模电课件3刘润华

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Chapter 3 集成运算放大器 n 集成运放简介 n 集成运放的单元电路 n 通用型集成运算放大器 n 集成运放的主要参数 n 集成运算放大器的电压传输特性 和理想模型 n 专用型集成运算放大器 1 3.1 集成运放简介3.1.1 简介 集成电路是60年代初期发展起来的。 采用半导体制造工艺,在一小块硅单晶片上制作具有特定功能的电子线路。集成电路分为:模拟集成电路与数字集成电路。 在模拟集成电路中,运算放大器(早期用于模拟计算机的数学运算)发展最早,应用最广泛。随着集成技术与集成工艺的迅速发展,其他类型的模拟集成电路也取得了非常大的进展,如混频器、调制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大器、电压比较器、A/D或D/A转换器等 23.1.2 组成集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路。 采用具有两个输入端 增益的主要贡献者,通常 子的差动放大电路 是共射组态的放大电路 ui ? 输入级 中间级 输出级 ui + 偏置电路 由有较强带负载能力 多数由恒流源 的互补推挽电路组成 电路组成 3 3.1.3 特点集成运放在内部结构上充分利用集成工艺的特点。 1、集成工艺难以制作电感和较大容量的电容(一般只能制作200pF以下的电容)。集成运放均采用直接耦合方式。 2、集成电路中的电阻多是半导体的体电阻,阻值越大,所占硅片面积越大。故利用有源电阻作为大阻值的电阻。 3、集成工艺较易制作良好匹配性的同种元、器件,在集成运放中广泛采用对称性电路结构。 4 集成运放的许多重要参数均取决于输入级。差动输入是集成运放中重要的基本单元电路,它能有效地抑制零点漂移,提供一定的增益,具有低噪声等性能。 n 差动放大电路的组成与原理 n 差动放大电路的分析计算 5 1、典型差放电路组成 差动放大电路是由两个结构对称、参数完全相同的共射放大电路组成。 输入信号分别由2个 BJT的基极输入;输出取自2个管子的集电极之间。 62、差模信号与共模信号的概念差模信号:指在两个输入端加上幅度相等,极性相反的信号。共模信号:指在两个输入端加上幅度相等,极性相同的信号。 7 一般信号设差放两个输入信号为:ui1、ui2。定义输入信号的差模分量为:uid ? ui1 ? ui2 uod Aud ? ——差模增益 uid 1输入信号的共模分量为: u ? (u ? u ) ic 2 i1 i2 uoc Auc ? ——共模增益 uic 8 电路的输入信号一般是差模和共模信号共存的。可分解为差模分量信号与共模分量信号: 1 u ? u ? u i1 2 id ic 1 u ? ? u ? u i2 2 id ic ui1=10 mV, ui2=8 mV 则uid=2 mV, uic=9 mV ui1=1+9 mV, ui2=-1+9 mV 根据线性电路叠加定理,可得一般输入信号时差放输出电压的表达式 uo ? Aud ? uid ? Auc ? uic ? uod ? uoc 9 3、差放抑制共模信号的原理 (1)发射极电阻Re的作用 通过引入很强的负反馈作用,能自动控制IE基本不变。稳定过程如下: Re —— 共模抑制电阻T? 因VEE不变 ?IE1(IE2)? ?2IERE? UBE1(UBE2)?UIC ? IE1(IE2)? ?IB1(IB2)? 10 (2)输出端取电压差(uo1?uo2)抑制法当输入端加共模( ui1=ui2 )信号时,2个输出端电压有 uo1=uo2 输出端取电压差时, uoc= uo1?uo2 =0 uoc uo1 ? uo2 Auc ? ? ? 0 uic uic理想差放对共模信号没有放大能力(完全被抑制)。 由温度漂移产生的输出电压变化,折算到输入端,就相当与在输入端引入了共模信号。差放可有效抑制温漂。 11 1、差放的静态分析 静态时:ui1=ui2=0 设电路完全对称。 由?VEE回路得 VEE=IBRb+UBE+2IERe 通常,β>>1,UBE<<VEE, IBRb<<IERe VEE IE ? 2Re 取VEE =VCCUCE=VCC?(?VEE) ?ICRc ?2IERe U ≈2V ?I (R + 2R ) CE CC E c e 12 差分放大电路的差模工作状态分为四种: a. 双端输入、双端输出(双----双) b. 双端输入、单端输出(双----单) c. 单端输入、双端输出(单----双) d. 单端输入、单端输出(单----单)主要讨论的问题有: 差模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻 13 因输入差模信号,Re上信号电流方向相反,无信号压降,可视为 。 RL两端电压变 化方向相反, 中间电位不变, + uo - 相当于 。 RL/2 故RL分为相等 的两部分。 14 + uo - RL/2 RL ? Rc // uo uo1 uo2 2uo1 2Aud ? ? ? ? Au1 ? ?? uid ui1 ? ui2 2ui1 Rb ? rbe ( ) rid ? 2 Rb ? rbe rod ? 2Rc 15 uod uo1Aud ? ? uid ui1 ? ui2 u 1 R // R ? o1 ? ? ? c L 2ui1 2 Rb ? rbe ( ) rid ? 2 Rb ? rbe rod ? Rc 这种方式用于将双端差分信号转换成单端输出信号, 可用于输出负载接地的情况。 16 单端输入信号可以转换为双端输入。Re 对 ie 分流极小,可忽略。 则 ui1 = ? ui2 = ui /2 R R // L c 2 Aud ? ?? Rb ? rbe 这种方式用于将单 端信号转换成双端差分 信号, 可用于输出负载 不接地的情况。 17设ui1=ui, ui2=0若uo=uo1, uo1Aud ? ? 0 ui ——反相放大若uo=uo2, u A ? o2 ? 0 ud , 的情况与 ui ui2=ui ui1=0 此相类似。——同相放大 18 输入共模信号时,2管产生的交流电流 ie 数值相同,Re上总共模信号电流方向为2 ie 。 在画单管回路时, 为保证Re电压不变, 每单管发射极电阻 应折算为2Re。在uic作用下,有 uo1= uo2RL中共模信号电流为零,相当于断开。 19 uoc uo1 ? uo2Auc ? ? ? 0 uic uic 说明无共模信号 放大能力。 uic
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