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1、多级放大器及运算放大器第1页，本讲稿共105页要要要要 求：求：求：求：1.1.了解多级放大的概念，了解差动放大电路的了解多级放大的概念，了解差动放大电路的了解多级放大的概念，了解差动放大电路的了解多级放大的概念，了解差动放大电路的工作原理和性能特点。工作原理和性能特点。工作原理和性能特点。工作原理和性能特点。2.2.了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。3.3.理解运算放大器的电压传输特性，理解理想理解运算放大器的电压传输特性，理解理想理解运算放大器的电压传输特性，理解理
2、想理解运算放大器的电压传输特性，理解理想 运算放大器并掌握其基本分析方法。运算放大器并掌握其基本分析方法。运算放大器并掌握其基本分析方法。运算放大器并掌握其基本分析方法。4.4.理解用集成运放组成的比例、加减、微分和理解用集成运放组成的比例、加减、微分和理解用集成运放组成的比例、加减、微分和理解用集成运放组成的比例、加减、微分和 积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理。的工作原理。的工作原理。的工作原理。5.5.理解电压比较器的工作原理和应用。理解电压比较器的工作原理和
3、应用。理解电压比较器的工作原理和应用。理解电压比较器的工作原理和应用。第2页，本讲稿共105页11.1 多级放大器及其级间耦合方式多级放大器及其级间耦合方式多级放大电路的框图多级放大电路的框图多级放大电路的框图多级放大电路的框图多级放大器多级放大器多级放大器多级放大器l输入级接信号源，器输入电阻要大，以减小信号源的电流负担，放大倍输入级接信号源，器输入电阻要大，以减小信号源的电流负担，放大倍数应保证不失真。数应保证不失真。l中间级主要解决放大倍数的问题，也要注意不产生失真。中间级主要解决放大倍数的问题，也要注意不产生失真。l输出级的任务是在前置级输出足够大信号的推动下，供给负载输出级的任务是在
4、前置级输出足够大信号的推动下，供给负载一定的功率，不仅要注意失真的问题，还要使电路的管耗小、一定的功率，不仅要注意失真的问题，还要使电路的管耗小、效率高。效率高。第3页，本讲稿共105页11.1 多级放大器及其级间耦合方式多级放大器及其级间耦合方式 耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。路之间、放大器与负载之间的连接方式。路之间、放大器与负载之间的连接方式。路之间、放大器与负载之间的连接方式。常用的耦合方式：常用的耦合方式：常用的
5、耦合方式：常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器直接耦合、阻容耦合和变压器直接耦合、阻容耦合和变压器直接耦合、阻容耦合和变压器耦合耦合耦合耦合。动态动态动态动态:传送信号传送信号传送信号传送信号减少压降损失减少压降损失减少压降损失减少压降损失 静态：保证各级有合适的静态：保证各级有合适的静态：保证各级有合适的静态：保证各级有合适的QQ点点点点波形不失真波形不失真波形不失真波形不失真对耦合电对耦合电对耦合电对耦合电路的要求路的要求路的要求路的要求耦合方式耦合方式耦合方式耦合方式第4页，本讲稿共105页11.1.1 阻容耦合阻容耦合阻容耦合阻容耦合第一级第一级第一级第一级第二级第二级第二级第二
6、级负载负载负载负载信号源信号源信号源信号源两级之间通过耦合电容两级之间通过耦合电容 C2 与下级输入电阻连接与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2第5页，本讲稿共105页1.1.静态分析静态分析静态分析静态分析 由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不每级的静态工作点互相独立，互不每级的静态工作点互相独立，互不每级的静态工作点互相独立，互不影响，可以各级单独计算影响，可以各级单独计算影响，可以各级单独计算影响，可以各级单独计
7、算。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2第6页，本讲稿共105页2.2.动态分析动态分析动态分析动态分析微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路第一级第一级第二级第二级rbeRB2RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1第7页，本讲稿共105页 阻容耦合放大电路的低频特性差，不能放大变化阻容耦合放大电路的低频特性差，不能放大变化阻容耦合放大电路的低频特性差
8、，不能放大变化阻容耦合放大电路的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。缓慢的信号。缓慢的信号。缓慢的信号。由于集成芯片中不能制作大容量电容，所以阻容由于集成芯片中不能制作大容量电容，所以阻容由于集成芯片中不能制作大容量电容，所以阻容由于集成芯片中不能制作大容量电容，所以阻容耦合放大电路不能集成化，而只用于分立原件电路。耦合放大电路不能集成化，而只用于分立原件电路。耦合放大电路不能集成化，而只用于分立原件电路。耦合放大电路不能集成化，而只用于分立原件电路。阻容耦合的特点阻容耦合的特点阻容耦合的特点阻容耦合的特点第8页，本讲稿共105页例例例例2:2:如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放
9、大电路，已知已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。(1)(1)计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值计算前、后级放大电路的静态值(U UBEBE=0.6V);=0.6V);(2)(2)求放大电路的输入电阻和输出电阻；求放大电路的输入电阻和输出电阻；求放大电路的输入电阻和输出电阻；求放大电路的输入电阻和输出电阻；(3)(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k
10、 82k 43k 7.5k 510 10k 第9页，本讲稿共105页【解解】(1)两级放大电路的静态值可分别计算。两级放大电路的静态值可分别计算。第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器第一级是射极输出器:RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 第10页，本讲稿共105页【解解】第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 第11页，本讲稿共105页【解解】第二
11、级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 第12页，本讲稿共105页rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)(2)计算计算计算计算 r r i i和和和和 r r 0 0 由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻 ri 等等于第一级的输入电阻于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它。第一级是射极输出器，它的输入电阻的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即与负载有关，而射极输出器的负
12、载即是第二级输入电阻是第二级输入电阻 ri2。微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路第13页，本讲稿共105页(2)计算计算 r i和和 r 0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第14页，本讲稿共105页rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)(2)(2)(2)计算计算计算计算 r r i i和和和和 r r 0 0第15页，本讲稿共105页(3)(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器第一级放大电路为射极输出器rbe2RC2rbe1RB1RE1
13、+_+_+_第16页，本讲稿共105页(3)(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数总电压放大倍数rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第17页，本讲稿共105页应用举例应用举例应用举例应用举例镍镉电池恒流充电电路镍镉电池恒流充电电路镍镉电池恒流充电电路镍镉电池恒流充电电路原理原理原理原理:三极管工作三极管工作三极管工作三极管工作于恒流状态，于恒流状态，于恒流状态，于恒流状态，基极电位恒基极电位恒基极电位恒基
14、极电位恒为为为为6V6V；调整；调整；调整；调整转换开关转换开关转换开关转换开关使充电电流使充电电流使充电电流使充电电流限制在限制在限制在限制在50mA50mA和和和和100mA;100mA;性能性能:正常充电时间正常充电时间7 7小时左右小时左右;充充电电流为恒定电电流为恒定值；充电电流值；充电电流大小由电池额定容量确定。大小由电池额定容量确定。LED电电池池R3u2TrD 220V220V220V220VR2S50mA50mA100mA100mADZ6V6V6V6V+R5R4R1C+T第18页，本讲稿共105页 LEDLED发光二极发光二极管承受正向电管承受正向电压导通发光压导通发光,发光
15、强度与通发光强度与通过的电流大小过的电流大小有关。有关。LED与与R5串联后，串联后，接于接于R4 两端，两端，R4两端电压两端电压的大小，反映充电电流的的大小，反映充电电流的大小，大小，LED发光的亮、暗发光的亮、暗指示指示S的位置的位置,R5是是LED的限流电阻的限流电阻,使通过使通过LED的电流限制在一定数值。的电流限制在一定数值。LED电电池池R3u2TrD 220V220V220V220VR2S50mA50mA100mA100mADZ6V6V6V6V+R5R4R1C+T第19页，本讲稿共105页11.1.2 直接耦合直接耦合直接耦合：直接耦合：直接耦合：直接耦合：将前级的输出端直接接
16、后级的输入端。将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE2第20页，本讲稿共105页2.2.零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移：零点漂移：零点漂移：零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。缓慢地、无规则地变化的现象。uot0产生的原因：产生的原因：产生的原因：产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压晶体管参数随温度变化、电源电压 波动、电路元件参数的变化。波动、电路元件参数的变化。直接耦合存
17、在的两个问题：直接耦合存在的两个问题：直接耦合存在的两个问题：直接耦合存在的两个问题：1.前后级静态工作点相互影响前后级静态工作点相互影响第21页，本讲稿共105页 由于前、后级电路直接相连，各级静态工作点相由于前、后级电路直接相连，各级静态工作点相由于前、后级电路直接相连，各级静态工作点相由于前、后级电路直接相连，各级静态工作点相互影响且逐级提高，输入信号为零时输出信号不为互影响且逐级提高，输入信号为零时输出信号不为互影响且逐级提高，输入信号为零时输出信号不为互影响且逐级提高，输入信号为零时输出信号不为零。而且当调整电路的某一参数时，可能带来多级零。而且当调整电路的某一参数时，可能带来多级零
18、。而且当调整电路的某一参数时，可能带来多级零。而且当调整电路的某一参数时，可能带来多级电路静态工作点的变化，这就给电路的设计和调试电路静态工作点的变化，这就给电路的设计和调试电路静态工作点的变化，这就给电路的设计和调试电路静态工作点的变化，这就给电路的设计和调试带来一定的困难。带来一定的困难。带来一定的困难。带来一定的困难。由于电路中没有耦合电容，直接耦合放大电路由于电路中没有耦合电容，直接耦合放大电路由于电路中没有耦合电容，直接耦合放大电路由于电路中没有耦合电容，直接耦合放大电路具有很好的低频特性，能够放大变化缓慢的信号，具有很好的低频特性，能够放大变化缓慢的信号，具有很好的低频特性，能够放
19、大变化缓慢的信号，具有很好的低频特性，能够放大变化缓慢的信号，而且便于集成化。目前集成放大电路几乎均为直接而且便于集成化。目前集成放大电路几乎均为直接而且便于集成化。目前集成放大电路几乎均为直接而且便于集成化。目前集成放大电路几乎均为直接耦合放大电路。耦合放大电路。耦合放大电路。耦合放大电路。直接耦合的特点直接耦合的特点直接耦合的特点直接耦合的特点第22页，本讲稿共105页 直接耦合电路可以放大信号频率趋于零的小信号，直接耦合电路可以放大信号频率趋于零的小信号，直接耦合电路可以放大信号频率趋于零的小信号，直接耦合电路可以放大信号频率趋于零的小信号，如前级因受环境影响工作点有微小的变化，后级可如
20、前级因受环境影响工作点有微小的变化，后级可如前级因受环境影响工作点有微小的变化，后级可如前级因受环境影响工作点有微小的变化，后级可以将这一变化的信号加以放大形成更大的输出，这以将这一变化的信号加以放大形成更大的输出，这以将这一变化的信号加以放大形成更大的输出，这以将这一变化的信号加以放大形成更大的输出，这种现象为种现象为种现象为种现象为零点漂移零点漂移零点漂移零点漂移。直接耦合的特点直接耦合的特点直接耦合的特点直接耦合的特点第23页，本讲稿共105页 若由于温度的升高若由于温度的升高若由于温度的升高若由于温度的升高 I IC1C1增加增加增加增加 1%1%，试计算输出电压，试计算输出电压，试计
21、算输出电压，试计算输出电压U Uo o变化了多少？变化了多少？变化了多少？变化了多少？已知：已知：UZ=4V，UBE=0.6V，RC1=3k，RC2=500 ，1=2=50。温度升高前，温度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。IC1=2.3 1.01=2.323 mAUC1=UZ+UBE2=4+0.6=4.6 V例：例：例：例：uZ+UCCuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2+RDZ第24页，本讲稿共105页 已知：已知：UZ=4V，UBE=0.6V，RC1=3k，RC2=500 ，1=2=50。温度升高前，温度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。IC2=2 IC2=5
22、0 0.147=7.35mA U Uo o=8.325=8.3257.75=0.575V7.75=0.575V 提高了提高了提高了提高了7.42%7.42%可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发生了变化即有零点漂移现象。出电压发生了变化即有零点漂移现象。出电压发生了变化即有零点漂移现象。出电压发生了变化即有零点漂移现象。例：例：例：例：uZ+UCCuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2+RDZ第25页，本讲稿共105页零点漂移的危害：零点漂移的危害：零点漂
23、移的危害：零点漂移的危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。效信号电压还是漂移电压。一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。压作为衡量零点漂移的指标。输入端等效输入端等效输入端等效输入端等效漂移电压漂移电压漂移电压漂移电压输出端输出端输出端输出端漂移电压漂移电压漂移电压漂移电压电压电压电压电压放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数 只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多
24、时，放只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。大后的有用信号才能被很好地区分出来。第26页，本讲稿共105页 由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。良好的低频特性。通频带通频带通频带通频带f|Au|0.707|Auo|0fH|Auo|幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性 抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。的一个重要的问题。适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。是直接耦合。第2
25、7页，本讲稿共105页11.1.311.1.3 变压器耦合变压器耦合变压器耦合：变压器耦合：变压器耦合：变压器耦合：级与级之间通过变压器连接起来的方式。级与级之间通过变压器连接起来的方式。各级电路的静态工作点相互独立，便于设计与调试；但各级电路的静态工作点相互独立，便于设计与调试；但高低频信号传递效果均不好，不可以放大变化缓慢的信高低频信号传递效果均不好，不可以放大变化缓慢的信号，且笨重、不能集成化。号，且笨重、不能集成化。第28页，本讲稿共105页11.1.4 差动放大电路差动放大电路差动放大电路的工作情况差动放大电路的工作情况差动放大电路的工作情况差动放大电路的工作情况 电路结构对称，在理
26、想的情况下，两管的特性及对电路结构对称，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。应电阻元件的参数值都相等。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大原理电路差动放大原理电路差动放大原理电路差动放大原理电路+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2两个输入、两个输入、两个输出两个输出两管两管静态工静态工作点相同作点相同第29页，本讲稿共105页1.1.零点漂移的抑制零点漂移的抑制零点漂移的抑制零点漂移的抑制uo=VC1 VC2 =0uo=(VC1+VC1 )(VC2+VC2)=0静态时，静态时，ui1=
27、ui2 =0当温度升高时当温度升高时ICVC （两管变化量相等）（两管变化量相等）对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。抑制作用。抑制作用。抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2第30页，本讲稿共105页2.2.有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出两管集
28、电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即电压为零，即电压为零，即电压为零，即对共模信号没有放大能力对共模信号没有放大能力对共模信号没有放大能力对共模信号没有放大能力。1)1)共模信号共模信号共模信号共模信号 u ui1 i1=u ui2i2大小相等、极性相同大小相等、极性相同大小相等、极性相同大小相等、极性相同 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。对零点漂移的抑制水平。对零点漂移的抑制水平。对零点漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1R
29、CRB2RB1+ui1ui2+T2+共模信号共模信号 需要抑制需要抑制第31页，本讲稿共105页+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T22.2.有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，2)2)差模信号差模信号差模信号差模信号 u ui1 i1=u ui2i2大小相等、极性相反大小相等、极性相反大小相等、极性相反大小相等、极性相反差模信号差模信号 是有用信号是有用信
30、号u uo o=(=(V VC1C1 V VC1C1 )(V VC2 C2+V VC C )=)=2 2 V VC1 C1 即即即即对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力。+第32页，本讲稿共105页3)3)比较输入比较输入比较输入比较输入 u ui1 i1、u ui2 i2 大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。例例1:ui1=10 mV,ui2=6 mV ui2=8 mV 2 mV 例例2:ui1=20 mV,ui2=16 mV 可分解成可分解成:ui1=18 mV +2 mV ui2=18 mV 2 mV
31、 可分解成可分解成:ui1=8 mV +2 mV共模信号共模信号共模信号共模信号差模信号差模信号差模信号差模信号 放大器只放大器只放大器只放大器只 放大两个放大两个放大两个放大两个 输入信号输入信号输入信号输入信号 的差值信的差值信的差值信的差值信 号号号号差动差动差动差动 放大电路。放大电路。放大电路。放大电路。这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。系统中是常见的。第33页，本讲稿共105页 1)1)差模电压增益差模电压增益差模电压增益差模电压增益（差模放大倍数）（差模放大倍数）（差模放大倍数）（差模放大倍数）3.3.主要参数主要参数
32、主要参数主要参数 2)2)共模电压增益共模电压增益共模电压增益共模电压增益（共模放大倍数）（共模放大倍数）（共模放大倍数）（共模放大倍数）3)3)总输出电压总输出电压总输出电压总输出电压u uo o=A Ac c u uic ic+A Ad d u uidid第34页，本讲稿共105页（Common Mode Rejection Ratio)全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。信号的能力。信号的能力。信号的能力。差模放大倍数差模放大倍数差模放大倍数差模
33、放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数 K KCMRRCMRR越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。4)4)共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比第35页，本讲稿共105页 若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数 Ac=0 输出电压输出电压 u uo o =A Ad d （u ui1
34、 i1 u ui2 i2）=A Ad d u uidid 若电路不完全对称，则若电路不完全对称，则 Ac 0，实际输出电压实际输出电压 u uo o =A Ac c u uic ic+A Ad d u uid id 即共模信号对输出有影响即共模信号对输出有影响。第36页，本讲稿共105页11.1.5 差动放大电路的输入输出方式差动放大电路的输入输出方式差动放大电路的输入输出方式差动放大电路的输入输出方式四四种种输输入入输输出出方方式式第37页，本讲稿共105页11.1.6 多级放大器的分析多级放大器的分析多级放大器的分析多级放大器的分析1.静态工作点分析静态工作点分析 对阻容耦合和变压器耦合电
35、路，由于各级工作点之间是相互隔离对阻容耦合和变压器耦合电路，由于各级工作点之间是相互隔离的，因此可以运用单级放大器工作点的方法计算。对直接耦合电的，因此可以运用单级放大器工作点的方法计算。对直接耦合电路，因其工作点相互牵制，要通过联立方程来计算静态工作点。路，因其工作点相互牵制，要通过联立方程来计算静态工作点。2.动态分析动态分析(1)电压放大倍数电压放大倍数Au。多级放大电路总的电压放大倍数等于各级放大倍数的连乘积，多级放大电路总的电压放大倍数等于各级放大倍数的连乘积，即即注意：计算注意：计算n级中每一级的电压放大倍数时，必须考虑前后级之级中每一级的电压放大倍数时，必须考虑前后级之间的相互影
36、响，一般是将后级输入电阻作为前级负载。间的相互影响，一般是将后级输入电阻作为前级负载。第38页，本讲稿共105页11.1.611.1.6 多级放大器的分析多级放大器的分析(2)输入电阻输入电阻ri和输出电阻和输出电阻ro。一般说来，一般说来，多级放大器的输入电阻就是输入级的输入电阻多级放大器的输入电阻就是输入级的输入电阻；输出电阻就是输出级的输出电阻输出电阻就是输出级的输出电阻。第39页，本讲稿共105页11.1.7 典型差动放大电路典型差动放大电路+UCCCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+T2 2EE+R RE E的作用：的作用：的作用：的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的
37、漂移。稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。EE：用于补偿：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。上的压降，以获得合适的工作点。第40页，本讲稿共105页11.2 集成运算放大器集成运算放大器特点：体积小，重量轻，耗电省特点：体积小，重量轻，耗电省特点：体积小，重量轻，耗电省特点：体积小，重量轻，耗电省(低功耗低功耗低功耗低功耗)，可靠性高，可靠性高，可靠性高，可靠性高集成电路集成电路集成电路集成电路(Integrated Circuits,IC)(Integrated Circuits,IC)：是在半导体制造工艺的基础上，是在半导体制造工艺的基础上，是在半导体制造工艺的基础上，是在半导体制
38、造工艺的基础上，把整个电路中的元器件把整个电路中的元器件把整个电路中的元器件把整个电路中的元器件(例如三极管、电阻例如三极管、电阻例如三极管、电阻例如三极管、电阻)及其连接导线，制作在一及其连接导线，制作在一及其连接导线，制作在一及其连接导线，制作在一块硅片上，构成特定功能的电子电路。块硅片上，构成特定功能的电子电路。块硅片上，构成特定功能的电子电路。块硅片上，构成特定功能的电子电路。分类：分类：分类：分类：(1)(1)按产品情况分：按产品情况分：按产品情况分：按产品情况分：集成运算放大器，集成功率放大器，集成稳压器，时基电路等。集成运算放大器，集成功率放大器，集成稳压器，时基电路等。集成运算
39、放大器，集成功率放大器，集成稳压器，时基电路等。集成运算放大器，集成功率放大器，集成稳压器，时基电路等。(2)(2)按单片上集成的元器件数目分：按单片上集成的元器件数目分：按单片上集成的元器件数目分：按单片上集成的元器件数目分：小规模小规模小规模小规模SSISSI，中规模，中规模，中规模，中规模MSIMSI，大规模，大规模，大规模，大规模LSILSI，超大规模，超大规模，超大规模，超大规模VLSIVLSI。(3)(3)按信号分：模拟集成电路，数字集成电路。按信号分：模拟集成电路，数字集成电路。按信号分：模拟集成电路，数字集成电路。按信号分：模拟集成电路，数字集成电路。第41页，本讲稿共105页
40、11.2.1 集成运算放大器集成运算放大器 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。一种模拟集成电路。特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸Auo 高高:80dB140dBrid 高高:105 1011 ro 低低:几十几十 几百几百 KCMRR高高:70dB130dB集成运放的符号：集成运放的符号：集成运放的符号：集成运放的符号：uo+
41、Auou+u。+UCCUEE 第42页，本讲稿共105页+UCCUEEu uo ouu+11.2.2 11.2.2 电路的简单说明电路的简单说明电路的简单说明电路的简单说明输入级输入级中间级中间级 输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端 输入级：输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差放信号，都采用带恒流源的差放。中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。共发射极放大电路构成。输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能与负载相接
42、，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。第43页，本讲稿共105页11.2.3 主要参数主要参数1.最大允许输出电压最大允许输出电压 UOmax 额定电压和额定负载下，不出现明显非线性失真的额定电压和额定负载下，不出现明显非线性失真的最大输出电压峰值。最大输出电压峰值。2.开环电压放大倍数开环电压放大倍数 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6.最大共模输入电压最大共模输入电压
43、 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。愈小愈好愈小愈好愈小愈好愈小愈好3.输入失调电压输入失调电压 UIO4.输入失调电流输入失调电流 IIO5.输入偏置电流输入偏置电流 IIB第44页，本讲稿共105页11.2.3 主要参数主要参数7.最大差模输入电压最大差模输入电压 Uidm 运放两个输入端之间能承受的最大差值电压。运放两个输入端之间能承受的最大差值电压。8.共模抑制比共模抑制比 KCMRR 9.差模输入电阻差模输入电阻rid、输出电阻、输出电阻
44、ro10.转换速率转换速率 SR第45页，本讲稿共105页11.2.4 理想运算放大器的线性分析特点理想运算放大器的线性分析特点1.1.理想运算放大器理想运算放大器理想运算放大器理想运算放大器Auo ，rid ，ro 0，KCMRR 2.2.电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性 u uo o=f f(u ui i)线性区：线性区：uo=Auo（u+u）非线性区：非线性区：u+u 时，时，uo=+UoM u+u 时，时，uo=+UoM u+0 ui=Ui 0时，时，|T(j)|衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的的信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小
45、，而使高于而使高于 0的信号不易通过，的信号不易通过，衰减很大，衰减很大，称一称一 阶有源低通阶有源低通滤波器。滤波器。为了改善滤波效果，为了改善滤波效果，使使 0 时信号衰减得时信号衰减得更快些，常将两节更快些，常将两节RC滤滤波环节串接起来，波环节串接起来，组成组成二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器。uoRFCR+R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性 0|Auf0|T(j)|o第72页，本讲稿共105页2.2.有源高通滤波器有源高通滤波器有源高通滤波器有源高通滤波器uiuoRFCR+R1+设输入为正弦波信号，则有设输入为正弦波信号，则有故：故：第73页，本讲稿共105页
46、可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于 0 的信号通过的信号通过，而小于，而小于 0 的信号被阻止，称为的信号被阻止，称为有源高通滤波器有源高通滤波器。若频率若频率若频率若频率 为变量，则为变量，则为变量，则为变量，则电路的传递函数电路的传递函数电路的传递函数电路的传递函数其模为其模为 幅频特性幅频特性 0|Auf0|T(j)|o第74页，本讲稿共105页11.4 集成运算放大器集成运算放大器的非线性应用分析的非线性应用分析当集成运放处于开环或引入正反馈当集成运放处于开环或引入正反馈当集成运放处于开环或引入正反馈当集成运放处于开环或引入正反馈使其工作于非线性区时，称为使其工作于非线性区时，称
47、为使其工作于非线性区时，称为使其工作于非线性区时，称为集成集成集成集成运算放大器的非线性应用运算放大器的非线性应用运算放大器的非线性应用运算放大器的非线性应用。第75页，本讲稿共105页模拟开关模拟开关模拟输入信号模拟输入信号1.1.电路电路11.4.1 11.4.1 采样保持电路采样保持电路 Suc+ui+uo+采样保持电路采样保持电路，多用于模一数转换电路（，多用于模一数转换电路（A/D）之）之前。由于前。由于A/D 转换需要一定的时间，所以在进行转换需要一定的时间，所以在进行A/D 转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足
48、存一段时间，以满足A/D 转换电路的需要。转换电路的需要。用于数字电路、用于数字电路、用于数字电路、用于数字电路、计算机控制及程序计算机控制及程序计算机控制及程序计算机控制及程序控制等装置中。控制等装置中。控制等装置中。控制等装置中。采样存储采样存储电容电容控制信号控制信号电压跟随器电压跟随器第76页，本讲稿共105页2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理11.4.1 采样保持电路采样保持电路采样保持电路采样保持电路 Suc+ui+uo+1.1.电路电路电路电路采样阶段采样阶段采样阶段采样阶段：uG为高电平，为高电平，S 闭合闭合(场效应管导通场效应管导通)，ui对存储电容对存储电容C充电，
49、充电，uo=uc=ui。保持阶段保持阶段保持阶段保持阶段：uG为为 0，S 断开断开(场效应管截止场效应管截止)，输出，输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。保持该阶段开始瞬间的值不变。采样脉冲采样脉冲采样脉冲采样脉冲uitouGto采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。第77页，本讲稿共105页11.4.2 电压比较器电压比较器功能：功能：功能：功能：电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。
50、由此来平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的判断输入信号的 大小和极性。大小和极性。用途：用途：用途：用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合术领域，以及波形产生及变换等场合。运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。第78页，本讲稿共105页理想运放工作在非线性区的特点：理想运放工作在非线性区的特点：理想运放工作在非线性区的特点：理想运放工作在非线性区的特点：输出只有两种可能输出只有两种可能输出只有两种可能