集成电路运算放大器及应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
相同时，定义为共模输入信号vc 。则：
vc vi1 vi2
• 或：
vi1
vc
vi1
vi2 2
vi 2
vc
vi1
vi2 2
8ຫໍສະໝຸດ Baidu
③ 当输入信号中既有差模信号，又有共模信号 时，则 基本差分电路输入端的信号可分解为 二种信号的叠加，即
vi1
vc
vd 2
vi1 vi2 2
vi1 vi2 2
vi 2
路。
• 射极电阻RE愈大，对共模信号的反馈作用愈强，抑制零漂 的效果愈好，但同时，RE上的直流压降也愈大，三极管放 大的动态范围愈小。
• 解决办法是增加一个负电源VEE，用以增加三极管的动态
范围。如图5-1-3所示。
16
2、长尾式差分电路的几种接法
（1）双端输入双端输出
• 输入信号分别在三极管T1、 T2的基极输入，从T1、T2的 集电极之间输出。这种接法
如图5-1-4所示。
• 如果从T2的集电极输出，称为右侧输出，电压放大倍 数也为单级共射放大电路的一半，但输出与输入同相。
18
4.5.2 长尾式差分电路
（3）单端输入双端输出 • 输入信号只从三极管
• 产生零点漂移的主要原因是三极管受温度 的影响。 抑制零点漂移有效的措施之一是 采用差动放大电路。
2
• 本节主要内容： • 5.1.1 基本差分电路 • 5.1.2 长尾式差分电路 • 5.1.3 长尾式差分电路的工作原理分析 • 5.1.4 差分放大电路四种接法的分析与比较
3
差动放大电路的工作情况
R1 RC
RB T1
vo
RC
T2
+VCC R1
RB
vi1
vi2
特点：结构对称。
4
5.1.1 基本差分电路
1、基本差分电路的组成
• 基本差分电路如图5-1-1和
图5-1-2。
图5-1-1 基本差分电路形式之一
• 其工作原理是利用对称性来解 决和克服零漂问题。
• 电路左右两边对称，指电路结
构及元件的特性与参数完全相
12
3、放大倍数的计算：
由图可见，对于差
模输入信号，由于vi1= -vi2 则 vi vd vi1 vi2 2vi1
根据共射放大电路输出与输入反相的特点：
得，差模输入信号作用下的电压放大倍数为：
Ad称为Ad差 模vv0i 电 22压vv0i11放 大倍RC数r(bRe。L / 2)
v0 v01 v02 2v01
• 对于共模输入信号： vi vc vi1 vi2
由于电路对称，则 vo v01 v02 0
AC
v0 vi
0 vi
0
AC称为共模电压放大倍数。
13
3、放大倍数的计算：
• 基本差分放大电路只对差模输入信号进行放大，而 不对共模信号进行放大。在双端输出的情况下，放 大电路的差模电压放大倍数等于一个单级共射放大 电路的电压放大倍数。
称为双端输入双端输出电路。
如图5-1-3所示。
图5-1-3 长尾式差分放大电路
17
4.5.2 长尾式差分电路
（2）双端输入单端输出
• 输入信号分别在三极管T1、
T2的基极输入，但输出却 只从T1或T2的集电极单独
图5-1-4 双端输入左侧单端输出
对地之间输出，称为双端输入单端输出。
• 如果从T1的集电极输出，称为左侧输出，电压放大倍 数为单级共射放大电路的一半，且输出与输入反相，
v 信号
。 v = - v ， d
i1
i2 vi vd vi1 vi2 2vi1 2vi2
• 此时，放大电路的输入电压为：
• 或： vi1
vd 2
vi1 vi2 2
vi 2
vd 2
vi1 vi2 2
式中，vd称为差动输入电压。
7
• ② 当输入信号vi1和vi2大小相等、极性
第五章 集成电路运 算放大器及应用
基本要求：
• 理解差动放大电路的工作原理； • 掌握运算放大器的分析方法。
基本内容：
• 差动放大电路 • 复合管电路 • 集成运算放大器 • 集成电路运算放大器的应用
1
5. 1 差动放大电路
• 集成电路运算放大器是一种具有高放大倍 数的多级直接耦合放大电路。
• 当多级直接耦合放大电路的输入端短路( ui ＝0 )，输出端电压它并不保持恒值，而在 缓慢地、无规则地变化着，这种现象就称 为零点漂移。
• 在理想对称的条件下，如果共模信号能够模拟温度 的变化，则不难看出，无论温度怎么变化，输出端 皆为零，从而达到了抑制输出信号电压的零点漂移。
14
5.1.2 长尾式差分电路
• 前面介绍的基本差分放大电路中，依靠电路对称，利 用两个放大电路的输出之差，抑制了零点漂移电压的 输出，但是并没有消除单级放大电路本身的零漂。
• 解：根据差模信号的定义，总的差模输入信号为：
vd vi1 vi2 5V 3V 2V
• 由电路的对称性可知，每个输入端的输入电压为：
vi1
vd 2
1V
vi 2
vd 2
1V
11
根据共模信号的定义有：
vc
vi1
vi2 2
53 2
4V
于是，两个实际的输入信号电压可等效为图 (a)或图 (b)的形式。
• 为了进一步减小或消除零漂，提高抑制零点漂移的效 果，需要在基本差分放大电路的基础上进行改进，减 小单级放大电路自身的零点漂移。
15
1、长尾式差分电路的组成
• 在基本差分放大电路的发射极 接入一个射极电阻RE，以便引 入电流负反馈，稳定输入电压，
减小零漂。
图5-1-3 长尾式差分放大电路
• 发射极电阻RE犹如在基本差分电路中多了一条尾巴，RE愈 大，稳定性愈好，相当于尾巴愈长，故称为长尾式差分电
同，使T1、T2在同一个直流电
源供电情况下具有相同的静态
工作点。
图5-1-2 基本差分电路形式之二
5
输入信号： 输出信号：
vi vi1 vi2 v0 v01 v02
电压放大倍数：Av
v0 vi
v01 v02 vi1 vi2
6
2、基本差分电路 的工作原理
• ① 当输入信号vi1和vi2大小相等、极性相 反时，定义为差分输入信号或差模输入
vc
vd 2
vi1
vi2 2
vi1
vi2 2
9
• 根据两式可得出如下结论： 在差分放大电路输入端施加的任意形式的 信号都可以分解为差模信号与共模信号的 叠加，输出端的响应都可视为差模信号与 共模信号共同作用的结果。
10
例 已知基本差分放大电路如图5-1-1所示 vi1=5V，vi2 =3V，求此时作用于放大电路输入 端的差模电压为多少？共模电压为多少？
vc vi1 vi2
• 或：
vi1
vc
vi1
vi2 2
vi 2
vc
vi1
vi2 2
8ຫໍສະໝຸດ Baidu
③ 当输入信号中既有差模信号，又有共模信号 时，则 基本差分电路输入端的信号可分解为 二种信号的叠加，即
vi1
vc
vd 2
vi1 vi2 2
vi1 vi2 2
vi 2
路。
• 射极电阻RE愈大，对共模信号的反馈作用愈强，抑制零漂 的效果愈好，但同时，RE上的直流压降也愈大，三极管放 大的动态范围愈小。
• 解决办法是增加一个负电源VEE，用以增加三极管的动态
范围。如图5-1-3所示。
16
2、长尾式差分电路的几种接法
（1）双端输入双端输出
• 输入信号分别在三极管T1、 T2的基极输入，从T1、T2的 集电极之间输出。这种接法
如图5-1-4所示。
• 如果从T2的集电极输出，称为右侧输出，电压放大倍 数也为单级共射放大电路的一半，但输出与输入同相。
18
4.5.2 长尾式差分电路
（3）单端输入双端输出 • 输入信号只从三极管
• 产生零点漂移的主要原因是三极管受温度 的影响。 抑制零点漂移有效的措施之一是 采用差动放大电路。
2
• 本节主要内容： • 5.1.1 基本差分电路 • 5.1.2 长尾式差分电路 • 5.1.3 长尾式差分电路的工作原理分析 • 5.1.4 差分放大电路四种接法的分析与比较
3
差动放大电路的工作情况
R1 RC
RB T1
vo
RC
T2
+VCC R1
RB
vi1
vi2
特点：结构对称。
4
5.1.1 基本差分电路
1、基本差分电路的组成
• 基本差分电路如图5-1-1和
图5-1-2。
图5-1-1 基本差分电路形式之一
• 其工作原理是利用对称性来解 决和克服零漂问题。
• 电路左右两边对称，指电路结
构及元件的特性与参数完全相
12
3、放大倍数的计算：
由图可见，对于差
模输入信号，由于vi1= -vi2 则 vi vd vi1 vi2 2vi1
根据共射放大电路输出与输入反相的特点：
得，差模输入信号作用下的电压放大倍数为：
Ad称为Ad差 模vv0i 电 22压vv0i11放 大倍RC数r(bRe。L / 2)
v0 v01 v02 2v01
• 对于共模输入信号： vi vc vi1 vi2
由于电路对称，则 vo v01 v02 0
AC
v0 vi
0 vi
0
AC称为共模电压放大倍数。
13
3、放大倍数的计算：
• 基本差分放大电路只对差模输入信号进行放大，而 不对共模信号进行放大。在双端输出的情况下，放 大电路的差模电压放大倍数等于一个单级共射放大 电路的电压放大倍数。
称为双端输入双端输出电路。
如图5-1-3所示。
图5-1-3 长尾式差分放大电路
17
4.5.2 长尾式差分电路
（2）双端输入单端输出
• 输入信号分别在三极管T1、
T2的基极输入，但输出却 只从T1或T2的集电极单独
图5-1-4 双端输入左侧单端输出
对地之间输出，称为双端输入单端输出。
• 如果从T1的集电极输出，称为左侧输出，电压放大倍 数为单级共射放大电路的一半，且输出与输入反相，
v 信号
。 v = - v ， d
i1
i2 vi vd vi1 vi2 2vi1 2vi2
• 此时，放大电路的输入电压为：
• 或： vi1
vd 2
vi1 vi2 2
vi 2
vd 2
vi1 vi2 2
式中，vd称为差动输入电压。
7
• ② 当输入信号vi1和vi2大小相等、极性
第五章 集成电路运 算放大器及应用
基本要求：
• 理解差动放大电路的工作原理； • 掌握运算放大器的分析方法。
基本内容：
• 差动放大电路 • 复合管电路 • 集成运算放大器 • 集成电路运算放大器的应用
1
5. 1 差动放大电路
• 集成电路运算放大器是一种具有高放大倍 数的多级直接耦合放大电路。
• 当多级直接耦合放大电路的输入端短路( ui ＝0 )，输出端电压它并不保持恒值，而在 缓慢地、无规则地变化着，这种现象就称 为零点漂移。
• 在理想对称的条件下，如果共模信号能够模拟温度 的变化，则不难看出，无论温度怎么变化，输出端 皆为零，从而达到了抑制输出信号电压的零点漂移。
14
5.1.2 长尾式差分电路
• 前面介绍的基本差分放大电路中，依靠电路对称，利 用两个放大电路的输出之差，抑制了零点漂移电压的 输出，但是并没有消除单级放大电路本身的零漂。
• 解：根据差模信号的定义，总的差模输入信号为：
vd vi1 vi2 5V 3V 2V
• 由电路的对称性可知，每个输入端的输入电压为：
vi1
vd 2
1V
vi 2
vd 2
1V
11
根据共模信号的定义有：
vc
vi1
vi2 2
53 2
4V
于是，两个实际的输入信号电压可等效为图 (a)或图 (b)的形式。
• 为了进一步减小或消除零漂，提高抑制零点漂移的效 果，需要在基本差分放大电路的基础上进行改进，减 小单级放大电路自身的零点漂移。
15
1、长尾式差分电路的组成
• 在基本差分放大电路的发射极 接入一个射极电阻RE，以便引 入电流负反馈，稳定输入电压，
减小零漂。
图5-1-3 长尾式差分放大电路
• 发射极电阻RE犹如在基本差分电路中多了一条尾巴，RE愈 大，稳定性愈好，相当于尾巴愈长，故称为长尾式差分电
同，使T1、T2在同一个直流电
源供电情况下具有相同的静态
工作点。
图5-1-2 基本差分电路形式之二
5
输入信号： 输出信号：
vi vi1 vi2 v0 v01 v02
电压放大倍数：Av
v0 vi
v01 v02 vi1 vi2
6
2、基本差分电路 的工作原理
• ① 当输入信号vi1和vi2大小相等、极性相 反时，定义为差分输入信号或差模输入
vc
vd 2
vi1
vi2 2
vi1
vi2 2
9
• 根据两式可得出如下结论： 在差分放大电路输入端施加的任意形式的 信号都可以分解为差模信号与共模信号的 叠加，输出端的响应都可视为差模信号与 共模信号共同作用的结果。
10
例 已知基本差分放大电路如图5-1-1所示 vi1=5V，vi2 =3V，求此时作用于放大电路输入 端的差模电压为多少？共模电压为多少？