1、多级放大电路与集成运算放大器于永斌信息与软件工程学院主要内容5.1 多级放大电路（模3.1.1、3.2）5.2 差分放大电路（模3.3.1、3.3.2）5.3 模拟集成电路的结构特点（模4.1）5.4 电流源电路（模4.2）5.5 互补输出级（模3.3.3、2.7.1）5.6 集成运算放大器（模4.3、4.4）5.1 多级放大电路一、直接耦合一、直接耦合二、阻容耦合二、阻容耦合二、分析举例二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析Part 1Part 2一、直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻级的基极电阻 能够放大变化缓慢的信能够放大变化缓慢的
2、信号，便于集成化，号，便于集成化， Q点相互点相互影响，影响，存在零点漂移现象。存在零点漂移现象。 当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。第二级第二级第一级第一级Q1合适吗？合适吗？直接连直接连接接输入为零，输出产生输入为零，输出产生变化的现象称为零点变化的现象称为零点漂移漂移求解求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。如何设置合适的静态工作点？对哪些动态参数产生对哪些动态参数产生影响？影响？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可设置合适的既可
3、设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？于下降太多？若要若要UCEQ5V，则应怎么办？用多个二极管吗？，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压二极管导通电压UD？动态电阻？动态电阻rd特点？特点？Re必要性？必要性？稳压管稳压管伏安特性伏安特性 UCEQ1太小太小加加Re（Au2数值数值）改用改用D若要若要UCEQ1大，则改用大，则改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用 在用在用NPN型管组成型管组成N级共射放大电路，由于级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接近电源电压，）
4、，以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。点不合适。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 二、阻容耦合 Q点相互独立点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不易不易集集成化。成化。共射电路共射电路共集电路共集电路有零点漂移吗？有零点漂移吗？ 利用电容连接信号源与放利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦放大电路与负载，为阻容耦合。合。一、动态参数分析1.电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2
5、io1io2. 输入电阻i1iRR 3. 输出电阻nRRoo 对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的数值的数值大，最大不失真输出电压大。大，最大不失真输出电压大。)(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR二、分析举例 失真分析：由失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路型管组成的两级共射放大电路共射放大共射放大电路电路共射放大共射放大电路电路iuou饱和失真？截止失真？饱和失真？截止失真？ 首先确定在
6、哪一级出现了失真，再判断是什么失真。首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。 比较比较Uom1和和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。真。 在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。输出级的最大不失真电压。讨论一清华大学 华成英 讨论二：放大电路的选用1. 按下列要求组成两级放大电路：按下列要求组成两级放大电路： Ri12k，Au 的数值的数值3000； Ri 10M，Au的数值的数值300； Ri100200k，Au的
7、数值的数值150； Ri 10M ，Au的数值的数值10，Ro100。共射、共射共射、共射2. 若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？注意级联时两级的相互影响！注意级联时两级的相互影响！共源、共射共源、共射共集、共射共集、共射共源、共集。共源、共集。 作业 3.1 3.2 3.55.2 差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组
8、成三、长尾式差分放大电路的分析三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因1. 什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂零漂为为温漂温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 最佳典型电路：差
9、分放大电路最佳典型电路：差分放大电路零点漂移零点漂移零输入零输入零输出零输出理想对称理想对称二、长尾式差分放大电路的组成信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？信号特点？能否放大？典型电路02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII在理想对称的情况下：在理想对称的情况下：RRRRt+VCCuI2. 零输入零输出；零输入零输出；1. 可克服零点漂移；可克服零点漂移；4. 放大差模信号。放大差模信
10、号。3. 抑制共模信号；抑制共模信号；三、长尾式差分放大电路的分析 eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的吗？是必要的吗？1. Q点：EEBQBEQEQe2VUUIR晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故BEQcCQCCCEQURIVU选合适的选合适的VEE和和Re就就可得合适的可得合适的Q2. 抑制共模信号 0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参数理想对称时，参数理想对
11、称时共模放大倍数共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：共模信号：数值相等、极性相同数值相等、极性相同的输入信号，的输入信号，即即IcI2I1uuu2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用的共模负反馈作用0 cIcOccAuuA参数理想对称时参数理想对称时共模放大倍数共模放大倍数Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电对于每一边电路，路，Re=?如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3.
12、放大差模信号C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu差模信号：差模信号：数值相等，极性相反数值相等，极性相反的输入信号，的输入信号，即即2Idu2Idu )(2bebBIdrRiu为什么？为什么？差模信号作用时的动态分析Lcdbbe ()2RRARr （3.3.7）差模放大倍数差模放大倍数IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR，4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR 共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大
13、电路放大差模信号综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。的能力和抑制共模信号的能力。dCMRcCMR3.3.10AKAK （）在参数理想对称的情况下，。 在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“ 接地接地”点，以避免干扰；或负载需点，以避免干扰；或负载需要有要有“ 接地接地”点，以点，以安全安全工作。工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法四种接法：双端输入双：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。四、差分
14、放大电路的四种接法cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于输入回路没有变化，所由于输入回路没有变化，所以以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一与双端输出时一样。但是样。但是UCEQ1 UCEQ2。1. 双端输入单端输出：Q点分析点分析1. 双端输入单端输出：差模信号作用下的分析：差模信号作用下的分析cLdbbe ()1(3.3.16)2RRARr cobebi)(2RRrRR，1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析：共模信号作用下的分析bebLcd)( 21rRRRAcLcbbee ()(3.3.17)2(1)RRARrR bbeeCMRbbe2(1)
15、(3.3.18)dcARrRKARr1. 双端输入单端输出：问题讨论：问题讨论bebLcd)( 21rRRRA（1）T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？（2）什么情况下）什么情况下Ad为为“”？（3）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？bebebebCMR)1 (2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，课堂练习：试回答上述3个问题2. 单端输入双端输出共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入： 在输入信号作用下发射极的电位变在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明
16、什么？化吗？说明什么？2/IIcIIduuuu，2. 单端输入双端输出问题讨论：问题讨论：（1）UOQ产生的原因？产生的原因？（2）如何减小共模输出电压？）如何减小共模输出电压？OQIcIdO2UuAuAu测试测试:差模输出差模输出共模输出共模输出静态时的值静态时的值单端输入单端输出的情况请同学们自行分析！3. 四种接法的比较：电路：电路参数参数理想对称条件下理想对称条件下输入方式：输入方式： Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与
17、之有关。均与之有关。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA双端输出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA单端输出：五、差分放大电路的改进 由前分析可知：由前分析可知：Re 越大，每一边的漂移越小，越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，共模负反馈越强，Ac越小，越小，KCMR越大，差分放越大，差分放大电路的性能越好。大电路的性能越好。 但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以大，以至于至于Re太大太大就就不合理了。不合理了。 需在低电源条件下，需
18、在低电源条件下，设置合适的设置合适的IEQ，并得到，并得到得到得到（等效）（等效）趋于无穷大的趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代解决方法：采用电流源取代Re！1、具有恒流源差分放大电路的组成3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效电阻为等效电阻为无穷大无穷大近似为近似为恒流恒流1) RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 若若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达的表达式。式。2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR2、 加调零电位器 RW（改善对称性）（改善对称性）doi
19、dmd2 RRRRgA，六、 场效应管差分放大电路若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mV讨论一RRRRt+VCCuI 若将电桥的输出作为差放的输入，若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为多少？设置则其共模信号约为多少？设置Q点时点时如何考虑？如何考虑？1、uI=10mV，则，则uId=? uIc=? 2、若、若Ad=102、KCMR103用直流表测用直流表测uO ，uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?讨论二 单端输入单端输出例3.3.1 电路如侧。已知1,10
20、,5.1,12 ,6 ,100,2,0.7 ,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccV VVrkUV ImA120.5 107CQCQUVccIRcV60.7Re5.322 0.5EEBEQEQVUkI（1）Re的取值应为多少？T1和T2管的UCEQ为多少？（2）试求Au、Ri和Ro ;（3）若将电路改成单端输出（如图3.3.7），用直流表测得输出电压uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。解： （1）70.77.7CEQCQEQUUUV例3.3.1 电路如侧。已知1,10,5.1,12 ,6 ,100,2,0.7 ,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccV V
21、VrkUV ImA2()2(12)6ibbeRRrk10 2.55100(/ /)102.5526812LbbeRRcAuRr （1）Re的取值应为多少？T1和T2管的UCEQ为多少？（2）试求Au、Ri和Ro ;（3）若将电路改成单端输出（如图3.3.7），用直流表测得输出电压uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。解： （2）据(3.3.7)、 (3.3.8)、 (3.3.9)可得220ocRRk交流等效例3.3.1 电路如侧。已知1,10,5.1,12 ,6 ,100,2,0.7 ,0.5bcLEEbeBEQEQRkRkRkVccV VVrkUV ImA032.360.64u
22、V动态电压：15.110 5.1(/ /)120.52.36105.1105.1LCQCQCLCLRUVccIRRVRR（3）若将电路改成单端输出（如 图3.3.7），用直流表测得输出电压 uo=3V，试问输入电压约为多少？设共模电压可忽略。 据(3.3.12)、 (3.3.13)、 (3.3.14)可得0/0.64/( 56)11.4iduuAmV 解： （3）因直流表测得的输出电压包涵静态和动态两部分！再据(3.3.16) 可得(/ /)11 100 (10/ /5.1)562212CLdbbeRRARr 忽略共模影响有： 作业 3.7 3.85.35.3 模拟集成电路的结构特点一、集成运
23、放的特点一、集成运放的特点二、集成运放电路的组成二、集成运放电路的组成三、集成运放的电压传输特性三、集成运放的电压传输特性 一、集成运放的特点（1 1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性，大量采用）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性，大量采用差分放大差分放大电路电路和和电流源电流源电路。电路。（2 2）用）用复杂电路复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。杂性。（3 3）用有源元件）用有源元件替代替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。（4 4）采用
24、复合管。）采用复合管。 集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合直接耦合多级放大电路。多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。因首先用于信号的运算，故而得名。二、集成运放电路的组成两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 若将集成运放看成为一个若将集成运放看成为一个“黑盒子黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。出的差分放大电路。集成运放电路四个组成部分的作用前置级，多采用差分放大电路。要求前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，大，Ad大，大， Ac小，输入端小，输入端耐压高。
25、耐压高。主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。功率级，多采用准互补输出级。要求功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真输出电压小，最大不失真输出电压尽可能大。尽可能大。为各级放为各级放大电路设置合适的静大电路设置合适的静态工作点。态工作点。较多采用较多采用电流源电路电流源电路? ?三、集成运放的电压传输特性 由于由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多的数值仅为几十一百多微伏微伏。在线性区：在线性区：uOAod
26、(uPuN) Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。非线性非线性区区 (uPuN)的数值大于一定值时，的数值大于一定值时，开环开环集成运放集成运放的输出不是的输出不是UOM , 就是就是UOM，即，即此时此时集成运放工作在非线性区。集成运放工作在非线性区。uO=f(uP-uN)5.45.4 集成运放中的电流源电路一、镜像电流源一、镜像电流源二、微电流源二、微电流源三、多路电流源三、多路电流源四、有源负载四、有源负载一、镜像电流源T0 和和 T1 特性完全相同。特性完全相同。B0B1BE0BE1IIUU，CCB10B0CR2IIIIIIRC 2II ，则若在电流源电路中充分利用集成运放中
27、晶体管性能的一致性。在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。T1的表现有如的表现有如T0的的镜像镜像基准电流基准电流RUVI)(BECCRRC2IICC0C1III调整R即可得所需的Ic1!该电路有无该电路有无负反馈负反馈？二、微电流源eBE1BE0E1)(RUUITBE1BE0TBEe eSE1E0SEU)UU(UUIIIII，eE1E10ETBE10BElnRIIIUUURUVIIIIIBE0CCR C0 E01C 1E设计过程很简单，首先确定设计过程很简单，首先确定IE0和和IE1，然后选定，然后选定R和和Re。超越方超越方程程Re 集成电路中集成电路中常常常常要求提供很小（
28、通常几十微安）的静态电流要求提供很小（通常几十微安）的静态电流(Ic1)，受工艺限，受工艺限制，又不能用太大的电阻，制，又不能用太大的电阻，怎么办？怎么办？Re0Re1若再增加一个若再增加一个Re0, 可构成一可构成一比例电流源比例电流源（IC1/IR=Re0/Re1）请同学们自习之）请同学们自习之三、多路电流源 根据所需静态电流，来选取发射根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。极电阻的数值。 根据所需静态电流，来确定集电根据所需静态电流，来确定集电结面积。结面积。 根据所需静态电流，来确定根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。沟道尺寸。多集电极管多集电极管四、有源负载哪只管子为放大管？哪只管
29、子为放大管？其集电结静态电流约为多少？其集电结静态电流约为多少？静态时静态时UCQ1为多少？为多少？为什么要考虑为什么要考虑 h22?be1bLce2ce11)( rRRrrAu用于共射放大电路动态等效电路动态等效电路be1bL1Lce2ce1 ,)(rRRARrru则若2. 用于差分放大电路电路的输入、输出方式？电路的输入、输出方式？如何设置静态电流？如何设置静态电流？静态时静态时iO约为多少？约为多少？动态时动态时iO约为约为多少？多少？ C1C3C4C2C1，iiiiiC1C2C4O2 iiii 使单端输出电路的差模放大使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的差倍数近似等于双端输
30、出时的差模放大倍数。模放大倍数。0 C2C4Oiii静态：静态：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII，动态：动态：)17. 2 . 4()( be1Lce4ce21rRrrAu5.5 互补输出级三、基本电路三、基本电路四、消除交越失真的互补输出级四、消除交越失真的互补输出级五、准互补输出级五、准互补输出级二、对输出级的要求二、对输出级的要求一、复合管一、复合管一、复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。21)1)(1 (211BE ii 不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。目的：增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。
31、iB方向决定复合管的类型讨论一：判断下列各图是否能组成复合管判断下列各图是否能组成复合管 在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。课堂练习：试画出该复合管的等效类型，并推导出其直流电流放大倍数清华大学 华成英 Ri=? Ro=?)(1 ()1 (Le2be21be1biRRrrRR21sbbe1be2eo11RRrrRR讨论二派生电路举例：组合的结果带来什么好处？组合的结果带来什么好处？宽频带，以及更大的增益！ 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。互补输出级是直接耦合的功率放大电路。 对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；
32、负载电阻上无直流功耗；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。最大不失真输出电压最大。二、对输出级的要求射极输出形式射极输出形式静态工作电流小静态工作电流小输入为零时输出为零输入为零时输出为零 双电源供电时双电源供电时Uom的峰值接近电的峰值接近电源电压。源电压。 单电源供电单电源供电Uom的峰值接近二分的峰值接近二分之一电源电压。之一电源电压。不符合要不符合要求！求！三、基本电路静态时静态时T1、T2均截止，均截止，UB= UE=01. 特征：T1、T2特性理想对称。特性理想对称。2. 静态分析T1的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性动动态时态时T1、T2交替工作，对称情况计算增交
33、替工作，对称情况计算增益可益可仅考虑一个放大管仅考虑一个放大管！3. 动态分析ui正半周，电流通路为正半周，电流通路为 +VCCT1RL地，地， uo = ui 两只管子交替工作，两路电源交替供电，两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。双向跟随。ui负半周，电流通路为负半周，电流通路为 地地 RL T2 -VCC， uo = ui4. 交越失真消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子均截止开启开启电压电压 静态时静态时T1、T2处于临界导通状态，有信号时至处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通；少有一只
34、导通； 偏置电路对动态性能影响要小。偏置电路对动态性能影响要小。四、消除交越失真的互补输出级ib2b1D2D1B1B2uuuUUU动态：静态：倍增电路故称之为，则若BEBE443B1B2B2UURRRUII五、准互补输出级 BE1BE2EB33BE54 (1)UUURUR静态时：ib3b1uuu动态时： 为保持输出管的良好对称性，输出管应为为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型同类型晶体管。晶体管。大！大！作业 2.18 3.1 3.2 3.5 3.7 3.8 3.10 3.115.65.6 集成运放的电路分析及其性能指标二、读图举例二、读图举例三、集成运放的性能指标三、集成运放的性能指标
35、一、读图方法一、读图方法四、集成运放的低频等效模型四、集成运放的低频等效模型一、读图方法了解要分析的电路的应用场合、用途和技术了解要分析的电路的应用场合、用途和技术指标。指标。将整个电路图分为各自具有一定功能的基本将整个电路图分为各自具有一定功能的基本电路。电路。定性分析每一部分电路的基本功能和性能。定性分析每一部分电路的基本功能和性能。电路相互连接关系以及连接后电路实现的功电路相互连接关系以及连接后电路实现的功能和性能。能和性能。必要时可估算或利用计算机计算电路的主要必要时可估算或利用计算机计算电路的主要参数。参数。已知电路图，分析其原理和功能、性能。已知电路图，分析其原理和功能、性能。二、
36、举例：F007通用型集成运放通用型集成运放 对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。为输入级、中间级和输出级电路。 若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电流若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电流往往往往是偏置电路中的是偏置电路中的基准基准电流电流。找出偏置电路双端输入、单端双端输入、单端输出差分放大电输出差分放大电路路以复合管为放大管、以复合管为放大管、恒流源作负载的共恒流源作负载的共射放大电路射放大电路用用UBE倍增电路消倍增电路消除交越失真
37、的除交越失真的准准互补输出级互补输出级三级放大电路三级放大电路简化电路 分解电路输入级的分析 T3、T4为横向为横向PNP型管，输入端耐压型管，输入端耐压高。共集形式，输入电阻大，允许的共高。共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。模输入电压幅值大。共基形式频带宽。共集共集-共基形式共基形式Q点的稳定：点的稳定：T（）IC1 IC2 IC8 IC9与与IC8为镜像关系为镜像关系IC9，因，因IC10不变不变 IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2 T1和和T2从基极输入、射极输出从基极输入、射极输出T3和和T4从射极输入、集电极输出从射极输入、集电极输出输入级的
38、分析T7的作用：的作用：抑制共模信号抑制共模信号 T5、T6分别是分别是T3、T4的有源负载，而的有源负载，而T4又又是是T6的有源负载，增大电压放大倍数。的有源负载，增大电压放大倍数。作用？作用？+_放大差模信号放大差模信号+_特点：特点：输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电平转换（即数小、输入端耐压高，并完成电平转换（即对对“地地”输出）。输出）。中间级的分析 中间级是主放大器，它所采取中间级是主放大器，它所采取的一切措施都是为了增大放大倍的一切措施都是为了增大放大倍数。数。 F007的中间级是以复合管为放的中间级是以复合
39、管为放大管、采用有源负载的共射放大大管、采用有源负载的共射放大电路。由于等效的集电极电阻趋电路。由于等效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全部于无穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。流入输出级。中间级中间级输出级输出级输出级的分析 D1和和D2起过流保护作用，未过流时，两起过流保护作用，未过流时，两只二极管均截止。只二极管均截止。79O14BE1DRURiUU iO增大到一定程度，增大到一定程度，D1导通，为导通，为T14基极分流，从而保护基极分流，从而保护了了T14。准互补输出级，准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。倍增电路消除交越失真。中间级中间级输出级输出级电流采样电阻电流采样
40、电阻特点：特点：输出电阻小输出电阻小最大不失真输出电压高最大不失真输出电压高判断同相输入端和反相输入端判断同相输入端和反相输入端 输入电阻大、差模增益大、输出电阻小、共模抑制能力强、允许的共输入电阻大、差模增益大、输出电阻小、共模抑制能力强、允许的共模输入电压高、输入端耐压高等。模输入电压高、输入端耐压高等。三、集成运放的主要性能指标 开环差模增益开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻差模输入电阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB 输入失调电压输入失调电压 UIO 1mV 0 UIO的温漂的温漂d UIO/dT() 几几V/ 0 输入失调电流输入失调电流 IIO
41、( IB1- IB2 ) 20nA 0 UIO的温漂的温漂d UIO/dT() 几几nA/ 0 最大共模输入电压最大共模输入电压 UIcmax 13V 最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdmax 30V -3dB带宽带宽 fH 10Hz 转换速率转换速率 SR(=duO/dtmax) 0.5V/S 20lgAod使使uO为为0在输入端所加的补偿电压在输入端所加的补偿电压超过此值不能正常放大差模信超过此值不能正常放大差模信号号超过此值输入级放大管击穿超过此值输入级放大管击穿四、集成运放的低频等效模型四、集成运放的低频等效模型上图中：IIO为失调电流， IIB为偏置电流，UIO为失调电压，ri
42、d为差模输入电阻。实际应用近似时常可简化如侧理想情况：,0,idoodrrA 清华大学 华成英 讨论1. 输入级采用什么措施增大放大倍数？输入级采用什么措施增大放大倍数？有源负载有源负载有源负载有源负载复合管共射放大电路复合管共射放大电路增大输入级的负载电阻增大输入级的负载电阻_+_+反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端积累电流放大积累电流放大系数系数超超管管2. 中间级采用什么措施增大电压放大倍数？中间级采用什么措施增大电压放大倍数？3. 如何消除交越失真？如何消除交越失真？4. uI1、 uI3哪个是同相输入端？哪个是反相输入端？哪个是同相输入端？哪个是反相输入端？课堂练习本章作业：4.2 4.4 4.8 4.14
