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1、本讲稿第一页，共四十四页3.1 差差动动放大放大电电路路3.1.1零点漂移的概念 在在直直接接耦耦合合多多级级放放大大电电路路中中，由由于于各各级级之之间间的的工工作作点点相相互互联联系系、相相互互影影响响，会会产产生零点漂移生零点漂移现现象。象。本讲稿第二页，共四十四页 所谓零点漂移，是指放大电路在没有所谓零点漂移，是指放大电路在没有输入信号时，由于温度变化、电源电压波输入信号时，由于温度变化、电源电压波动、元器件老化等原因，使放大电路的工动、元器件老化等原因，使放大电路的工作点发生变化，这个变化量会被直接耦合作点发生变化，这个变化量会被直接耦合放大电路逐级加以放大并传送到输出端，放大电路逐
2、级加以放大并传送到输出端，使输出电压偏离原来的起始点而上下漂动。使输出电压偏离原来的起始点而上下漂动。产生零点漂移的原因，主要是晶体三极管产生零点漂移的原因，主要是晶体三极管的参数受温度的影响，所以零点漂移也称的参数受温度的影响，所以零点漂移也称为温度漂移，简称温漂。为温度漂移，简称温漂。本讲稿第三页，共四十四页3.1.2差动放大电路的基本形式 差差动动放放大大电电路路是是一一种种具具有有两两个个输输入入端端且且电电路路结结构构对对称称的的放放大大电电路路，其其基基本本特特点点是是只只有有两两个个输输入入端端的的输输入入信信号号间间有有差差值值时时才才能能进进行行放放大大，即即差差动动放放大大
3、电电路路放放大大的的是是两两个个输输入入信号的差，所以称信号的差，所以称为为差差动动放大放大电电路。路。本讲稿第四页，共四十四页1.电路构成与特点 图图3.1所示所示为为差差动动放大放大电电路的基本形式，路的基本形式，从从电电路路结结构上来看，它具有以下特点。构上来看，它具有以下特点。（1）它由两个完全对称的共射电路组合而成。（2）电路采用正负双电源供电。本讲稿第五页，共四十四页图3.1典型基本差动放大电路本讲稿第六页，共四十四页2.差动放大电路抑制零点漂移的原理 由由于于电电路路的的对对称称性性，温温度度的的变变化化对对VT1、VT2两两管管组组成成的的左左右右两两个个放放大大电电路路的的影
4、影响响是是一一致致的的，相相当当于于给给两两个个放放大大电电路路同同时时加加入入了了大大小小和和极极性性完完全全相相同同的的输输入入信信号号。因因此此，在在电电路路完完全全对对称称的的情情况况下下，两两管管的的集集电电极极电电位位始始终终相相同同，差差动动放放大大电电路路的的输输出出为为零零，不不会会出出现现普普通通直直接接耦耦合合放放大大电电路路中中的的漂漂移移电电压压，可可见见，差差动动放放大大电电路路利利用用电电路路对对称称性抑制了零点漂移性抑制了零点漂移现现象。象。本讲稿第七页，共四十四页3.静态分析 当当ui1=ui2=0时时，由由于于电电路路完完全全对对称称，VT1、VT2的的静静
5、态态参参数数也也完完全全相相同同。以以VT1为为例例，其其静静态态基基极极回回路路由由-UEE、UBE和和Re构构成成，但但要要注注意意，流流过过Re的的电电流流是是VT1、VT2两两管管射射极极电电流流之之和和，如如图图3.2所所示示，则则VT1管的管的输输入回路方程入回路方程为为：UEE=UBE+2IE1Re本讲稿第八页，共四十四页图图3.2 基本差动放大电路的直流通路基本差动放大电路的直流通路 本讲稿第九页，共四十四页 静静态态时时，两两管管集集电电极极对对地地电电位位相相等等，即即UC1=UC2。故故两两管管集集电电极极之之间间电电位位差差为为零零，即即输输出出电压电压uo=UC1-U
6、C2=0。本讲稿第十页，共四十四页4.差模信号与共模信号 当两个输入信号当两个输入信号ui1、ui2大小和极性都大小和极性都相同时，称为共模信号，记为相同时，称为共模信号，记为uic，即，即ui1=ui2=uic。当。当ui1与与ui2大小相同但极性相反大小相同但极性相反时，即时，即ui1=-ui2时，称为差模信号，记为时，称为差模信号，记为uid。本讲稿第十一页，共四十四页 理想情况下，差放对共模信号没理想情况下，差放对共模信号没有放大能力。有放大能力。输入信号输入信号ui1、ui2的大小和极性往的大小和极性往往是任意的，既不是一对差模信号，也往是任意的，既不是一对差模信号，也不是一对共模信
7、号。不是一对共模信号。本讲稿第十二页，共四十四页5.差模特性分析 图图3.1所示的典型基本差动放大电路，所示的典型基本差动放大电路，在输入差模信号时，双端输出的交流通路在输入差模信号时，双端输出的交流通路如图如图3.3所示。所示。本讲稿第十三页，共四十四页图3.3基本差动放大电路差模输入时的交流通路本讲稿第十四页，共四十四页 在在电电路路完完全全对对称称的的情情况况下下，这这两两个个交交流流电电流流之之和和在在Re两两端端产产生生的的交交流流压压降降为为零零，因因此此，图图3.3的的差差模模输输入入交交流流通通路路中中，射射极极电电阻阻Re被短路。被短路。（1）差模电压放大倍数Aud（2）差模
8、输入电阻rid（3）差模输出电阻rod本讲稿第十五页，共四十四页图3.4带负载的差动放大电路本讲稿第十六页，共四十四页6.共模特性分析输输入共模信号入共模信号时时的交流通路如的交流通路如图图3.5所示。所示。图3.5共模输入时基本差放电路的交流通路本讲稿第十七页，共四十四页 流流过过Re的的交交流流电电流流为为单单管管射射极极电电流流的的两两倍倍，所所以以共共模模输输入入时时的的交交流流通通路路中中，射射极极电电阻不能被短路，其上有交流阻不能被短路，其上有交流压压降。降。（1）共模电压放大倍数Auc（2）共模抑制比KCMR本讲稿第十八页，共四十四页3.1.3差动放大电路的输入、输出形式 当当信
9、信号号从从一一个个输输入入端端输输入入时时称称为为单单端端输输入入；从从两两个个输输入入端端之之间间浮浮地地输输入入时时称称为为双双端端输输入入；当当信信号号从从一一个个输输出出端端输输出出时时称称为为单单端端输输出出；从从两两个个输输出出端端之之间间浮浮地地输输出出时时称称为为双双端端输输出出。因因此此，差差动动放放大大电电路路具具有有四四种种不不同同的的工工作作状状态态：双双端端输输入入，双双端端输输出出；单单端端输输入入，双双端端输输出出；双双端端输输入入，单单端端输输出；出；单单端端输输入，入，单单端端输输出。出。本讲稿第十九页，共四十四页1.单端输入 单单端端输输入入和和双双端端输输
10、入入并并没没有有本本质质的的区区别别，可以直接利用双端可以直接利用双端输输入入时时的公式的公式进进行行计计算。算。本讲稿第二十页，共四十四页2.单端输出 单单端端输输出出的的输输出出信信号号可可以以取取自自VT1或或VT2的集的集电电极。极。（1 1）单端输出时的差模电压放大倍数A Aud1（2）单单端端输输出出时时的共模的共模电压电压放大倍数放大倍数A Auc1uc1（3）单单端端输输出出时时的共模抑制比的共模抑制比KCMRCMR（4 4）单单端端输输出出时时差差动动放大放大电电路的路的输输出出电电阻阻rodod本讲稿第二十一页，共四十四页3.差动放大在四种工作状态下的性能特点比较本讲稿第二
11、十二页，共四十四页3.1.4恒流源式差动放大电路 考考虑虑采采用用恒恒流流源源来来代代替替原原来来的的Re，因因为为恒恒流流源源的的内内阻阻较较大大，可可以以得得到到较较好好的的共共模模抑抑制制效效果果，同同时时利利用用恒恒流流源源的的恒恒流流特特性性给给三极管提供更三极管提供更稳稳定的静定的静态态偏置偏置电电流。流。恒流源式差动放大电路如图恒流源式差动放大电路如图3.8所示。所示。本讲稿第二十三页，共四十四页图3.8恒流源式差动放大电路本讲稿第二十四页，共四十四页 接接入入恒恒流流三三极极管管后后，抑抑制制了了共共模模信信号的号的变变化。化。有有时时，为为简简化化起起见见，常常常常用用一一个
12、个简简化化的的恒恒流流源源符符号号来来表表示示恒恒流流管管VT3的的具具体体电电路，如路，如图图3.9所示。所示。本讲稿第二十五页，共四十四页图3.9恒流源式差动放大电路的简化表示法本讲稿第二十六页，共四十四页3.2 集成运算放大器集成运算放大器3.2.1集成运算放大器的基本组成 集集成成运运算算放放大大器器实实质质上上是是一一个个具具有有高高电电压压放放大大倍倍数数的的多多级级直直接接耦耦合合放放大大电电路路。从从20世世纪纪60年年代代发发展展至至今今已已经经历历了了四四代代产产品品，类类型型和和品品种种相相当当丰丰富富，但但在在结结构构上上基基本本一一致致，其其内内部部通通常常包包含含四
13、四个个基基本本组组成成部部分分：输输入入级级、中中间间级级、输输出出级级以以及及偏偏置置电电路，如路，如图图3.12所示。所示。本讲稿第二十七页，共四十四页图图3.12 集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分本讲稿第二十八页，共四十四页 图图3.13所示为集成运算放大器的电路符号。所示为集成运算放大器的电路符号。集成运放可以有同相输入、反相输入及差集成运放可以有同相输入、反相输入及差动输入三种输入方式。动输入三种输入方式。图3.13集成运算放大器的电路符号本讲稿第二十九页，共四十四页3.2.2集成运算放大器的主要性能指标1.开环差模电压放大倍数Aud2.输入失调电压UIO3.输入偏置电流
14、IIB本讲稿第三十页，共四十四页4.输入失调电流IIO5.输入失调电压温漂UIO/T和输入失调电流温漂IIO/T6.共模抑制比KCMR7.差模输入电阻rid8.输出电阻rod本讲稿第三十一页，共四十四页3.2.3集成运算放大器使用中的几个具体问题1.集成运放的选择（1）信号源的性质（2）负载的性质（3）精度要求（4）环境条件本讲稿第三十二页，共四十四页2.集成运放参数的测试 以以A741为为例例，其其管管脚脚排排列列如如图图3.14(a)所所示示。其其中中2脚脚为为反反相相输输入入端端，3脚脚为为同同相相输输入入端端，7脚脚接接正正电电源源15V，4脚脚接接负负电电源源-15V，6脚脚为为输输
15、出出端端，1脚脚和和5脚脚之之间间应应接接调调零零电电位位器器。A741的的开开环环电电压压增增益益Aud约约为为94dB(5104倍倍)。本讲稿第三十三页，共四十四页图图图图3.14 3.14 AA741741的管脚排列及估测运放的放大能力的管脚排列及估测运放的放大能力的管脚排列及估测运放的放大能力的管脚排列及估测运放的放大能力 本讲稿第三十四页，共四十四页 用万用表估测用万用表估测A741的放大能力时，的放大能力时，需接上需接上15V电源。万用表拨至电源。万用表拨至50V挡，电挡，电路如图路如图3.14(b)所示。所示。本讲稿第三十五页，共四十四页图图图图3.14 3.14 AA74174
16、1的管脚排列及估测运放的放大能力的管脚排列及估测运放的放大能力的管脚排列及估测运放的放大能力的管脚排列及估测运放的放大能力 本讲稿第三十六页，共四十四页3.集成运放在使用前必做的工作（1）集成运放的管脚（2）参数测量（3）调零或调整偏置电压本讲稿第三十七页，共四十四页4.集成运放的保护 集集成成运运放放在在使使用用中中常常因因以以下下三三种种原原因因被被损损坏坏：输输入入信信号号过过大大，使使PN结结击击穿穿；电电源源电电压压极极性性接接反反或或过过高高；输输出出端端直直接接接接“地地”或或接接电电源源，此此时时，运运放放将将因因输输出出级级功功耗耗过过大大而而损损坏坏。因因此此，为为使使运运
17、放放安安全全工工作作，也也需要从需要从这这三个方面三个方面进进行保行保护护。本讲稿第三十八页，共四十四页（1）输入保护 图图3.15(a)所所示示是是防防止止差差模模电电压压过过大大的的保保护护电电路路，限限制制集集成成运运放放两两个个输输入入端端之之间间的的差差模模输输入入电电压压不不超超过过二二极极管管VD1、VD2的的正正向向导导通通电电压压。图图3.15(b)所所示示是是防防止止共共模模电电压压过过大大的的保保护护电电路路，限限制制集集成成运运放放的的共共模模输输入入电压电压不超不超过过+U至至-U的范的范围围。本讲稿第三十九页，共四十四页图图3.15 输输入保入保护电护电路路本讲稿第
18、四十页，共四十四页（2）输出保护 图图3.16所所示示为为输输出出端端保保护护电电路路，限限流流电电阻阻R与与稳稳压压管管VZ构构成成限限幅幅电电路路，它它一一方方面面将将负负载载与与集集成成运运放放输输出出端端隔隔离离开开来来，限限制制了了运运放放的的输输出出电电流流，另另一一方方面面也也限限制制了了输输出出电电压压的的幅幅值值。当当然然，任任何何保保护护措措施施都都是是有有限限度度的的，若若将将输输出出端端直直接接接接电电源源，则则稳稳压压管管会会损损坏坏，使使电电路路的的输输出出电电阻阻大大大大提提高，影响了高，影响了电电路的性能。路的性能。本讲稿第四十一页，共四十四页图3.16输出保护电路本讲稿第四十二页，共四十四页（3）电源端保护 为为防防止止电电源源极极性性接接反反，可可利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性，在在电电源源端端串串接接二二极极管管来来实实现现保保护护，如如图图3.17所所示示。由由图图可可见见，若若电电源源极极性性接接错错，则则二二极极管管VD1、VD2不不能能导导通通，使使电电源被断开。源被断开。本讲稿第四十三页，共四十四页图图3.17 电源端保护电源端保护 本讲稿第四十四页，共四十四页