[信息与通信]6 集成电路运算放大器.ppt
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1、第六章 集成运算放大器,集成运算放大器高增益的直接耦合的集成的多级放大器。,集成电路的工艺特点: (1)元器件具有良好的一致性和同向偏差,因而特别有利于实现需要对称结构的电路。 (2)集成电路的芯片面积小,集成度高,所以功耗很小,在毫瓦以下。 (3)不易制造大电阻。需要大电阻时,往往使用有源负载。 (4)只能制作几十pF以下的小电容。因此,集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容,只有外接。不能制造电感,如需电感,也只能外接。 (5)电路中二极管作温度补偿和电位移动,一般用三极管发射结构成。,直耦放大电路的特殊问题零点漂移,零漂现象:,产生零漂的原因:,温漂指标:,由温度变化引起的。当温度变化
2、使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时,这种变化量会被后面的电路逐级放大,最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。,输入Vi=0时,输出有缓慢变化的电压产生。,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,若第一级漂了100 uV,,则输出漂移 1 V。,若第二级也漂了100 uV,,则输出漂移 10 mV。,假设,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,采用差分式放大电路,漂了 100 uV,漂移 10 mV+100 uV,漂移 1 V+ 10 mV,漂移 1 V+ 10 mV,6.1 差动放大电路,即:1=2= VB
3、E1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb,2019/1/30,1. 差动放大电路一般有两个输入端: 双端输入从两输入端同时加信号。 单端输入仅从一个输入端对地加信号。,2. 差分放大电路可以有两个输出端,一个是集电极C1,另一个是集电极C2。 双端输出从C1 和C2输出。 单端输出从C1或C2 对地输出。,二. 几个基本概念,3. 差模信号与共模信号,差模信号:,共模信号:,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,4. 共模抑制比,三.差动放大电路的基本工作原理,1. 静态工作点的计算:,忽略Ib,有:Vb1=Vb2=0V,2.抑
4、制零漂的原理:,vo= vC1 - vC2 = 0,vo= (vC1 + vC1 ) - (vC2 + vC2 ) = 0,当vi1 = vi2 = 0 时,,当温度变化时:,vC1 = vC2, vC1 = vC2,(1)加入差模信号,设: vi1=-vi2 =vid/2,vic=0。,3.电路的动态分析,Re对差模信号相当于短路,设vi1 ,vi2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 = - ie2 IRe不变 VE不变,其等效电路为:,因为vi1 =- vi2,差模电压放大倍数,差模输入电阻,输出电阻,(1)加入共模信号,设: vi1=vi2 =vic,vid=0。,设vi1 ,
5、 vi2 ,使vo1 , vo2 。 因vi1 = vi2, vo1 = vo2 vo= 0 (理想化)。,共模电压放大倍数,四.差动放大器的输入输出方式,差动放大器共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出(双入双出) 2. 双端输入、单端输出(双入单出) 3. 单端输入、双端输出(单入双出) 4. 单端输入、单端输出(单入单出) 主要讨论的问题有: 差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻,1.双端输入双端输出,(1)差模电压放大倍数,(2)共模电压放大倍数,(3)差模输入电阻,(4)输出电阻,2. 双端输入单端输出,这种方式适用于将 差分信号转换为单端输出 的信号
6、。,(1)差模电压放大倍数,(2)差模输入电阻,(3)输出电阻,(4)共模电压放大倍数,共模等效电路:,3. 单端输入双端输出,单端输入等效双端输入: 因为右侧的Rb+rbe归算到发射极回路的值(Rs+rbe) /(1+) Re,故 Re 对 Ie 分流极小,可忽略,于是有,vi1 = vi2 = vi /2,计算同双端输入双端输出:,4. 单端输入单端输出,注意放大倍数的正负号: 设从T1的基极输入信号,如果从C1 输出,为负号;从C2 输出为正号。,计算同双入单出:,(1)差模电压放大倍数,与单端输入还是双端输入无关,只与输出方式有关:,差动放大器动态参数计算总结,双端输出时:,单端输出时
7、:,(2)共模电压放大倍数,与单端输入还是双端输入无关,只与输出方式有关:,双端输出时:,单端输出时:,(3)差模输入电阻,不论是单端输入还是双端输入,差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。,单端输出时, 双端输出时,,(4)输出电阻,(5)共模抑制比,共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。,,或,双端输出时KCMR可认为等于无穷大, 单端输出时共模抑制比:,五. 带恒流源的差动放大电路,根据共模抑制比公式:,恒流源的直流电流数值为 IE3 =(VZ - VBE3 )/ Re,可以看出:加大Re,可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re 。,恒流源相当于阻值很大的电阻。,恒流
8、源不影响差模放大倍数。,恒流源使共模放大倍数减小,从而增加共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻,所以共模抑制比无穷大。,恒流源的作用,?,思 考 题,1. 若在基本差动放大电路中增加两个电阻Re(如图所示)。则动态指标将有何变化?,答:,双端输出差模增益,差模输入电阻,单端输出共模增益,?,思 考 题,2. 差动放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系:,反相,vC1与vi1,同相,vC2与vi1,同相,vC1与vi2,反相,vC2与vi2,反相,vO与vi1,同相,vO与vi2,3. 静态时,两个输入端是否有静态偏置电流?,差动放大器实例,1. 镜像电流源,基准电流:,无论
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