1、第第3 3章章 教学基本要求教学基本要求要知道要知道1.基本差分电路结构及性能特点、差模信号和共模信号基本差分电路结构及性能特点、差模信号和共模信号含义及其分解方法、共模抑制比含义及其分解方法；含义及其分解方法、共模抑制比含义及其分解方法；2.理想运放条件及其理想运放条件及其“虚短虚短”、“虚断虚断”、“虚地虚地”概概念；念；3.线性和非线性工作特点、运放电路直流平衡电阻配置；线性和非线性工作特点、运放电路直流平衡电阻配置；4.集成运放中恒流源的作用。集成运放中恒流源的作用。会画出集成运放反相、同相比例、加法及减法、微集成运放反相、同相比例、加法及减法、微分和积分等运算电路结构形式。分和积分等
2、运算电路结构形式。会计算基本差分电路的差模电压放大倍数、基本差分电路的差模电压放大倍数、各种运放运算电路的输出电压。各种运放运算电路的输出电压。集成运算放大器电路基础3.1.1双端输入的基本差分放大电路3.1.2单端输入的差分放大电路3.1差分放大电路(Differential Amplifier)3.1.1 双端输入的基本差分放大电路T1+VCCT2 VEERc1Rc2Reui1ui2uouidRL特点：a.两个输入端，两个输出端；b.元件参数对称；c.双电源供电；d.ui1=ui2 时，uo=0一、静态分析及抑制零点漂移原理1.静态分析VEE=UBEQ+IEReIE=(VEE UBE)/R
3、EEIC1=IC2 (VEE UBE)/2ReUC1=UC2=VCC IC1Rcuo=UC1 UC2=02.抑制零点漂移的的原理零点漂移 当放大电路输入端短路时，输出端仍有缓慢变化电压产生的现象。零漂的主要原因：温度变化引起三极管参数变化。零漂的严重性：淹没信号。A1=20A2=20A3=20U=0.02 VU=0.42 VU=8.42 V零漂的衡量：将输出的漂移折合到输入端。如：UO1=1 V，U02=2 V，A1=103，A2=104 AUUOI 则：UI1=1 mV,UI2=0.2 mVA1 零漂严重差分电路抑制零漂的的原理：IC1=IC2，UC1=UC2，UO=UC1 UC2=0。二、
4、双端输入时动态分析T1+VCCT2 VEERc1Rc2Reui1ui2uouidRL1.差模信号和共模信号差模信号ui1=ui2大小相同，极性相反共模信号ui1=ui2大小相同，极性相同差模输入信号 uid=ui1 ui2=2ui1 共模输入信号 uic=ui1=ui22.差模输入（1）双端输出时差模交流通路T1T2Rc1Rc2ui1ui2uouidRLui1=ui2iC1=iC2iE1=iE2故Re上不存在差模信号（2）双端输出时差模电压放大倍数T1T2Rc1Rc2ui1ui2uouidRLidoduuAu i1o122uu becd1rRAu 带 RL：beLdrRAu LcL21/RRR
5、 （3）双端输出时输入、输出电阻差模输入电阻Rid=2rbe差模输出电阻Ro=2Rc（4）单端输出时差模电压放大倍数T1+VCCT2 VEERc1Rc2Reui1ui2uouidRLidod1uuAu i1o12uu becd12 21rRAu 带 RL：beLd12 rRAu LcL/RRR 3.共模抑制比（1）双端输出时共模电压放大倍数T1T2Rc1Rc22Reuocuic2Re双端输出共模交流通路uic=ui1=ui2iC1=iC2iE1=iE2iE=2 iE1uRe=2 iERe0icoc2oc1icocc uuuuuAu（2）双端输出时共模抑制比cdCMRuuAAK cdCMRlg2
6、0)dB(uuAAK 在理想情况下，KCMR=，集成电路一般为 120 140 dB。（3）单端输出时共模电压放大倍数和共模抑制比单端输出共模交流通路T1T2Rc1Rc22Reuocuic2ReRLicocc1uuAu eL)1(2 RR LcL/RRR eL 2RR c1d1CMRuuAAK beLd12 rRAu bee rR （4）共模输入电阻2)1(212ebebicicRriuR 3.1.2 单端输入的差分放大电路T1+VCCT2 VEERc1Rc2Reui=ui1ui2=0uoRL一、任意输入信号的分解 当 ui ui1，可分解任意输入信号为共模信号和差模信号之和：uid=ui1
7、ui2两输入端差模信号各为：id211iduu id21id2uu 两端共模信号同为：uic=(ui1+ui2)/2id21ic1iuuu id21ici2uuu T1+VCCT2 VEERc1Rc2ReuoRLuicuicuid1uid2当 ui=ui1 ui2=0i21i21i1uuu i21i21i2uuu i21ui21ui21ui21u T1+VCCT2 VEERc1Rc2Reui=ui1ui2=0uoRL例 3.1.1 已知单端输入差分电路，ui1=32 mV，ui2=0V，试分解差模信号和共模信号。解：uid=ui1 ui2=32 mVuic=(ui1+ui2)/2=16 mVi
8、21i21i1uuu i21i21i2uuu =16 mV+16 mV=16 mV-16 mV二、单端输入时动态分析 由于任意信号都可以分解为共模信号和差模信号的和差形式，单端输入不过是有一个输入端为0的特例，与双端输入分析方法相同。例 3.1.2 能调零的差分电路，=50，UBE1=UBE2=0.7V，求“Q”，Aud、Ri、Ro，T1单端输出时求Aud、KCMR、Ro。解：T1+VCCT2 VEE(6V)RcRcReui1ui2RL3 kW3 kW6 kW1 kW1 kW3 kW(+6V)RbRb100 WRp1.求“Q”直流通路IB1+VCC VEE(6V)RcRcReRL3 kW3 k
9、W6 kW1 kW1 kW3 kW(+6V)RbRb50 W50 WIE1IC1)25.0)(1(ePbBE1CCB2B1RRRUVII mA)(017.0)1205.0)(501(17.06 mA)(85.050017.0C2C1 IIV)(45.3385.06cCCCC2C1 RIVUUrbe=300 W+26 mV/IB2.求Aud、Ri、Ro=300 W+26 mV/0.017mA=1.86 k W05.05186.113/350 5.0)1(/0.5 PbebLcd RrRRRAu 4.1 W W k(82.105.0)1(2PbebidRrRR W W k(62coRR+VCC V
10、EERcRcReui1ui2RL3 kW3 kW6 kW1 kW1 kW3 kWRbRb50 W50 W0.5RP0.5RP3.单端输出 Aud、KCMR、Ro+VCC VEERcRc0.5RPui1ui2RL3 kW3 kW6 kW1 kW1 kW3 kWRbRb50 W0.5RP05.05186.116/35021 5.0)1(/21PbebLcd RrRRRAu 3.9 )605.0(5186.116/350 )25.0)(1(/ePbebLcc RRrRRRAu 32.0 cdCMRuuAAK 2932.03.9 3.2.1 差分放大电路中恒流源的作用3.2.2集成运放中的恒流源3.2
11、 恒 流 源 3.2.1 差分放大电路中恒流源的作用减少共模放大倍数的思路：增大 Re用恒流源代替 Re1.三极管恒流源+VCCRLReRb1Rb2IC特点：直流电阻为有限值动态电阻很大I0恒流源代替差分电路中的 Reui1T1+VCCT2RcRb31ui2RcVEERb32Re3IC3T3RLD简化画法ui1T1+VCCT2Reui2ReVEEIC3RL2.恒流源的计算ui1T1+VCCT2RcRb31ui2RcVEERb32Re3IC3T3RLD设UBE3=UD)()(b32b31e3DEEb323eRC33eRRRUVRRUI C3C2C121III 3.2.2 集成运放中的恒流源一、镜
12、像电流源IC2T1RT2IRIC1+VCC2IBRUBE1=UBE2=UBE21=2=IB1=IB2=IBIC1=IC2=IR 2IB C2R2II /21RC2 IIRUVIBECCR RVCC 二、微电流源IC2T1RT2IRIC1+VCC2IBReUBE1UBE2+UBE2 10 V/s3.4.1 理想集成运及其传输特性理想集成运及其传输特性3.4.2 基本运算电路基本运算电路3.4 集成运算放大器的集成运算放大器的分析方法及其基本运算电路分析方法及其基本运算电路 3.4.1 理想集成运放及其传输特性理想集成运放及其传输特性1.Aud 一、理想运放一、理想运放2.Rid 3.Ro 04.
13、KCMR 5.BW 6.UIO 0，IIO 0二、集成运放的传输特性二、集成运放的传输特性1.传输特性传输特性OuiduoUOMUOM理想理想线线性性区区实际实际2.工作在线性区的集成运放工作在线性区的集成运放闭闭 环环有负反馈有负反馈(1)u+u(虚短虚短)(2)i+i 0(虚断虚断)证：证：uo=Aud(u+u)=Aud uidu+u=uo/Aud 0证：证：i+=uid/Rid 0同理同理 i 0虚短和虚断虚短和虚断3.工作在非线性区的集成运放工作在非线性区的集成运放开开 环环有正有正反馈反馈(1)u+u时，时，uo=UOM，u+R1CR2的负反馈作用可有效的负反馈作用可有效抑制积分漂移
14、。抑制积分漂移。(3)积分电路的应用积分电路的应用应用：应用：积分、波形变换、示波器显示和扫描电路、模积分、波形变换、示波器显示和扫描电路、模/数转换数转换 和波形发生器等。和波形发生器等。方波方波 三角波三角波10 kW W10 nF 时间常数时间常数 =RC =0.1 ms)(d1o0I10tutuRCuCtt uI/Vt/ms0.10.30.55 5tutd 51.01o1.00ms1.0 =5 V5d)5(1.01o3.01.0ms3.0 tut=5 VuO/Vt/ms5 5 开关延迟电路开关延迟电路电子开关电子开关当当 uO 6 V 时时 S 闭合，闭合，V6f1IOtCRUu610
15、510384 tms 1ttuOO6 V1 msuItO 3 VtusO 3 V2.微分电路微分电路(1)基本微分电路基本微分电路tuCiddIC 0 u虚地虚地RuiOR R C ii 虚断虚断tuRCRiuddICO RC=时间常数时间常数微分电路输出电压：微分电路输出电压：uItOuOtO(2)实用微分电路实用微分电路微分电路的问题：微分电路的问题：输出电压对输入电压的变化（尤其对输出电压对输入电压的变化（尤其对高频干扰和噪声）十分敏感，电路抗干扰能力较差。高频干扰和噪声）十分敏感，电路抗干扰能力较差。实用微分电路实用微分电路在正常工作频率范围，使：在正常工作频率范围，使：121CR R
16、2 起限制输起限制输入电流作用。入电流作用。121RC C2 起相位补偿起相位补偿作用，提高电作用，提高电路稳定性。路稳定性。例例3.4.2(1)写出输入与输出的关系；写出输入与输出的关系；(2)若若uI=1 V，uC(0)=0，求输出求输出 uO 变为变为 0 V所需的时间。所需的时间。解解(1)(d10I1O10tutuRCuCtt IO1Ouuu (2)0I1IO utRCuu10sF1010101661 W W RCtV1O1 UV320302O2 UV2.1)20/30301(30/203030/201.2O3 UV25.5)20/30301(30/302030/305.3O4 UV35.35.252.131O U课堂练习课堂练习
