第三、四章差动放大电路、集成运放

直接耦合放大器的级联
R1 RC1 T1 RC2 T2 RE2 +.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）
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
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
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=
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
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
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
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
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
+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
（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 |∆
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
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
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
→ 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） ）
→ 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
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。
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