模拟电子技术基础 第三章
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优点： ①Q点相互独立 ②实现阻抗匹配
RL’ 可提高|Au|
4. 光电耦合(photoelectrically coupled)
以光信号为媒介实现电信号的耦合和传递
（1）光电耦合器及其传输特性
发光二极管
光电三极管
传输比：0.1~1.5
（2）光电耦合放大电路
作用： 实现电气隔离， 抗干扰能力强
二、多级放大电路的动态分析
1. 直接耦合(Direct Coupled) 前一级的输出端与后一级的输
入端直接连接
优点：
T1临 界饱和
• 低频特性好 • 便于集成
CE-CE
缺点： • Q点互相影响，不便于设计 和调试 • 前级Q点变化会被后级放大
采取的措施：
• 采用EDA仿真软件设计电路，简化设计过程； • 采用差分放大电路来消除零点漂移。
1. 零点漂移 现象：uI=0，而uO≠0且缓慢变化
产生的原因： 电源电压波动、元器件老化、半导体器件参数随温度变化 其中温度影响最主要，因此又称为温度漂移，简称温漂。 抑制方法：采用差分放大电路作为第一级，有效抑制温漂 2. 负载静态功耗为零且Uom尽可能大：采用互补输出级电路
一、差分放大电路 二、直接耦合互补输出级电路 三、电流源电路
一、差分放大电路(Differential Amplifier)
1. 基本电路（长尾式差分放大电路）
（1）电路组成
零点 漂移
•有差调节 •|Au|减小
若V与UC的 变化一样，
+
-
则输出电压
没有漂移
1. 基本电路（长尾式差分放大电路）
差分放大电路：作为直接耦合放大电路的第一级，利用参 数相同的一对晶体管来进行补偿，从而有效地抑制温漂。
戴维南 等效
（2）电路特点 对称性
集成电路 容易做到
电路结构对称
电路参数对称：
T1和T2特性完全相同 Rb1=Rb2=Rb Rc1=Rc2=Rc 两个输入端、两个输出端
双电源
（3）抑制温漂原理 静态UC1=UC2，UO=0 从而抑制了温漂
（4）静态工作点的估算
UBEQ1=UBEQ2=UBEQ IB1=IB2=IBQ IC1=IC2=ICQ IE1=IE2=IEQ
输入回路:
输出回路:
（5）交流性能分析
a) 差模信号与共模信号 差模信号: 两个输入信号之差，用uId表示。可分解为一对大 小相等，极性相反的输入信号，用± uId/2表示； 共模信号: 一对大小相等，极性相同的输入信号，用uIc表示。
差模信号： 需要被放大的有用信号
共模信号：需要被抑制的信号 环境温度变化引起的iB变化 干扰信号引起的iB变化 其它信号
电压放大倍数=各级电压放大倍数的乘积 将后一级电路看 作前一级的负载
Ri=Ri1
输入电阻=第一级Ri
可能与后一级电 路及负载有关
Ro=Ron
Hale Waihona Puke Baidu
可能与前一级 输出电阻=最后一级的Ro 电路及信号源
内阻有关
当采用CC电路作为第一级时，Ri与第二级的输入电阻有关； 当采用CC作为最后一级时， Ro与倒数第二级的输出电阻有关。
2. 差分放大电路的四种接法
双端输入通常 指差分输入
根据输入端与输出端接“地”情况的不同，分为：
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
（1）双端输入单端输出
静态
输入回路对称、 输出回路不对称
IBQ1=IBQ2 ICQ1=ICQ2 IEQ1=IEQ2
UCQ1≠UCQ2 UCQ2=VCC-ICQRC
3.1 多级放大电路 3.2 集成运放概述 3.3 集成运放中的单元电路 3.4 集成运放电路简介 3.5 集成运放的性能指标及低频等效电路 3.6 集成运放的种类及选用
一、多级放大电路的耦合方式 二、多级放大电路的动态分析
一、多级放大电路的耦合方式
级间耦合方式：多级放大电路级与级之间的连接方式 直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合
依靠电路对称性和Re的 负反馈作用抑制温漂
uIc iB1 (iB2) iE1 (iE2)
• Re 的共模负反馈作用 抑制uC、iC变化
iC1 (iC2)
uC1 (uC2)
uE uBE1 (uBE2) iC1 (iC2) uC1 (uC2)
• 共模抑制比KCMR (Common Mode Rejection Ration) KCMR：衡量放大电路放大差模信号、 抑制共模信号（抑制温漂）的能力。
b) 输入信号的分解：分解为一对差模信号和一对共模信号
uID=输入信号之差 uIC=输入信号平均值
c) 差模电压放大倍数：输入差模信号时的电压放大倍数
+
ΔiB1
-
ΔiB2
• E点的交流电位 ΔiB1=-ΔiB2 ΔiE1=-ΔiE2 ΔiE= ΔiE1+ΔiE2=0 ΔuRe= Re*ΔiE=0
QFN BGA
二、集成运放组成
集成运算放大电路简称为集成运放，是一种高放大倍数、高输入 电阻、低输出电阻的直接耦合多级放大电路。通常由输入级、中 间级、输出级等电路组成。
一般采用差 分放大电路
一般采用共射或 共源放大电路
一般采用互补 输出级电路
给各级电路提供合 适的静态电流，一 般采用电流源电路
三、集成运放要解决的问题
输入为差模信号时称为差分输入
ΔuRe=0，加入差模信号 时E点相当于交流接地
• Ad
与单管CE放大
电路Au相当
Ri =2(Rb+rbe)
Ro=2Rc
问题：为何用两个管子实现单管的放大倍数？ Re不影响Ad，是否可以去掉？
d) 共模电压放大倍数Ac：输入共模信号时的电压放大倍数 ΔuC1=ΔuC2 ΔuOc=0 Ac=0 抑制uO变化
2.阻容耦合(Capacitively Coupled) 前一级的输出端与后一级的输入端通过电阻电容连接 优点：各级Q点相互独立 缺点：①低频特性较差 ②不便于集成
CE-CC
3. 变压器耦合(Transformer Coupled) 放大电路通过变压器互相连接或者连接信号源以及负载
缺点： ①不适合集成 ②低频特性差
一、集成电路特点 二、集成运放组成 三、集成运放要解决的问题
一、集成电路特点
Wafer
IC Chip Packaging
DIP
45nm 300mm
1) 相邻元件对称性和一致性好， 便于制作特性相同的元件 2) 制作管子占用面积小 3) 不制作大电容：采用直接耦合 4) 不制作大电阻：用电流源代替
RL’ 可提高|Au|
4. 光电耦合(photoelectrically coupled)
以光信号为媒介实现电信号的耦合和传递
（1）光电耦合器及其传输特性
发光二极管
光电三极管
传输比：0.1~1.5
（2）光电耦合放大电路
作用： 实现电气隔离， 抗干扰能力强
二、多级放大电路的动态分析
1. 直接耦合(Direct Coupled) 前一级的输出端与后一级的输
入端直接连接
优点：
T1临 界饱和
• 低频特性好 • 便于集成
CE-CE
缺点： • Q点互相影响，不便于设计 和调试 • 前级Q点变化会被后级放大
采取的措施：
• 采用EDA仿真软件设计电路，简化设计过程； • 采用差分放大电路来消除零点漂移。
1. 零点漂移 现象：uI=0，而uO≠0且缓慢变化
产生的原因： 电源电压波动、元器件老化、半导体器件参数随温度变化 其中温度影响最主要，因此又称为温度漂移，简称温漂。 抑制方法：采用差分放大电路作为第一级，有效抑制温漂 2. 负载静态功耗为零且Uom尽可能大：采用互补输出级电路
一、差分放大电路 二、直接耦合互补输出级电路 三、电流源电路
一、差分放大电路(Differential Amplifier)
1. 基本电路（长尾式差分放大电路）
（1）电路组成
零点 漂移
•有差调节 •|Au|减小
若V与UC的 变化一样，
+
-
则输出电压
没有漂移
1. 基本电路（长尾式差分放大电路）
差分放大电路：作为直接耦合放大电路的第一级，利用参 数相同的一对晶体管来进行补偿，从而有效地抑制温漂。
戴维南 等效
（2）电路特点 对称性
集成电路 容易做到
电路结构对称
电路参数对称：
T1和T2特性完全相同 Rb1=Rb2=Rb Rc1=Rc2=Rc 两个输入端、两个输出端
双电源
（3）抑制温漂原理 静态UC1=UC2，UO=0 从而抑制了温漂
（4）静态工作点的估算
UBEQ1=UBEQ2=UBEQ IB1=IB2=IBQ IC1=IC2=ICQ IE1=IE2=IEQ
输入回路:
输出回路:
（5）交流性能分析
a) 差模信号与共模信号 差模信号: 两个输入信号之差，用uId表示。可分解为一对大 小相等，极性相反的输入信号，用± uId/2表示； 共模信号: 一对大小相等，极性相同的输入信号，用uIc表示。
差模信号： 需要被放大的有用信号
共模信号：需要被抑制的信号 环境温度变化引起的iB变化 干扰信号引起的iB变化 其它信号
电压放大倍数=各级电压放大倍数的乘积 将后一级电路看 作前一级的负载
Ri=Ri1
输入电阻=第一级Ri
可能与后一级电 路及负载有关
Ro=Ron
Hale Waihona Puke Baidu
可能与前一级 输出电阻=最后一级的Ro 电路及信号源
内阻有关
当采用CC电路作为第一级时，Ri与第二级的输入电阻有关； 当采用CC作为最后一级时， Ro与倒数第二级的输出电阻有关。
2. 差分放大电路的四种接法
双端输入通常 指差分输入
根据输入端与输出端接“地”情况的不同，分为：
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
（1）双端输入单端输出
静态
输入回路对称、 输出回路不对称
IBQ1=IBQ2 ICQ1=ICQ2 IEQ1=IEQ2
UCQ1≠UCQ2 UCQ2=VCC-ICQRC
3.1 多级放大电路 3.2 集成运放概述 3.3 集成运放中的单元电路 3.4 集成运放电路简介 3.5 集成运放的性能指标及低频等效电路 3.6 集成运放的种类及选用
一、多级放大电路的耦合方式 二、多级放大电路的动态分析
一、多级放大电路的耦合方式
级间耦合方式：多级放大电路级与级之间的连接方式 直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合
依靠电路对称性和Re的 负反馈作用抑制温漂
uIc iB1 (iB2) iE1 (iE2)
• Re 的共模负反馈作用 抑制uC、iC变化
iC1 (iC2)
uC1 (uC2)
uE uBE1 (uBE2) iC1 (iC2) uC1 (uC2)
• 共模抑制比KCMR (Common Mode Rejection Ration) KCMR：衡量放大电路放大差模信号、 抑制共模信号（抑制温漂）的能力。
b) 输入信号的分解：分解为一对差模信号和一对共模信号
uID=输入信号之差 uIC=输入信号平均值
c) 差模电压放大倍数：输入差模信号时的电压放大倍数
+
ΔiB1
-
ΔiB2
• E点的交流电位 ΔiB1=-ΔiB2 ΔiE1=-ΔiE2 ΔiE= ΔiE1+ΔiE2=0 ΔuRe= Re*ΔiE=0
QFN BGA
二、集成运放组成
集成运算放大电路简称为集成运放，是一种高放大倍数、高输入 电阻、低输出电阻的直接耦合多级放大电路。通常由输入级、中 间级、输出级等电路组成。
一般采用差 分放大电路
一般采用共射或 共源放大电路
一般采用互补 输出级电路
给各级电路提供合 适的静态电流，一 般采用电流源电路
三、集成运放要解决的问题
输入为差模信号时称为差分输入
ΔuRe=0，加入差模信号 时E点相当于交流接地
• Ad
与单管CE放大
电路Au相当
Ri =2(Rb+rbe)
Ro=2Rc
问题：为何用两个管子实现单管的放大倍数？ Re不影响Ad，是否可以去掉？
d) 共模电压放大倍数Ac：输入共模信号时的电压放大倍数 ΔuC1=ΔuC2 ΔuOc=0 Ac=0 抑制uO变化
2.阻容耦合(Capacitively Coupled) 前一级的输出端与后一级的输入端通过电阻电容连接 优点：各级Q点相互独立 缺点：①低频特性较差 ②不便于集成
CE-CC
3. 变压器耦合(Transformer Coupled) 放大电路通过变压器互相连接或者连接信号源以及负载
缺点： ①不适合集成 ②低频特性差
一、集成电路特点 二、集成运放组成 三、集成运放要解决的问题
一、集成电路特点
Wafer
IC Chip Packaging
DIP
45nm 300mm
1) 相邻元件对称性和一致性好， 便于制作特性相同的元件 2) 制作管子占用面积小 3) 不制作大电容：采用直接耦合 4) 不制作大电阻：用电流源代替