电子技术基础——电路与模拟电子(第8章)

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➢级间采用直接耦合方式
➢采用复合管
8.0 零点漂移
多级放大电路
输出 输入
第一级 放大电路
第二级
……
放大电路
功放级
第n级 放大电路
第 n-1 级 放大电路
耦合:即信号的传送。
耦合方式:阻容耦合;直接耦合;变压器耦合;光电耦合。
集成运算放大器主要采用直接耦合
多级放大电路对耦合电路要求:
1). 静态:保证各级Q点设置 2). 动态: 传送信号。
第一级反相比例
vO1
Rf 1 R1
vS1
第二级反相加法
vO
Rf 2 R2
vS2
Rf 2 R2
vO1

vO
Rf 2 R2
Rf 1 R1
vS1
Rf 2 R2
vS2
当 Rf 1 R1 ,Rf 2 R2 时
得 vO vS1 vS2
(减法运算)
4. 单运放的加减运算电路
R1
R5
ui1
ui2
R2
R3 ui3
重点难点
重点:集成运算放大器电路分析方法; 难点:理解差模信号和共模信号;
差放电路抑制共模信号的原理; 差放电路的分析;
集成电路的特点
➢电路结构与元件参数对称性好
➢电路中使用的二极管,多用作温度补偿元 件或电位集移成动电电路路:,将大二都极采管用、B三JT极的发射结 构成。 管、电阻等器件及导线共同 ➢(不Rb能)制代制 成作替作 特大,在定电大一的阻电块功。阻半能电恒导的阻流体电用源基子B代J片电T替的上路;体完。电阻 ➢不能制作大电容。电容用BJT结电容代替, 大电容只能外接;
通用型集成电路运算放大器F007
8.2.1 理想集成运放的电路模型
1.开环差模电压放大倍数Aod=∞
2.差模输入电阻Rid= ∞
u-
3.共模抑制比CMRR = ∞
u+
4.输出电阻Ro=0
5.输入偏置电流、输入失调电路、u-
失调电流及温漂均为零
u+ u-反信相号输与入输端入信信号号反从相反,相又输表入示,为则输VN出 u+ 同相输入端信号从同相输入,则输
ui1
1 2 ui
ud
ui 2
1 2
ui
ud
RE 对差模信号作用
ui1
ib1 , ic1
ui2
ib2 , ic2
ic1 = - ic2 iRE = ie1+ ie2 = 0 uRE = 0 RE对差模信号不起作用
+UCC
RC RB
ic1 uoic2
RC RB
R ib1
T1
T2
ib2
ui R
iRE RE –UCC
103
输入端漂移电 压为 0.002 mV
vi
A1
105
vi
A2
输出漂移电压 均为 200 mV vo
vo
两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号?
答: A1不可以, A2可以
end
8.1.2 差动放大电路的4种接法
差动放大电路有两个输入端和两个
输出端,所以信号的输入、输出方式有4
种情况。现分别叙述如下:
UC1= UC2= UCC-IC×RC
UCE1= UCE2 = UC1-UE1
RC
IC1uIoC2 RC
T1
T2
2IE
–UEE
RE
+UCC
RB
IB
ui2
U E (U BE IB RB )
UCE UCC U BE I C RC IB RB UCC ICQ RC U BEQ
3.共模输入信号
IE1=IC1=0.5IC3=1.01mA IB1=IC1/β=0.02mA VE1=VE2=0- IB1Rb1- VBE1 =0-0.02×1-0.7 =-0.72V
静态时输入信 号Vi对地短路
解: (2)
Avd
vo vi
Rc RB rbe
100
(3) Rid=2(RB+rbe) =5kΩ
作用:将若干个输入信号之和或之差按比 例放大。
类型:同相求和与反相求和。
方法:引入深度电压并联负反馈或电压串联 负反馈。这样输出电压与运放的开环 放大倍数无关,与输入电压和反馈系 数有关。
1. 反相加法电路
R2
Rf
vS2
根 据 虚 短 、 虚 断 和 N 点 vS1
的KCL得:
R1
iI
– N
vO
+
Ra
Rb
Rc
U
U R(
i1
Ra
Ui2 Rb
Ui3 ) Rc
R Ra // Rb // Rc
Uo
(1
Rf
)
U R(
i1
R1
Ra
Ui2 Ra
Ui3 ) Ra
(8―40)
R Ra // Rb // Rc R R1 // R f
Uo
R R
R
f
U (
i1
Ra
Ui2 Ra
Ui3 ) Ra
例1: 已知下图 所示差分放大电路的 UCC = UEE = 12 V ,RC = 3 kΩ,RE = 3 kΩ,硅晶体管的β = 100 ,求:(1)静态工作 点;(2)Ui = 10 mV,输出端不接负载时的UO ; (3) Ui = 10 mV ,输出端接 RL= 3 kΩ 负载时的 UO 。
Rod=2Rc=10kΩ
8.2 理想集成运算放大器
1. 集成运放内部组成框图
集成运放电路四个组成部分的作用
偏置电路:为各 级放大电路设置 合适的静态工作 点。采用电流源 电路。
输入级:前置级,多采用差分放大电路,抑郁温漂。要 求Ri大,Avd大, Avc小,输入端耐压高。 中间级:主放大级,多采用共射放大电路。要求有足够 的放大能力。 输出级:功率级,多采用准互补输出级。要求Ro小,最 大不失真输出电压尽可能大。
AVD AVC
共模抑制比
1、电路组成
RC RB
uo
RC
T1
T2
ui1 RE
–UEE
为了使左右平衡,可 设置调零电位器:
+UCC RB
ui2
2. 静态分析 直流通路 RB
UEE IBRb UBE 2IE Re
IB
忽略IBRb
ICQ
IE
U EE U BE 2RE
IC1= IC2= IC= IBQ
出信号与输入信号同相,又表示为 VP
- +A


uo
国内符号


uo
国际符号
8.2.2 理想运放的特性
电压传输特性
_ A0
ud
+
+
u0 f (ud )
uo
+UOM
uo -UOM
饱和区
ud
线性区
1、线性区: u0 A0 (u u ) A0ud
2、饱和区:u0 UOM
因此,引入深度负反馈是集成运放实 现线性应用的必要条件。
+UCC
RC ic2uocic1 RC
RB
uoc1 uoc2 RB
T1
T2
uC
uRE
iRE
RE –UCC
零点漂 移是共 模信号
uC
ic1 、 ic2
iRE 、 uRE
RE对共模信号起作用,并且iRE=2ie1。
4. 差模输入
均压器 ui
RC RB
T1 R
R
+UCC
uo
RC RB
T2
RE –UCC
1.双端输入、双端输出
2.双端输入、单端输出
3.单端输入、双端输出
4.单端输入、单端输出
图8.12 差动放大电路的4种接法
8.1.3 恒流源差动放大电路
长尾差动电路的Re 提高了共模抑制能 力,且Re越大效果 越好。但Re增大, 其上的直流电压增 大,为保证管子正, 常工作,必须提高 UEE,不合算。希望 有一种器件交流电 阻大而直流电阻小。 恒流源有此特性。
v v+ 0
P
vS1-v vS2 -v v -vO
R1
R2
Rf
- vO
Rf R1
vS1
Rf R2
vS2
若 R1 R2 Rf 则有 - vO vS1 vS2
(加法运算)
输出再接一级反相电路 可得 vO vS1 vS2
R2
Rf
vS2
iI
R
vS1 R1
– N
vO1

vO
+ P
R
+
例:用集成运放实现如下函数
方向相反
uid =ui1 ui2
差模信号
Vi1与vi2大小相等, 方向相同
uic
=
1 2
(ui1
u差i2模) 信共号模输信出号
AVD
=
uo uid
差共模模电信压号增输益出
AVC
=
uo" uic
总输出电压
共模电压增益
uo
=u
' o
uo"KCMRAV2D0uloidg
AVD dB
AVCAVCuic
K CMR =
u0有有u::iud 0ur有rid0:RuLR0Luuoc
“虚短路” “虚断路”
uoc
8.3 运算电路
Rf
1. 比例运算电路
(1)反相比例运算电路
vI
R1
v-
v+
A +
vO
由第7章可知,电路为负
反馈电路。由 于 运 放 的 增 益 一
R2 电压并联负反馈
般有 A 105 ,所以 1 A F 1 。 即电路处于深度负反馈条件下,虚短和虚断成立。 R2=R1//Rf
kΩ 1.594

AdO
RC rbe
100 3 1.594
188
当Ui = 10 mV 时,
UO AdO Ui 188 10 103 V 1.88 V
(3)接负载时的差模放大倍数
RL RC / / RL (3 / /3) kΩ 1.5 kΩ
电增压加增了益Re
输入端漂移电 压为 0.2 mV
vO
电压串联负反馈
0 v v vO
R1
Rf
v-
vO
(1
Rf R1
)vI
输出与输入同相 V+
vI
A
+
vO
输出与输入反相
运算放大器输入端共模信号较大
vO vI
运算电路输入电阻很大
电压跟随器
ri=∞
(3)差动比例电路
从结构上看,它是反相输 入和同相输入相结合的放大 电路。
根据虚短、ห้องสมุดไป่ตู้断和KCL得:
要求:波形不 失真,减少压 降损失。
8.1 差动放大电路
差动放大电路的引入
抑制零点漂移
R1 RB
RC T1
uo
RC
T2
R1 RB
ui1
ui2
当 ui1 = ui2 =0 时: uo= uC1 - uC2 = 0
当温度变化时:
uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0
差分式放大电路中的V一i1与般vi2概大小念相等,
_
uo
+
+
ui4
R4
R6 R1 // R2 // R5 R3 // R4 // R6
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数, 以适应不同的需要。
R
f
U (
i1
Ra
Ui2 Ra
Ui3 ) Ra
(8―41)
该式必须在R′=R″的前提下才成立。当改变某一路的 电阻时,必须改变其它路电阻,以满足R′=R″关系,所 以调节远不如反相求和电路方便。同时,同相求和电路
的共模输入信号大,故同相求和电路远不如反相求和电
路用得广泛。
3. 减法电路
(1)利用反相信号求和以实现减法运算
v v+
vi1 v v vO
R1
Rf
vi2 v+ v+ 0
R2
R3
vO
( R1 Rf R1
)(
R2
R3
R3
)vi2
Rf R1
vi1
当 Rf1 Rf2 , R1 R2

vO
Rf1 R1
(vi2
vi1)
若继续有 Rf1 R1, 则 vO vi2 vi1
8.3.2 加减运算电路
Uo (2Ui1 Ui2 5Ui3 )
如Rf=100kΩ,电路如下图,只要选取
Rf 2 R1
R1 50k
Rf 1 R2
R2 100k
Rf 5 R3
R3 20k
ri=50kΩ∥100kΩ∥20kΩ≈12.5kΩ
2. 同相求和电路
Uo
(1
Rf R1
)U
而U+通过下式求出:
Ui1 U Ui2 U Ui3 U 0
IE
UEE UBE 2RE
12 0.7 23
mA
1.88 mA
IB
IE
1
18.65 A
UCE UCC UEE RC IC 2RE IE
12 12 3 1.865 2 3 1.88 V
7.12 V
rbe
200
26 IC
(200 100 26 ) 1.865
差动放大倍数
uo=uc1-uc2 =-uc1-uc2 =-2uc1
Avd
uo ui
2uc1 2ui1
Avd1
Rc // RL RB rbe
RB用于提高Ri
2、输入电阻 不考虑RW时:Rid=2(RB+rbe)
3、输出电阻
Rod=2Rc 4、共模放大倍数
Avc
Uoc U ic
0
5、共模抑制比 KCMR=∞
利用虚短和虚断得
v v+ 0
虚地
vI v v vO
R1
Rf
vO
Rf R1
vI
为提高精度,运一算般放取大R器2 输 R入1 /端/ R共f 模信号很小
运算电路输入电阻较小
ri=R1 Ro=0
1. 比例运算电路 Rf
(2)同相比例运算电路
R1
V。
利用虚短和虚断得
v v+ vI
-
vI
V+
A +
例:如左图电路。
已知差动放大电路中, β1=β2=50, rbe1=rbe2=1.5kΩ, vBE1=vBE2=0.7V,Rw忽略。
Rw的滑动头位于中点,试估算: 1. 静态工作点Ic1、 Ic2、 ve1、 ve2 2. 差模电压增益Avd 3. 差模输入电阻Rid、输出电阻Rod
解:
(1) VDZ=VBE3+IC3Re3 IC3=IE3=2.03mA
Ao越大,线性范围 越小,必须加负反
馈才能使其工作于
线性区。
1、理想运放工作在非线性区
uo
A0
当:u
即:A0
u0 u u
u
输出进入正饱 和,uo=+Uom
+UOM
ud
当:u u 输出进入负饱和,uo=-Uom
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