第三、四章差动放大电路、集成运放

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R1 R
B
+UCC RC R1 R T2
B
RC
uC1 uo uC2
T1 β β
uo= uC1 - uC2
ui2
ui1
大小相等,极性相同), ),共模输入信号 当ui1 = ui2(大小相等,极性相同),共模输入信号 设ui1 ↑, ui2 ↑,使uC1 ↓, uC2 ↓。因ui1 = ui2,→ uC1 = uC2 ,
2
T °C↑ ↑
IE3 ↑
R1 IE4≈(UCC+UEE- UBE4)/ (R1+R2) 恒定 T °C↑ ↑ UBE4 ↓
T °C↑ ↑ IE4 恒定 uBE
IC3
T3 结论:T 结论 4 R 3 稳定IE3
-UEE UBE4 ↓ UB3 ↓ IE3 ↓
iB
T4
IE3 IE4 R2
UBE4减小
U R2
→ u o=
uC1 - uC2=- ∆ uC1- ∆ uC2 =- 2∆ uC1 ∆ uo uo 差模电压放大倍数 Ad = u -u = 2ui1 i1 i2
(很大,>1) 很大, 很大
5.共模抑制比 共模抑制比(CMRR)的定义 共模抑制比 的定义 CMRR — Common Mode Rejection Ratio
UE↑ =IERE+(-UEE) (
IB1 ↓、IB2 ↓
UBE1 ↓ 、UBE2 ↓
的作用: 射极电阻RE的作用: RC T1 ui1 IE RE uo T2
+UCC(+15V) ) 结论: 结论: RC IE具有恒 流特性 ui2 用恒流源代 替RE ,可使 电路进一步 改善
-UEE (-15V) )
(2) RE对共模信号有抑制作用(原理同上,即由 ) 对共模信号有抑制作用(原理同上, 的负反馈作用, 基本不变) 于RE的负反馈作用,使IE基本不变) (3) RE对差模信号相当于短路 ) ui1 =- ui2 ,设ui1 ↑,ui2 ↓ → ib1 ↑,ib2 ↓ → ie1 ↑,ie2 ↓ |∆i →|∆ie1 | = - |∆ e2 | → IE不变 |∆
uo
uC2 β T2
RC
ui1
RE -UEE (-15V) ) 特点: 特点: 加入射极电阻R 加入射极电阻RE 加入负电源加入负电源- UEE ,采用正负双电源供电
ui2
长尾式差分放大电路 静态分析: 静态分析:u11=u12=0
I Re = I EQ1 + I EQ 2 = 2 I EQ I BQ Rb + U BEQ + 2 I EQ RE = VEE I BQ Rb ≈ 0 U EQ ≈ −U BEQ I EQ ≈ I BQ = U CEQ VEE − U BEQ 2 RE I EQ 1+ β = U CQ − U EQ ≈ VCC − I CQ RC + U BEQ
第3讲 讲
第3章 基本放大电路 章 3.2 差动放大器 第4章集成运算放大器 章集成运算放大器 4.1 概述 4.2 集成运放的开环和闭环
1
第3章 基本放大电路 章 3.2 差动放大电路 3.2.1直接耦合放大电路 直接耦合放大电路 3.2.2 基本型差动放大器 3.2.3 双电源长尾式差动放大器 3.2.4 恒流源式差动放大器 3.2.5 差动电路的几种接法
放大倍数
RC T1 ui1 RE uo T2
+UCC(+15V) ) RC
uo= uC1 - uC2
ui2
-UEE (-15V) )
(1)共模信号输入 共模信号输入
ui1 = ui2
uo 共模电压放大倍数 AC = u i1 (2)差模信号输入 i1 =- ui2 差模信号输入u 差模信号输入 βRC uo 差模电压放大倍数 Ad = u -u = – rbe i1 i2
+UCC(+15V) ) RC
uo= uC1 - uC2
ui2C - ud u
uC + uui1 d
-UEE (-15V) )
(3) 如果 i1 如果u 分解
ui2
差模分量: 差模分量 共模分量: 共模分量
∴叠加
ui1 = uC + ud ui2 = uC - ud
ui1 - ui2 ud = 2 ui1 + ui2 uC = 2
R2 iVEE ≈ R1 + R2 U R 2 − U BE 3 = R3 IC 3 = 2
IC 3 ≈ I E 3
I EQ1 = I EQ 2
图3.3.15 场效应管差分放大电路
为获得高输入电阻的差分放大电路,这种电路特 别适合于做直接耦合多级放大电路的输入。
例3.1.1,Rb=1k欧姆,Rc=10 k欧姆 欧姆, 欧姆,RL= 5.1k欧姆 欧姆,VCC=12V,VEE=6V; 欧姆 欧姆 欧姆 晶体管的B=100,rbe=2 k欧姆 晶体管的 , 欧姆, 欧姆 (1)为使 管和T2管的发射级静态电流均为 为使T1管和 管的发射级静态电流均为0.5mA,Re的取值应为多少? 的取值应为多少? 为使 管和 管的发射级静态电流均为 的取值应为多少 T1和T2管的压降 CEQ为多少? 和 管的压降U 为多少? 管的压降
IC1+IC2 =IC3 =IE3 ↑
结论: 保持恒流, 结论:IC3保持恒流,对共模 信号抑制, 信号抑制,对差模信号相当 于短路
IC3 ↓
加入温度补偿三极管T4(BC短接,相当于二极管) 加入温度补偿三极管 短接,相当于二极管) 短接
+UCC RC T1 ui1 E uo T2 RC B2 ui
ui1
ui2
大小相等,极性相反), ),差模输入信号 当ui1 =- ui2(大小相等,极性相反),差模输入信号 设ui1 ↑,ui2 ↓, 使uC1 ↓ ,uC2 ↑。设uC1 =uC1 -∆ uC1 , ∆ uC2 =uC2 +∆ uC2 。因ui1 = -ui2,→ ∆ uC1 =∆ uC2 ∆ ∆ ,
零漂和温漂概念
零点漂移:输入电压为零而输出电压不为零 零点漂移: 且缓慢变化的现象 温度漂移:由于温度变化所引起的半导体器 温度漂移: 件参数的变化是产生零点漂移的主要原因。 件参数的变化是产生零点漂移的主要原因。
抑制温度漂移的方法
• 在电路引入直流负反馈电阻RE。 • 采用温度补偿的方法,利用热敏元件来 抵消放大管的变化。 • 采用特性相同的管子,使它们的温漂相 互抵消,构成“差分放大电路”
结论:当两输 结论 当两输 入端有任意输 入时,相当于共 入时 相当于共 模输入和差模 输入共存
放大倍数
RC T1 uo T2 RE
+UCC(+15V) ) RC
uo= uC1 - uC2
ui2C - ud u
uC + uui1 d
-UEE (-15V) ) 只考虑共模输入时: 只考虑共模输入时 uoC= ACuC 只考虑差模输入时: 只考虑差模输入时 uod= Ad(2ud) 总输出: 总输出 uo=
CMRR=20 log
Ad AC
db(分贝 分贝) 分贝
例:
Ad=-200 Ac=0.1 CMRR=20 log | (-200)/0.1| =66 db |wenku.baidu.com
3.3.3 双电源长尾式差放
1.结构 结构: 结构
R1 RB RC uo= uC1 - uC2 uC1 T1 β
+UCC(+15V) R1 RB
uo= uC1 - uC2
同相输入端
u-
u_+
总输出: 总输出 uo= Ad (ui1 - ui2)
双端输入
单端输入: 单端输入 当 ui2=0时, uo= Ad ui1 时
3.3.4 恒流源式差放电路 电路结构: 电路结构
RC uo RC T2
+UCC
T1 ui1 E
R1 ui2
IC3 T3
电路特点: 电路特点: R IC3具有恒流特性 3
uo = U CQ1 − U CQ 2 = 0
2.双电源长尾式差放中双电源和射极电阻RE的作用 双电源长尾式差放中双电源和 双电源长尾式差放中双电源
双电源的作用: 双电源的作用: (1)使信号变化幅度加大。 )使信号变化幅度加大。 由负电源-U 提供,可以取消R (2)IB1、IB2由负电源 EE提供,可以取消 1和RB ) 四个电阻,且使基极的直流静态电位=0 四个电阻,且使基极的直流静态电位 +UCC(+15V) ) RC T1
R
2
-UEE
抑制温漂的原理
RC T1 ui1 IC3 T3 R3 IE3 -UEE R2 E uo T2 ui2 R1 +UCC RC
R2 UB3= R1+R2 (UCC-UEE) +(-UEE) ( 认为稳定 UE3↑ =IE3R3-UEE UBE3 ↓=UB3-UE3
T °C↑ ↑
IC1 ↑ IC2 ↑
ui2
ui1
2.优点:抑制温漂 原理如下 优点: 原理如下: 优点 当ui1 = ui2 = 0 时, uC1 = uC2 uo= uC1 - uC2 = 0 当温度变化时: 当温度变化时: ∆ uC1 = ∆ uC2 uo= (uC1 + ∆uC1 ) - (uC2 + ∆ uC2 ) = 0
3.共模电压放大倍数 C 共模电压放大倍数A 共模电压放大倍数
差分放大电路的组成
3.3.2基本型差动放大器 基本型差动放大器
1.结构 对称性结构 结构: 结构
R1 RB RC uo= uC1 - uC2 uC1 T1 β +UCC
uo
uC2 β T2
RC
R1 RB
ui1
ui2
+UCC RC
R1 R
B
uC1 uo uC2
T1 β β T2
RC
R1 R
B
对称性
→ uo=
0 (理想化 。但因两侧不完全对称, uo 0 理想化)。 理想化 但因两侧不完全对称, uo 很小, 共模电压放大倍数 AC = u (很小,<1) i1
4.差模电压放大倍数 d 差模电压放大倍数A 差模电压放大倍数
R1 R
B
+UCC RC R1 R T2
B
RC
uC1 uo uC2
T1 β β
直接耦合放大器的级联
R1 RC1 T1 RC2 T2 RE2 +UCC
R2
ui
uo
问题: 问题 1.前后级 点相互影响。(须增加 E2) 前后级Q点相互影响。(须增加 前后级 点相互影响。(须增加R
2.零点漂移:前一级的温漂将作为后一级的输 .零点漂移: 入信号,被一级级放大, 入信号,被一级级放大,导致后级饱和或截 须增加两级之间的直流负反馈) 止。(须增加两级之间的直流负反馈)
uC =
ui1 + ui2
2 ui1 - ui2 ud = 2
uoC + uod = ACuC + Ad(2ud)≈ Ad(2ud) ≈
ui1 - ui2 = Ad(2 )= Ad (ui1 - ui2) 2
放大倍数
+UCC(+15V) ) 反相输入端 RC T1 ui1 RE -UEE (-15V) ) uo T2 ui2 RC
uo
T2
RC
ui1
RE -UEE (-15V) )
ui2
双电源长尾式差放中双电源和射极电阻RE的作用 的作用: 射极电阻RE的作用:
(1)直流负反馈,稳定静态工作点 )直流负反馈,
RC +UCC
uo
T1 T2
RC
RE
T °C↑ ↑
IC1 ↑ IC2 ↑ IC1 ↓ IC2 ↓
-UEE
IE ↑ =IC1+IC2
Re ≈
VEE − U BEQ 2 I EQ
6 − 0.7 = k Ω = 5.3k Ω 1× 0.5
U CQ = VCC − I CQ Rc ≈ (12 − 0.5 ×10)V = 7V U CEQ = U CQ − U EQ ≈ (7 + 0.7)V = 7.7V
例3.1.1,Rb=1k欧姆,Rc=10 k欧姆 欧姆, 欧姆,RL= 5.1k欧姆 欧姆,VCC=12V,VEE=6V; 欧姆 欧姆 欧姆 晶体管的B=100,rbe=2 k欧姆 晶体管的 , 欧姆, 欧姆 (2)计算Au,Ri和Ro的数值 )计算 和 的数值
3.2.1直接耦合电路
+EC 建立静态工作点 R1 RC T ui RL uo
R C1
C2
2
因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大, 因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大,所以阻 容耦合只适用于放大频率较高的交流信号。 容耦合只适用于放大频率较高的交流信号。 对于直流信号和低频信号,阻容耦合已不适用, 对于直流信号和低频信号,阻容耦合已不适用,必 须采用直接耦合方式。 须采用直接耦合方式。 能够放大直流信号(包括慢变信号和低频信号) 能够放大直流信号(包括慢变信号和低频信号)的 放大器称为直流放大器。 放大器称为直流放大器。
对差模信号的放大作用
RL RL −2∆ic1 Re// R e // ∆uod 2 2 Ad = = = −β ∆uid 2∆ib1 ( Rb + rbe ) Rb + rbe Ri = 2( Rb + rbe ) Ro = 2 Rc
电压传输特性
放大倍数
RC T1 uo T2 RE
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