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1、第三节 集成运放的基本组成部分,偏置电路,差分放大输入级,中间级,输出级,下页,总目录,向各放大级提供合适的偏置电流,克服零点漂移,提供负载所需功率及效率,提供电压放大倍数,集成运放的基本组成部分,下页,上页,首页,一、偏置电路,1. 镜像电流源,IC2 IREF,IREF - 2IB,当 2 时,下页,上页,首页,UBE1 UBE2,2. 比例电流源,UBE1 + IE1R1,= UBE2 + IE2R2,IE1R1 IE2R2,下页,上页,首页,3. 微电流源,UBE1 UBE2 = IE2Re, IC2Re,UBE1 UBE2, IC2 Re,下页,上页,首页,例5.3.1 图示为集成运
2、放LM741偏置电路的一部分，假设VCC =VEE =15V ，所有三极管的UBE =0.7V ，其中NPN三极管的2，横向PNP三极管的= 2 ，电阻R5 =39k 。,下页,上页,估算基准电流IREF ；分析电路中各三极管组成何种电流源；估算VT13的集电极电流IC13 ；若要求IC10 =28A，试估算电阻R4的阻值。,首页,下页,上页,+VCC,解：,由图可得, VT12与VT13组成镜像电流源， VT10 、 VT11与R4组成微电流源。,首页,下页,上页,不能简单认为Ic13 IREF 。, 可认为 IC11 IREF 。,首页,二、差分放大输入级,1. 基本形式差分放大电路,电路
3、结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。,两个输入、两个输出,两管静态工作点相同,（1）电路组成,下页,上页,首页,温度变化时， uC1 和uC2 变化一致， uO 保持不变。,uO= uC1 uC2 = 0,uo= (uC1 + uC1 ) (uC2 + uC2 ) = 0,静态时，ui1 = ui2 = 0,当温度升高时ICVC （两管变化量相等）,对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。,下页,上页,首页,（2）差模输入电压和共模输入电压,差模输入电压 uId 两个输入电压大小相等、极性相反。,下页,上页,差模输入电压,首页,下页,上页,共模输入电压
4、 uIc 两个输入电压大小相等、极性也相同。,共模输入电压,首页,下页,上页,实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、任意极性的输入电压uI1和uI2 ，都可以将它们认为是某个差模输入电压和某个共模输入电压的组合。,其中差模输入电压uId和共模输入电压uIc的值分别为:,例5.3.2 uI1 = 5 mV, uI2 = 1 mV,则: uId = 2mV uIc = 3 mV,首页,差模电压放大倍数 Ad,牺牲一个放大管的放大倍数换取对零点漂移的抑制，但不理想，因电路不可能完全对称，单端输出时失去对零点漂移的抑制能力。,下页,上页,（3）差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比,
5、首页,共模放大倍数,共模抑制比,下页,上页,差模放大倍数,共模放大倍数,KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。,共模抑制比,首页,2. 长尾式差分放大电路,引入共模负反馈降低单管零点漂移提高了共模抑制比,补偿Re 上的直流压降，提供静态基极电流,下页,上页,(1) 电路组成,首页,(2) 静态分析,IBQR + UBEQ + 2 IEQRe = VEE,VCC - ICQ Rc,IBQ,- IBQ R,UC,UC,UB,下页,上页,首页,仿真,（3） 动态分析,= Au1,Ro = 2 Rc,uc2,uc1,下页,上页,uo =2uc1,ui =uI1 - u
6、I2 =2uI1,首页,例5.3.3在长尾式差分放大电路中常接入调零电阻Rw确保静态时输出为零，如右图所示。,静态分析：,IBQ=,VEE -UBEQ,R + (1+ )（ 2Re +0.5 Rw ),UCQ = VCC - ICQ Rc,ICQ IBQ,UBQ = - IBQ R,IBQR + UBEQ + IEQ （ 2 Re +0.5 Rw ) = VEE,下页,上页,首页,动态分析：,Ad =,uo,uI,= Au1,Ad = -,R+ rbe +,Ro = 2 Rc,uI1=,（R+rbe）,ib+ 0.5Rw ie,uc1=,（1+ ）,下页,上页,首页,3.恒流源式差分放大电路用
7、恒流三极管代替阻值很大的长尾电阻Re ，既可有效抑制零漂，又便于集成。,（1） 电路组成,下页,上页,首页,(2) 静态分析通常可从确定恒流三极管的电流开始。,UBQ1 = UBQ2,= - IBQ1 R,UCQ1 = UCQ2,= VCC - ICQ1Rc,下页,上页,首页,仿真,例5.3.4 估算图示电路的静态工作点和差模电压放大倍数Ad 。,下页,上页,首页,UB1 = - IB1R,UC1,UC2,解：静态工作点,下页,上页,UC1 =VCC - ICQRC,首页,仿真,解：差模电压放大倍数,下页,上页,恒流源式差放的交流通路与长尾式电路的交流通路相同二者的差模电压放大倍数、差模输入电
8、阻和输出电阻均相同,首页,4.差分放大电路的输入、输出接法,（1） 双端输入、双端输出,下页,上页,首页,（2） 双端输入、单端输出,将双端信号转化为单端信号。,下页,上页,首页,（3） 单端输入、双端输出,将单端信号转化为双端输出。,下页,上页,首页,（4） 单端输入、单端输出,抑制零漂能力较强,可使输入、输出电压反相或同相。,下页,上页,首页,仿真,结论：1. 双端输出时,Ad Au1,Ro = 2 Rc,理想情况下KCMR= ,2. 单端输出时,Ro = Rc,KCMR不如双端输出时高，可选择从不同的三极管输出，使uI与uO反相或同相。,单端输入时两个三极管仍基本工作在差分状态。,下页,
9、上页,首页,三、中间级,1. 有源负载,要求有较高的电压增益和输入电阻，向输出级提供较大的推动电流，实现双端与单端信号间的转换。,放大管,用三极管代替负载电阻Rc，组成有源负载，获得较高的电压放大倍数,下页,上页,首页,2. 复合管,集成运放的中间级采用复合管时，不仅可以得到很高的电流放大系数，以便提高本级的电压放大倍数，而且能够大大提高本级的输入电阻，以免对前级放大倍数产生不良影响。,根据基准电流IREF ，即可确定放大管的工作电流。,下页,上页,首页,下页,上页,iC2 - iC4,iC3iC4,iC1iC3,iC1 = - iC2,iO = iC4 - iC2 = 2iC4,放大管 足够
10、大,电路虽然采用单端输出接法，却可以得到相当于双端输出时的输出电流变化量。,有源负载,有源负载差分放大电路,首页,四、输出级,集成运放输出级的主要作用是提供足够的输出功率以满足负载的需要，同时还应具有较低的输出电阻，以增强带负载能力。有较高的输入电阻，以免影响前级的电压放大倍数。一般不要求输出级提供很高的电压放大倍数。应设法尽可能减小输出波形的失真。应有过载保护，以防止在输出端意外短路或负载电流过大时烧毁功率三极管。,下页,上页,首页,1. 互补对称电路,下页,上页,集成运放的输出级基本上都采用各种形式的互补对称电路。为了避免产生交越失真，实际上通常采用甲乙类的OCL或OTL互补对称电路。当集成运放的输出功率比较大时，常常采用由两个或两个以上三极管组成的复合管所构成的互补对称电路或准互补对称电路，以免要求前级放大级提供的推动电流太大。,首页,2. 过载保护电路,VD3 、VD4 和 Re1 、 Re2组成过载保护电路。工作电流正常时，VD3 、VD4 截止。若VT1正向电流增大，VD3导通，将VT1的基流分流，若VT2 反向电流增大，VD4导通，将VT2的基流分流。,下页,上页,首页,VT3 、VT4 和 Re1 、 Re2组成过载保护电路。其工作原理与二极管过载保护电路类似。,下页,上页,首页,上页,首页,课堂练习,