差动放大电路 (课件)

由于理想运放的输入电阻非常高，在分析处于线性状 虚断 态运放时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性 称为虚假开路，简称虚断。 虚短 在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端 视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。 虚地 如将运放的同相端接地V+=0，则V-=0,即反相端是一 个不接“地”的“地”，称为“虚地”
4.共模抑制比CMRR=∞;
5.开环带宽BW=∞;
6.失调、漂移和内部噪声为零。
二、理想运放的工作状态及其特点
IVV+ I+
Vo + Vo VOH 理想
VOH为正向输出饱和电压 VOL为负向输出饱和电压
其数值接近运放的正负
电源电压 分析应用电路 的工作原理时， 首先要分清运 放工作在线性 区还是非线性 区。
2rbe
1 ( Rc // RL ) 2 rbe

( Rc // RL )
2rbe
2rbe
2rbe
1 [rbe (1 )2ro ] 2
2Rc Rc
1 [rbe (1 )2ro ] 2 Rc 2R
c
集成运算放大器概述
集成运算放大器结构特点
集成运算放大器组成及各部分作用 集成运算放大器主要参数 理想集成运算放大器及两个工作区域
1 R L 2 R b rbe
C1为反向输出端,C2为同向输出端
rid=2(Rb+rbe)
rod ≈ Rc
3.对共模信号的抑制作用分析 Uic1=Uic2=Uic
工作原理
Ibc1=Ibc2 Iec1=Iec2
流过Ree上的电流： Iec=Iec1+Iec2=2 Iec1 Ree上的电压：URee=Iec12Ree 画交流通路时，单管射极电阻应为2Ree。 Uic1 Rb
差放的特点： 输入无差别，输出就不动；输入有差别，输出就变动。
共模抑制比CMRR—衡量差放的一个重要指标。
A Ud CMRR A Uc
或
A Ud CMRR 20lg (dB) A Uc
双端输出
CMRR
4. 抑制零点漂移
当温度变化或电源电压
波动时，都将使集电极电流 产生变化，且变化趋势是相 同的，其效果相当于在两个 输入端加入了共模信号。 Iec1 Iec2
T1
Iec1
Iec2
Iec1 2Ree
Rc Uoc1
3 对共模信号的 抑制作用分析
Rb
T1
Uoc T2
Rb Iec2 2Ree
Uic1
Iec1 2Ree
Rc U U Rc oc1 oc2
Uic2
U oc 0
U oc1 U oc2 U oc 0 U ic U ic
A Uc ( 双）
- R L U cd1 U id1 R b rbe
U cd2
2U cd1 U cd1 2U id1 U id1
- R L U id2 R b rbe
Rb
A Ud
- R L R b rbe
Uo
rid=2(Rb+rbe)
rod ≈2 Rc
Uid1
与单管增 益相同 Rb
I BQ E e - U BE R b 2(1 )R ee
2IeQ
I CQ I BQ
U C E C I CQ R c
Uo 0
2.对差模信号的放大作用分析
Uid1= -Uid2
即相当于输入一对差模信号
Ib1= -Ib2 Ie1= -Ie2 Uc1= -Uc2
+
流过Ree上的交流总电流： Ie=Ie1+Ie2= 0 Ree上交流压降为0。
Ui1 i
+
共模信号 一对大小相等，极性相同的信号， 用Uic1、Uic2表示，Uic1= Uic2
-
-
+ຫໍສະໝຸດ 差模信号和共模信号+
1. 静态分析
由于电路结构对称， 管子特性一致。
IBQ1=IBQ2 = IBQ ICQ1=ICQ2=ICQ UC1=UC2 =UC
Uo
I BQ R b U BE 2I EQ R ee E e
开环或 引入正 反馈
实际
0 V+ - V线性区
非线 性区 引入深 度负反 馈
非线 性区
VOL
运放的传输特性
二、理想运放的工作状态及其特点
IVV+
线性工作状态
V+-V-=Vo/AU≈0 Rid≈∞
I+ +
Vo
1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零
I+=I-≈0
2.理想运放的同相和反相输入端电位近似相等 V+=V-
集成运算放大器结构特点
将有源器件、无源器件电阻电容及电路连线等都集中 在一块半导体基片上，并封装在一个外壳内便形成一个完 整的电路和系统。
运算放大器图片
运算放大器图片
集成元器件的特点
1. 电路结构与元件参数具有对称性
电路中各元件在同一基片上，又是通过相同工艺过程制造的，容易制成特
性相同的管子。通常同一块基片上相邻的元件具有同相偏差，它们的比值误 差较小，匹配性好，对称性也好，因此集成电路中大量采用比值电路和对称 电路。
差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用，这 就意味着差放对由温度变化或电源电压波动所引起的 输出漂移有很强的抑制作用。这就是研究共模输入信 号的意义。
5. 几种方式指标比较
输出方式
AVD Rid Ric
Ro
双出 1 ( Rc // RL ) 2 rbe
单出
双出
单出

( Rc // RL )
虚地点对地的电位为“0”
I-
非线性工作状态
二、理想运放的工作状态及其特点 VV+
I+ +
Vo
1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零 2. 当V+>V-时，Vo为正向输出饱和电压VOH
I+=I-≈0
当V+<V-时，Vo为负向输出饱和电压VOL 其数值接近运放的正负电源电压
分析运放的应用电路时，首先将集成运放视作理想运放，以
便抓住主要矛盾，忽略次要矛盾；然后判断运放是工作在线性
区还是非线性区。在此基础上分析具体电路的工作原理，其它 问题也就迎刃而解了。
+
Ie1
Ie2
-
因此，画交流通路时，Ree可视为短路，即两管的发射极直接接地。 由Uc1= -Uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应 是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2.
2.对差模信号的放大作用分析 R'L=Rc//(RL/2)
AUd
Uo U cd1 U cd2 U id U id1 U id2
若第二级也漂了 100 uV，
则输出漂移 10 mV。
第一级是关键
3. 减小零漂的措施
用非线性元件进行温度补偿 调制解调方式。 采用差分式放大电路
典型差动式放大电路
差分电路的组成
由两个结构完全对称的 共射电路组成，通过射极 公共电阻Ree耦合构成。
ß = ß2= ß 1
UBE1=UBE2= UBE
电容元件一般由PN结的结电容或MOS管电容来制作，一般的容量小于200PF。
不易制造大电容和电感元件，故集成电路中常采用直接耦合方式。
集成运算放大器
集成运算放大器是用集成电路工艺制成的具有很 高电压放大倍数的多级直接耦合放大电路。
1、放大缓慢变化信号
2、采用直接耦合放大电 路便于集成
集成运算放大器组成及各部分作用
•电压增益高 集成运放 •输入电阻大 的特点： •输出电阻小
理想集成运算放大器及两个工作区域 一、理想运放的条件
为简化对集成运放应用电路的分析，常把集成 运放视为理想器件。其主要满足以下一些条件： 1.开环差模电压增益Aod=∞; 2.差模输入电阻Rid=∞; 3.输出电阻Ro=0;
实际运放的技术指标与 理想运放比较接近，因 主要条件 此用理想运放代替实际 运放分析所产生的误差 条件较难满足， 并不大，在工程计算中 可采用专用运放 是允许的，由此却带来 来近似满足。 了分析的大大简化。
增益级 低阻功率输出级， 集成运算放大器是一个高增益直接耦合多级放大电路。 一般高增益共射电路 提高负载能力。
UU+
差动放大 输入级
中间放大级
互补输出级
Uo
提供稳定合适的偏流 一般由恒流源组成
恒流偏置电路 差动输入级有两个输入U+、U-，当信号从U-输入，输出Uo与 U-极性相反，称U-为反相输入端；当信号从U+输入，输出Uo与 U+极性相同，称U+为同相输入端。减小漂移
T1Rc
RL 2
RL RcT2 2
Uid2
Uid
2.对差模信号的放大作用分析
双端输入—双端输出
A Ud
- R L R b rbe
rid=2(Rb+rbe) rod ≈2 Rc
双端输入—单端输出
是单管增益的一半
A Ud
U cd1 U cd2 Uo 2U id1 U id 2U id1
第五章 集成运算放大电路
5.1 直接耦合放大电路及其特殊问题 5.2 典型差动式放大电路 5.3 差动式放大电路的输入输出方式 5.4 集成运算放大电路的概述
直接耦合放大电路及其特殊问题
1. 直接耦合放大电路
可以放大直流信号
# 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？ 2.直接耦合放大电路的零点漂移 零漂： 输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生 主要原因： 温度变化引起，也称温漂。
rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
差分电路的输入输出方式
输入方式 输出方式 双端输出
单端输入
双端输入 单端输出
Uo
Uo Uo
Ui2
差模信号
一对大小相等，极性 相反的信号，用Uid1、Uid2 表示， Uid1= - Uid2
电源电压波动 也是原因之一
温漂指标： 温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增 益折算到输入端的等效输入漂移电压值。
例如
漂移 10 mV+100 uV
漂移 1 V+ 10 mV
假设 AV1 = 100, AV2 = 100, AV3 = 1 。
若第一级漂了100 uV， 则输出漂移 1 V。
漂了 100 uV 漂移 1 V+ 10 mV
2.三极管是集成化元器件中最容易制造的、最基本的元件，
二极管大多由三极管的发射结构成,多作温度补偿元件或电位移动电路.
3. 用有源器件代替无源器件。
电阻元件由半导体的体电阻构成，阻值越大，占用面积越大，其范围几十 -20k；高阻值的电阻多用三极管等有源器件组成的恒流源代替或外接。
4.级间采用直接耦合方式