模拟电子技术基础5集成运算放大器单元电路-chen.ppt
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1、,模拟集成电路中,以集成运算放大器应用最为广泛。集成运算放大器简称集成运放,是由多级具有较高增益的放大电路采用直接耦合的方式级联而成,广泛用于模拟信号的处理和产生电路中。本章将首先讨论组成集成运放的基本单元电路(电流源电路、差分放大电路及互补输出级功放电路),然后介绍集成运放的组成及特点、典型集成运放内部电路分析,最后介绍集成运放的参数以及使用时的注意事项 。,本章简介,5.1 电流源电路,5.3 互补输出级功率放大电路,5.2 差分放大电路,5 集成运算放大器单元电路,模拟电子技术基础,5.4 集成运算放大器概述,5.5 典型集成运放内部电路分析,5.6 集成运放的选用及注意事项,5.1.1
2、 基本电流源电路 1.基本镜像电流源电路 2.改进的镜像电流源 3.电阻比例电流源电路 4.微电流源电路 5.多路电流源电路 5.1.2 有源负载放大电路,本节内容,5.1 电流源电路,电流源电路:提供恒定输出电流 1) 作为各级电路的偏置电路,以提供合适的静态电流; 2) 作为放大电路的有源负载,提高电路的增益。,5.1.1 基本电流源电路,1.基本镜像电流源电路,V0 和 V1 特性完全相同。,电路中有负反馈吗?,基准电流,5.1.1 基本电流源电路,2.改进的镜像电流源电路,(1) 带缓冲级的镜像电流源电路,(2) 威尔逊电流源电路,5.1.1 基本电流源电路,3.电阻比例电流源电路,4
3、.微电流源电路,要求提供很小的静态电流,又不能用大电阻。,设计过程很简单,首先确定IR和IO,然后选定R和Re1。,超越方程,5.1.1 基本电流源电路,5.多路电流源电路,(1)基于电阻比例的多路电流源电路,根据所需静态电流,来选取发射极电阻的数值.,(2)改进的的多路电流源电路,射级缓冲器,【例5-1】,【例5-2】,引入负反馈,【例5-3】,有V3缓冲:,无V3时:,5.1.2 有源负载放大电路,5.2.1 差分放大电路的组成及特点 1.电路组成 2.基本特点 5.2.2 差分放大电路的工作原理及特性分析 1.静态分析 2.动态分析 3.差分放大电路抑制零漂的原理 5.2.3 差分放大电
4、路的4种应用方式 1.双入单出 2.单入双出 3.单入单出 5.2.4 改进型差分放大电路. 1.电流源偏置差放电路 2.有源负载差放电路 3.场效应晶体管差分放大电路,本节内容,5.2 差分放大电路,零点漂移现象及其产生的原因,零点漂移:uI0,uO0的现象。,产生原因:温度变化,直流电源波动,元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因,故也称零漂为温漂。,克服温漂的方法:引入直流负反馈,温度补偿。 典型电路:差分放大电路,零输入零输出,若U与UC的变化一样,则输出电压就没有漂移,零点漂移,参数理想对称:Rb1= Rb2,Rc1= Rc2, Re1= Re2; V1、V2在任何温度下特
5、性均相同。,长尾式差分放大电路的组成,典型电路,长尾式差分放大电路的组成,1.电路组成:由两个对称的共射放大电路组成,电路参数理想对称:Rb1= Rb2=Rb,Rc1= Rc2=Rc;V1、V2在任何温度下特性均相同。 (1)克服零点漂移;(2)零输入零输出。,5.2.1 差分放大电路的组成及特点,长尾式差分放大电路,2.基本特点,信号源需要有“ 接地”点,以避免干扰;或负载需要有“ 接地”点,以安全工作。,5.2.1 差分放大电路的组成及特点,2.基本特点,3)一般信号,差模分量,差模分量,单端、双端输入的输入端信号加入的等效表示完全相同,例:,则:,5.2.2 差分放大电路的工作原理及特性
6、分析,1.静态分析,令uI1= uI2=0,5.2.2 差分放大电路的工作原理及特性分析,2.动态分析 (1)放大差模信号,令uIc=0,iE1= iE2,Re中电流不变,即Re 对差模信号无反馈作用。,5.2.2 差分放大电路的工作原理及特性分析,2.动态分析 (2)抑制共模信号,令uId=0,iEE=2 iE,Re等效为2 Re的作用。,共模抑制比KCMR:综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。,5.2.2 差分放大电路的工作原理及特性分析,共模抑制比越高,电路性能越好,对共模干扰的抑制能力越强。,电路参数理想对称时,双端输出差放电路,3.差放电路抑制零漂的原理,Re
7、的共模负反馈作用:温度变化所引起的变化等效为共模信号,如 T()ICQ1 ICQ2 UE IBQ1 IBQ2 ICQ1 ICQ2 ,抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,5.2.3 差分放大电路的4 种应用方式,1.双端输入单端输出差放电路,由于输入回路没有变化,所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是UCEQ1 UCEQ2。,(1)静态分析,5.2.3-,1.双端输入单端输出差放电路,(2)动态分析,1)对差模信号的作用,5.2.3-,1.双端输入单端输出差放电路,(2)动态分析,2)对共模信号的作用,5.2.3-,1.双端输入单端输出差放电路,ReKCMR放大电路抗干扰性能越好
8、,讨论: (1)2的Rc可以短路吗? (2)什么情况下Aud为“”? (3)双端输出时的Aud是单端输出时的2倍吗?,5.2.3-,2. 单端输入双端输出差放电路,单端输入与双端输入等效,静态工作点以及动态性能指标的分析完全相同。,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入:,静态时的值,问题讨论: (1)UOQ产生的原因? (2)如何减小共模输出电压?,2. 单端输入双端输出差放电路,5.2.3-,5.2.3-,3. 单端输入单端输出差放电路,单入单出差放电路与双入单出差放电路等效。,5.2.3-,差分放大电路特点总结:,1) 双端输入、单端输入效果相同,差分放大电路的性能指标仅跟输出方式有关
9、; 2) 双端输出时差模电压增益与单管放大电路形式相同 3) 单端输出时差模电压增益形式上是双端输出时的一半, 4) 4种连接方式的差模输入电阻相同 差模输出电阻及共模电压增益同差分放大电路的输出方式有关。,5.2. 改进型差分放大电路,1. 电流源偏置差分放大电路,为什么要采用电流源?,Re 越大,共模负反馈越强,单端输出时的Ac越小,KCMR越大,差分放大电路的性能越好。 但为使静态电流不变,Re 越大,VEE越大,以至于Re太大就不合理了。 需在低电源条件下,得到趋于无穷大的Re。,解决方法:采用电流源,5.2. 改进型差分放大电路,1. 电流源偏置差分放大电路,等效电阻为无穷大,5.2
10、. 改进型差分放大电路,2. 有源负载差分放大电路,使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的差模放大倍数。,电路的输入、输出方式? 如何设置静态电流? 静态时iO约为多少? 动态时iO约为多少?,静态:,动态:,5.2. 改进型差分放大电路,3. 场效应晶体管差分放大电路: 输入电阻高,偏置电流小,例5-4,当RP滑动端在中点时:,例5-5,uI=10mV,则uId=10mV, uIc=5mV,例5-6,应减小Rc2,例5-6,5.3 互补输出级及功率放大电路,5.3.1 功率放大电路的特点 1.功率放大电路研究的主要问题 2.提高效率的主要途径 5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的
11、分析计算 1.电路组成及基本工作原理 2.功率和效率的分析计算 3.功率晶体管的选择 5.3.3 甲乙类互补对称功率放大电路 5.3.4 单电源供电的互补对称功率放大电路. 5.3.5 集成功率放大电路 1.集成OCL电路 2.集成OTL电路,本节内容,5.3 互补输出级及功率放大电路,功率放大电路:作为多级放大电路的输出级, 尽可能提供足够大的输出功率(不失真).,对输出级的要求:,互补输出级是直接耦合的功率放大电路。 对输出级的要求:带负载能力强;直流功耗小;负载电阻上无直流功耗; 最大不失真输出电压最大。,5.3.1 功率放大电路的特点,1.功率放大电路研究的主要问题,(1)主要技术指标
12、:,最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。 (2) 分析方法:因大信号作用,故应采用图解法。 (3) 晶体管的选用:根据极限参数选择晶体管。 在功放中,晶体管通过的最大集电极或射极电流接近最大集电极电流,承受的最大管压降接近c-e反向击穿电压,消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工作在尽限状态。,(1)甲类方式:晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态 (2)乙类方式:晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 (3)甲乙类方式:晶体管在信号的多半个周期处于导通状态,(1)提高输出功率:在电源电压一定的情况下,最大不失真输出电压最大,即输出功率尽可能大。 (2)减小损耗,提高效率:效率尽可
13、能高,因而电路损耗的直流功率尽可能小,静态时功放管的集电极电流ICQ近似为0。,晶体管的工作方式,5.3.1 功率放大电路的特点,2.提高效率的途径,晶体管的工作方式,1、电路组成及基本原理,静态时V1、V2均截止,UB= UE=0,OCL电路特征:V1、V2特性理想对称。,(1) 静态分析,V1的输入特性,理想化特性,5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算,(2) 动态分析,ui0,电流通路为 +VCCV1RL地, uo = ui,两只管子交替工作,两路电源交替供电,双向跟随。,ui0,电流通路为 地 RLV2 -VCC, uo = ui,5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计
14、算,(2) 动态分析,ui0, uo = ui,ui0, uo = ui,5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算,V1、V2特性理想对称:,输入足够大,V1、V2极限应用:,2、功率和效率的分析计算,5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算,ui0,ui0,ui=0,5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算,(1) 最大输出功率,2、功率和效率的分析计算,极限应用时:,2、功率和效率的分析计算,5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算,(2)电源提供的直流功率,(3)效率,2、功率和效率的分析计算,5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算,(4)晶体管集电极功耗
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