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1、Ref:Chapter 11_Differential and Multistage AmplifiersThe Differential AmplifierThe Operational Amplifier6.1.1 概述6.1.2 基本差动放大器长尾式差放6.1.3 带恒流源的差动放大器6.1.4 差放应用土壤干湿指示器6.1.5 基本要求与小结6.1.1 概 述 一、特点（实质）DC input voltages can be amplified fL=0 二、存在问题 零漂零漂严重！三、解决 采用采用差动放大器差动放大器(Differential Amplifier or Diff-A
2、mp)直接直接耦合vovi1vi2Differential amplifiervo=Ad(vi1-vi2)一、组成(Configuration)对称对称的两个共射电路通过射极公共电阻公共电阻耦合而成 BJT Diferential_Pair:1=2=VBE1=VBE2=VBE rbe1=rbe2=rbe ICBO1=ICBO2=ICBO RC1=RC2=RC Rs1=Rs2=Rs6.1.2 基本差动放大器基本差动放大器长尾式差放长尾式差放Re(阻值大，故称长尾巴阻值大，故称长尾巴)二、输入和输出方式两个输入端：双端输出双端输出(two-sided output)单端输出单端输出(one-sid
3、ed input)双端输入双端输入(two-sided input)单端输入单端输入(single-sided input)两个输出端：双入双出双入双出 单入双出单入双出双入单出双入单出 单入单出单入单出四种接法：三、差模信号和共模信号差模信号差模信号(differential-mode)大小相等，极性相同大小相等，极性相同vsc1=vsc2共模信号共模信号(common-mode)大小相等，极性相反大小相等，极性相反vsd1=-vsd2任意信号分解为任意信号分解为共模信号共模信号和和差模信号差模信号例：例：vi1=10mv,vi2=6mv*差模信号定义2：vsd=vi1-vi2抑制共模抑制共
4、模(零漂、干扰)四、特点放大差模放大差模1、对称性(双出)2、大Re (单出)共模信号放大倍数极小！iRe=0双出vo=2vo1(vo2)(单出)联体处为联体处为“差模地差模地”(signal ground)一、一、静态计算(Q1、Q2)（空载）忽略忽略IB1、IB2，即：，即：VB1=VB2=0入手点：入手点：IRe五、性能分析？何种偏置？何种偏置？二、二、动态计算（AV、Ri、Ro）(一）差模参数一）差模参数（AVd、Rid、Ro）（二）共模参数（二）共模参数（AVc、Ric、Ro）与差放接法有关 1.双入双出 2.双入单出 3.单入双出 4.单入单出四种接法(1)Avd差模电压放大倍数双
5、入双出差放(2)差模输入电阻(3)输出电阻 (一）差模参数（AVd、Rid、Ro）双入单出差放(1)Avd差模电压放大倍数(2)差模输入电阻(3)输出电阻 对臂输出，对臂输出，极性极性相反相反！单入双出单入单入=双入双入vi1=vi2 =vi/2 单入双出故：Re 对 Ie 分流极小，可忽略！Avc共模放大倍数（二）共模参数（AVc、Ric、Ro）单出：单出：双出：双出：KCMR共模抑制比，或双出：单出：差放输出差放输出：(Common Mode Rejection Ratio)or恒流源电流：恒流源电流：6.1.3 带恒流源的差动放大器带恒流源的差动放大器Diff-amp Biased by
6、 a Constant-Current Source恒流源特点恒流源特点：动态电阻大 直流电阻小ReQ不变不变V VEEEEK KCMRCMR长尾式差放的长尾式差放的缺点缺点：6.1.4 差放应用差放应用土壤干湿指示器土壤干湿指示器6.1.5 基本要求与小结基本要求与小结掌握掌握：差放组成、特点、基本概念 及静动态指标计算6.2.1 结构与符号6.2.2 主要参数6.2.3 分类6.2.4 使用6.2.5 理想运放Analog ICThe Operational Amplifier(Op-Amp)运算放大器实质实质：高增益直接耦合放大电路 命名：早期应用一、方框图6.2.1 结构与符号简单运算
7、放大器二、符号 (a)(b)(a)国家标准符号 (b)原符号 v+（vP）同相输入端(noninverting input terminal)v-（vN）反相输入端(inverting input terminal)vo输出端 另外：正、负电源端，补偿端和调零端等 三、型号命名 数字序号 (与世界上其它厂家同类型产品的序号相同。)其它例如:集成功率放大器的型号命名CD 集成稳压器的型号命名CW运算放大器外形图运算放大器外形图运算放大器外形图运算放大器外形图 一、静态参数 1.输入失调电压VIO：(input offset voltage)对称性 mV/uV 2.输入失调电流 IIO：(inpu
8、t offset current)IIO=I+-I-uA/pA 3.输入偏置电流IIB：(input bias current)IIB=(I+I-)/26.2.2 主要参数4.输入失调电压温漂 dVIO/dT5.输入失调电流温漂dIIO/dT 6.最大差模输入电压Vidmax 超过反向击穿7.最大共模输入电压Vicmax 超过时差动对管饱和，放大器失去共模抑制能力二、动态技术指标 1.开环差模电压放大倍数 Avo 2.差模输入电阻rid 3.共模抑制比 KCMR 5.单位增益带宽 f T(BWG)(unit gain band width)Avo 下降到1(0dB)时所对应的频率，定义为单位增
9、益带宽 f T。4.3dB带宽 f H：(-3dB band width)运算放大器的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽 f H。6.转换速率S R(压摆率)(slew rate)反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为 其他其他一、一、通用型通用型二、二、高速型和宽带型高速型和宽带型三、三、高精度高精度(低漂移型）低漂移型）四、四、高输入阻抗型高输入阻抗型五、五、低功耗型低功耗型六、六、功率型功率型6.2.3 分 类通用型通用型专用型专用型性能指标比较适中性能指标比较适中某些技术指标某些技术指标比较突出比较突出输入失调电压：12 mV输入失调电流：20 n
10、A差模输入电阻：2 M开环增益：100 dB共模抑制比：90 dB输出电阻：75 共模输入电压范围：13 V转换速率：0.5 V/s一、通 用 型技术指标比较适中，价格低廉。典型：CF741(A741)例如：CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF357 二、高速型和宽带型用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高速数据采集测试系统等。用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。例如：OP177 CF714 三、高精度(低漂移型）用于测量设备及采样保持电路中。例如：AD549 CF155/255/355 四、高输入阻抗型 用于空间技术和生物科学研究中，工作
11、于较低电压下，工作电流微弱。例如：OP22 正常工作静态功耗可低至36 W。OP290 在0.8 V电压下工作，功耗为24 W。CF7612 在5 V电压下工作，功耗为50 W。五、低功耗型 这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上。例如：LM12 TP1465 六、功 率 型6.2.4 使 用1、识管脚、识管脚2、判好坏（参数测量）、判好坏（参数测量）3、调零（内、外）、调零（内、外）4、消自激、消自激5、保护（入、出限幅，电源极性）、保护（入、出限幅，电源极性）6、扩展（电压、电流）、扩展（电压、电流）1.Avo=（实际上Avo80dB即可）一、三条件2.差模输入电阻Rid
12、=3.输出电阻Ro=06.2.5 理想运算放大器The Ideal Operational Amplifier 条件：线性运用线性运用(负反馈负反馈）二、两特性 (1)虚短(virtual short circuit)两输入端视为等电位（两输入端视为等电位（）(2)虚断(virtual open circuit)两输入端视为等效开路（两输入端视为等效开路（）据虚断:I i 0，则Ii If ;且V+0 二、两基本电路一、反相比例运算电路 Inverting Amplifier虚地virtual ground据虚短，V-V+0电压增益:据虚断，V+=Vi 据虚短，V-V+=Vi 二、同相比例运算电路 Noninverting Amplifier电压增益: