻值不大 的就可獲得微小的工作電流。 4.4.3 場效應管電流源E2E2BE2BE1RIUUE2BE2

51、BE1E2RUUIBE2BE1UUER模 擬 電 子 技 術 4.4.4 電流源用作有源負載 由于電流源具有直流電阻小、交流電阻大的特點，由于電流源具有直流電阻小、交流電阻大的特點， 在模擬集成電路中廣泛地把它作負載使用在模擬集成電路中廣泛地把它作負載使用-有源負載，有源負載， 可提高電路的電壓增益及動態輸出范圍。可提高電路的電壓增益及動態輸出范圍。 模 擬 電 子 技 術4.5.1集成運放的發展概況集成運放的發展概況 4.5 通用集成運放通用集成運放模 擬 電 子 技 術4.5.1集成運放的發展概況集成運放的發展概況 第一代產品基本沿用了分立元件放大電路的設計思想，第一代產品基本沿用了分立元

52、件放大電路的設計思想，采用了集成數字電路的制造工藝。采用了集成數字電路的制造工藝。 第二代產品以第二代產品以1986年制造的年制造的A741型高增益運放型高增益運放(10萬倍左右萬倍左右)為代表。為代表。 第三代產品出現于第三代產品出現于20世紀世紀70年代末，輸入級采用超年代末，輸入級采用超 管管(10005000)，且工作電流很低，從而使輸入失調，且工作電流很低，從而使輸入失調電流及溫漂大大減小，輸入電阻大大提高。電流及溫漂大大減小，輸入電阻大大提高。 第四代產品出現于第四代產品出現于20世紀世紀80年代，采用了斬波穩年代，采用了斬波穩零和動態穩零技術，將場效應管、雙極型三極管和自零和動態

53、穩零技術，將場效應管、雙極型三極管和自穩零放大技術兼容在一塊硅片上，得到了極佳的抑制穩零放大技術兼容在一塊硅片上，得到了極佳的抑制零漂效果。零漂效果。 模 擬 電 子 技 術4.5.2 通用型集成運放的典型電路通用型集成運放的典型電路模 擬 電 子 技 術圖圖 F007的電路圖的電路圖為同為同向輸入向輸入端端為為反向反向輸入輸入端端為正電為正電源端源端為負電為負電源端源端為輸出為輸出端端為外接調零輸為外接調零輸入端入端模 擬 電 子 技 術輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級輸入級輸入級V1、V3 和和 V2、V4通用型集成運算放大器通用型集成運算放大器 741 簡化電路簡化電路模 擬 電 子

54、 技 術共集共集-共基組合差分電路共基組合差分電路V5、V6有源負載有源負載構成雙端變單端電路構成雙端變單端電路中間級中間級V7、V8復合管，共發射極復合管，共發射極 具有高增益具有高增益輸出級輸出級甲乙類互補對稱甲乙類互補對稱功率放大電路功率放大電路 ( (OCL) )V11 V13采用單電源采用單電源( (OTL) )時，輸入端靜態電位應為時，輸入端靜態電位應為0.5VCC。模 擬 電 子 技 術F007的管腳圖和簡化圖的管腳圖和簡化圖模 擬 電 子 技 術4.6 集成運放的主要參數和低頻等效電路集成運放的主要參數和低頻等效電路4.6.1 集成運算放大器的主要性能指標集成運算放大器的主要性

55、能指標1) ) 輸入失調電壓輸入失調電壓 U IO使使 UO = 0，輸入端施加的補償電壓，輸入端施加的補償電壓2) ) 輸入偏置電流輸入偏置電流 I IB幾毫伏幾毫伏UO = 0 時，時， 21BPBNIB）（III 10 nA 1 A3) ) 輸入失調電流輸入失調電流 IIOUO = 0 時，時， BPBNIOIII 1 nA 0.1 A模 擬 電 子 技 術4) ) 開環電壓增益開環電壓增益 Aud100 140 dB5) ) 差模輸入電阻差模輸入電阻 R id輸出電阻輸出電阻 Ro幾十千歐幾十千歐 幾兆歐幾兆歐幾十歐幾十歐 幾百歐幾百歐)dB(lg20cdCMRuuAAK 6) ) 共模抑制比共模抑制比 KCMR 80 dB模 擬 電 子 技 術7) ) 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓 UIdM共模輸入共模輸入 U IC 過大，過大，K CMR下降下降當當 UId 過大時，反偏的過大時，反偏的 PN 結可能因反壓過大而被擊穿。結可能因反壓過大而被擊穿。NPN 管管 UIdM =