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1、第4章 多级放大电路和集成电路运算放大器模拟电子技术（第三版）模 拟 电 子 技 术第第4章章 多级放大电路和多级放大电路和 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 4.1多级放大电路多级放大电路4.2 集成运算放大器概述集成运算放大器概述 4.3差动放大电路差动放大电路4.4电流源电路电流源电路 4.6集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数 4.5 通用集成运算放大器通用集成运算放大器模 拟 电 子 技 术第四章知识要点1.正确理解多级放大电路的耦合模式以及直接耦合放大电路中零点漂移现象及其抑制措施；2.熟练掌握多级放大电路的分析计算；差动放大电路的工作原理、输入和输出方式及各项指标
2、的计算；3.深刻理解熟练掌握理想集成运放的特点和实际运放的主要参数。4.了解各种电流源电路 模 拟 电 子 技 术 引言引言 4.1.1 级间耦合问题级间耦合问题 4.1.2 多级放大电路的分析多级放大电路的分析4.1多级放大电路多级放大电路模 拟 电 子 技 术 为为什什么么要要多多级级放放大大？在在第第2 2、3 3章章，我我们们主主要要研研究究了了由由单单个个晶晶体体管管或或场场效效应应管管组组成成基基本本放放大大电电路路，它它们们的的电电压压放放大大倍倍数数一一般般只只有有几几十十倍倍。但但是是在在实实际际应应用用中中，往往往往需需要要放放大大非非常常微微弱弱的的信信号号，上上述述的的
3、放放大大倍倍数数是是远远远远不不够够的的。为为了了获获得得更更高高的的电电压压放放大大倍倍数数，可可以以把把多多个个基基本本放放大大电电路路连连接接起起来来，组组成成“多多级级放放大大电电路路”。而而级级与与级级之之间间的的连连接接方方式式则则叫做叫做“耦合方式耦合方式”。实实际际上上，单单级级放放大大电电路路中中也也存存在在电电路路与与信信号号源源以以及及负负载载之之间的间的耦合耦合问题。问题。引言引言模 拟 电 子 技 术4.1.1 级间耦合问题级间耦合问题 极间耦合形式：极间耦合形式：直接直接耦合耦合A1A2电路简单，能放大交、直流电路简单，能放大交、直流信号，信号，“Q”互相影响，零互
4、相影响，零点点漂移严重。漂移严重。阻容阻容耦合耦合A1A2各级各级“Q”独立，只放大交独立，只放大交流流信号，信号频率低时耦合电信号，信号频率低时耦合电容容抗大。容容抗大。变压器变压器耦合耦合A1A2用于选频放大器、用于选频放大器、功率放大器等。功率放大器等。模 拟 电 子 技 术光电光电耦合耦合A1A2以光信号为媒介实现电信号的以光信号为媒介实现电信号的耦合与传递，抗干扰能力强耦合与传递，抗干扰能力强模 拟 电 子 技 术1 1、阻容耦合、阻容耦合 阻阻容容耦耦合合是是通通过过电电容容器器将将后后级级电电路路与与前前级级相相连连接接，其方框图所示。其方框图所示。阻容耦合放大电路的方框图阻容耦
5、合放大电路的方框图模 拟 电 子 技 术单级阻容耦合放大电路单级阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路模 拟 电 子 技 术1 1）各各级级的的直直流流工工作作点点相相互互独独立立。由由于于电电容容器器隔隔直直流流而而 通通交交流流，所所以以它它们们的的直直流流通通路路相相互互隔隔离离、相相互互独独立立的的，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。这样就给设计、调试和分析带来很大方便。2 2）在在传传输输过过程程中中，交交流流信信号号损损失失少少。只只要要耦耦合合电电容容选选 得得足足够够大大，则则较较低低频频率率的的信信号号也也能能由由前前级级几几乎乎不不衰衰减减地地加到后级
6、，实现逐级放大。加到后级，实现逐级放大。优点：优点：3 3）电路的温漂小。）电路的温漂小。4 4）体积小，成本低。）体积小，成本低。缺点：缺点：2 2）低频特性差；）低频特性差；1 1）无法集成；）无法集成；3 3）只能使信号直接通过，而不能改变其参数）只能使信号直接通过，而不能改变其参数。模 拟 电 子 技 术2 2、变压器耦合变压器耦合 变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧，因此可以作为耦合元件。传送到二次侧，因此可以作为耦合元件。变变压压器器耦耦合合的的两两级级放放大大电电路路模 拟 电 子 技 术 可能是实际的负载，也可能是实
7、际的负载，也可能是下级放大电路可能是下级放大电路 理想变压器情理想变压器情况下，负载上获况下，负载上获得的功率等于原得的功率等于原边消耗的功率。边消耗的功率。从变压器原从变压器原边看到的等边看到的等效电阻效电阻为什么要讲变压器耦合？为什么要讲变压器耦合？因为变压器在传送交流信号的因为变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。模 拟 电 子 技 术优点优点：1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。工作点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。2）变压器耦合多级放大电路
8、基本上没有温漂现象。变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。3 3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。电压以及阻抗变换。缺点：缺点：1 1）高频和低频性能都很差；）高频和低频性能都很差；2 2）体积大，成本高，无法集成。）体积大，成本高，无法集成。模 拟 电 子 技 术3 3、光电耦合光电耦合光电耦合放大电路的方框图光电耦合放大电路的方框图u uD D+-i iD Di iC C 把发光元件与光敏元件结合在一起。发光元件为把发光元件与光敏元件结合在一起。发光元件为输入回路，把电能转换为光能；光敏元件为输出回路，输入回路，把
9、电能转换为光能；光敏元件为输出回路，将光能转换为电能。将光能转换为电能。(0.11.5)模 拟 电 子 技 术u us sRsRc光电耦合器放大电路光电耦合器放大电路模 拟 电 子 技 术4.直接耦合直接耦合直接耦合的两级放大电路直接耦合的两级放大电路存在两个问题：存在两个问题：1）第一级的静态工作）第一级的静态工作点已接近饱和区。点已接近饱和区。2）由于采用同种类型的管子，）由于采用同种类型的管子，级数不能太多。级数不能太多。（1）直接耦合的具体形式）直接耦合的具体形式UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 在用在用NPN型管组成型管组成N级共射放大电路，由于级共射放大电路，由于UC
10、Qi UBQi，所以所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接），以致于后级集电极电位接近电源电压，近电源电压，Q点不合适。点不合适。模 拟 电 子 技 术为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a)加入电阻加入电阻RE2模 拟 电 子 技 术RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC（b）在）在T2的发射极加入稳压管的发射极加入稳压管模 拟 电 子 技 术RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+为了解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型为了
11、解决第二个问题：可以在电路中采用不同类型的管子，即的管子，即NPNNPN和和PNPPNP管配合使用，如下图所示管配合使用，如下图所示。利用利用NPN型管和型管和PNP型管进行电平移动型管进行电平移动UCQ1（UBQ2）UBQ1UCQ2 UCQ1 模 拟 电 子 技 术1 1）电路可以放大缓慢变化的）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。低频特性好信号和直流信号。低频特性好。2 2）便于集成。）便于集成。由于电路中只由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。和电感器，因此便于集成。缺点：缺点：优点优点：1 1）各级的静态工作点不独立，相互影响）各级的
12、静态工作点不独立，相互影响。会给设计、。会给设计、计算和调试带来不便。计算和调试带来不便。2 2）引入了零点漂移问题）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。路的影响比较严重。（2 2）直接耦合放大电路的优缺点）直接耦合放大电路的优缺点模 拟 电 子 技 术（3 3）直接耦合放大电路中的零点漂移问题）直接耦合放大电路中的零点漂移问题1 1）何谓零点漂移？）何谓零点漂移？一个直接耦合多级放大电路的输入端短路时输出电压并不是始终不变，而是会出现电压的随机漂动，这就是零点漂移，简称零漂。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。uI0，u
13、O0的现象。的现象。模 拟 电 子 技 术2 2）产生零点漂移的原因）产生零点漂移的原因 温度变化导致温度变化导致电阻，管子参数的变化，直流电源波动，直流电源波动，元器件老化元器件老化。如果采用高精度电阻并经过老化处理和采用高稳定度的电源，则晶体管参数随温度的变化将成为产生晶体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。零点漂移的主要原因。模 拟 电 子 技 术3 3）零点漂移的严重性及其抑制方法）零点漂移的严重性及其抑制方法 如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟，就无法正确地将两者加以区分。因此，为了使放大电路能正常工作，必须有效地抑制零点漂移。模 拟 电 子 技 术注意：为什么
14、只对直接耦合多级放大电路注意：为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？原来温度的变化和零点提出这一问题呢？原来温度的变化和零点漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化的信号不会逐级传递和放大，问题不会很的信号不会逐级传递和放大，问题不会很严重。但是，对直接耦合多级放大电路来严重。但是，对直接耦合多级放大电路来说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输出端造成严重的影响。特别是当温度变化出端造成严重的影响。特别是当温度变化较大，放大电路级数多时，造成的影响尤
15、较大，放大电路级数多时，造成的影响尤为严重。为严重。模 拟 电 子 技 术4 4）抑制零点漂移的方法：）抑制零点漂移的方法：a.采用恒温措施，使晶体管工作温度稳定。需要恒温室或槽，因此设备复杂，成本高。b.采用温度补偿法。就是在电路中用热敏元件或二极管（或晶体管的发射结）来与工作管的温度特性互相补偿。最有效的方法是设计特殊形式的放大电路，用特性相同的两个管子来提供输出，使它们的零点漂移相互抵消。这就是“差动放大电路”的设计思想。c.采用直流负反馈稳定静态工作点。d.各级之间采用阻容耦合。模 拟 电 子 技 术5 5）零点漂移大小的衡量）零点漂移大小的衡量uIdr=uOdr/Au TuOdr是输
16、出端的漂移电压；uIdr就是温度每变化1折合到放大电路输入端的漂移电压。T是温度的变化；Au是电路的电压放大倍数；模 拟 电 子 技 术 思路：根据电路的思路：根据电路的约束条件约束条件和管子的和管子的I IB B、I IC C和和I IE E的相的相互关系，列出方程组求解。如果电路中有互关系，列出方程组求解。如果电路中有特殊电位点特殊电位点，则应以此为突破口，简化求解过程。则应以此为突破口，简化求解过程。4.1.24.1.2多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法1 1、静态工作点的分析、静态工作点的分析变压器耦合变压器耦合 同第二章单级放大电路同第二章单级放大电路阻容耦合阻容耦合光电耦
17、合光电耦合直接耦合直接耦合模 拟 电 子 技 术例例例例1 1如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。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);RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术解解: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。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M
18、 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术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 oU.Ui.模 拟 电 子 技 术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 oU.Ui.模 拟 电 子 技 术RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+Ui.T1T21
19、M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.模 拟 电 子 技 术例例2 下图是一个输入短路的两级直接耦合放大电路，计算下图是一个输入短路的两级直接耦合放大电路，计算 IBQ1、ICQ1、UCEQ1和和IBQ2、ICQ2、UCEQ2的值。设的值。设VT1、VT2的的值分别是值分别是1=50，2=35，稳压管的稳定电压，稳压管的稳定电压UZ=4V，UBEQ1=UBEQ2=0.7V。模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术2.动态性能分析动态性能分析Au1第一级第一级Au2第二级第二级Aun末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii=Au1
20、Au2 AunAu(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)+Aun(dB)考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理输入电阻作为前级的负载处理!（1）放大倍数的计算模 拟 电 子 技 术（2）输入和输出电阻的计算 多级放大电路的多级放大电路的输入电阻输入电阻为第一级放大电路的输为第一级放大电路的输入电阻。入电阻。多级放大电路的多级放大电路的输出电阻输出电阻为最后一级放大电路的为最后一级放大电路的输出电阻。输出电阻。对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：R Ri i大，大，R Ro o小
21、，小，A Au u的数的数值大，最大不失真输出电压大。值大，最大不失真输出电压大。模 拟 电 子 技 术例例例例:3:3如图所示的两级电压放大电路，如图所示的两级电压放大电路，已知已知1=2=50,T1和和T2均为均为3DG8D。RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.（1 1）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。（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
22、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模 拟 电 子 技 术（1 1）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2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k oU.Ui.模 拟 电 子 技 术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
23、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2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术(2)(2)计算计算计算计算 r r i i和和和和 r r 0 0微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术 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ri
24、1与负载有关，而射极输出器的负载即与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻是第二级输入电阻 ri2。模 拟 电 子 技 术2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术2bI2cIrbe2RC2rbe1RB11bI1cIRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.模 拟 电 子 技 术 1=60,2=100;rbe1=2 k,rbe2=2.2 k。求求 Au,Ri,Ro。例例 3:模 拟 电 子 技 术 解解 Ri2=R6/R7/rbe2R L1=R3/Ri2AU=AU1AU2Ri=Ri1=R1/R2/rbe1+(1+1)R4
25、Ro=R8=4.7 k 模 拟 电 子 技 术4.1.3其他多级放大电路其他多级放大电路模 拟 电 子 技 术4.34.3差动放大电路差动放大电路4.3.2 4.3.2 射极耦合差动放大电路的静态分析射极耦合差动放大电路的静态分析4.3.6 4.3.6 具有恒流源差分放大电路具有恒流源差分放大电路4.3.4 4.3.4 差分放大电路的的四种接法差分放大电路的的四种接法4.3.1 4.3.1 电路组成及抑制零点漂移的原理电路组成及抑制零点漂移的原理4.3.3 4.3.3 射极耦合差动放大电路的动态分析射极耦合差动放大电路的动态分析4.3.5 4.3.5 差动放大电路的调零差动放大电路的调零模 拟
26、 电 子 技 术1、电路组成、电路组成 特点：特点：a.两只完全相同的两只完全相同的管子；管子；b.两个输入端，两个输入端，两个输出端；两个输出端；c.元件参数对称元件参数对称；4.3.1 4.3.1 电路组成及抑制零点漂移的原理电路组成及抑制零点漂移的原理模 拟 电 子 技 术2、抑制零漂的工作原理、抑制零漂的工作原理 原理：原理：静态时，输入信号为零，即将输入端静态时，输入信号为零，即将输入端和和短接。由于两管特性相同，所以当温度或其他外界条短接。由于两管特性相同，所以当温度或其他外界条件发生变化时，两管的集电极电流件发生变化时，两管的集电极电流ICQ1和和ICQ2的变化规的变化规律始终相
27、同，结果使两管的集电极电位律始终相同，结果使两管的集电极电位UCQ1、UCQ2始终始终相等，从而使相等，从而使UOQ=UCQ1-UCQ20，因此抑制了零点漂移。，因此抑制了零点漂移。UCQ1UCQ2模 拟 电 子 技 术具体实践：具体实践：在实践中，两个特性相同的管子采用在实践中，两个特性相同的管子采用“差差分对管分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，尽可能保证阻值对称性精度满足要求。尽可能保证阻值对称性精度满足要求。结论：结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，
28、零点电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点漂移不可能完全消除，漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小只能被抑制到很小。模 拟 电 子 技 术（2）共模输入方式）共模输入方式Ui1=Ui2=Uic(共模信号、共模输入方式、共模输入信号、共模输出信号、共模电压放大倍数）共模信号、共模输入方式、共模输入信号、共模输出信号、共模电压放大倍数）共模信号：数值相等、极性相同的共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即输入信号，即模 拟 电 子 技 术Ac叫做共模电压放大倍数。理论上讲，叫做共模电压放大倍数。理论上讲，Ac为为0，实际上，实际上由于电路不完全对称，可能仍会有不大的由于电路不完全对称，可
29、能仍会有不大的Uoc，一般，一般Ac1。为什么讨论共模信号呢？为什么讨论共模信号呢？差放的两半电路完全对称，又处于同一工作环境，这差放的两半电路完全对称，又处于同一工作环境，这时时温度变化以及其它干扰因素对这两半电路都有完全相同温度变化以及其它干扰因素对这两半电路都有完全相同的影响和作用，都等效成共模输入信号。的影响和作用，都等效成共模输入信号。如果在如果在Uic作用作用下，下，Uoc=0或或Ac=0，则说明差放有效地抑制了因温度变化，则说明差放有效地抑制了因温度变化而引起的零漂。而引起的零漂。模 拟 电 子 技 术3、信号的输入方式和电路的响应、信号的输入方式和电路的响应（1）差模输入方式）
30、差模输入方式Ui1=Uid，Ui2=-Uid差模输入信号为：差模输入信号为：Ui1 Ui2=2 Uid差模输入方式ui1ib1 ic1 uc1ui2 ib2 ic2 uc2 输出电压输出电压uO=uC1 uC20，而是出现了信号，而是出现了信号，记为记为Uod。定义：定义：Ad=Uod/2Uid(差模信号、差模输入方式、差模输入信号、差模输出信号、差模电压放大倍数）差模信号、差模输入方式、差模输入信号、差模输出信号、差模电压放大倍数）模 拟 电 子 技 术（3）任意输入方式）任意输入方式 输入端分别接输入端分别接Ui1和和Ui2，这种输入方式带有一般性，叫，这种输入方式带有一般性，叫“任意输入
31、方式任意输入方式”。Uic=(Ui1+Ui2)/2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若若则则Uid=(Ui1-Ui2)/2任意输入方式任意输入方式模 拟 电 子 技 术例如：例如：Ui1=10mVUi2=6mV则则 Uid=2mV Uic=8mV利用叠加原理得到：利用叠加原理得到：Uo=Uod+Uoc=Ad2Uid+AcUic=Ad（Ui1-Ui2）结论：在任意输入结论：在任意输入方式下，被放大的方式下，被放大的是输入信号是输入信号Ui1和和Ui2的差值。这也的差值。这也是这种电路为什么是这种电路为什么叫做叫做“差动放大的差动放大的原因原因”。模 拟 电 子 技 术4.4.存在
32、的问题及改进的方案存在的问题及改进的方案 以上研究的是基本的差动放大电路，它实际上不可能完全抑以上研究的是基本的差动放大电路，它实际上不可能完全抑制零漂，因为两半电路不会完全对称。另外，如果从一管输出，制零漂，因为两半电路不会完全对称。另外，如果从一管输出，则与单管放大电路一样，对零漂毫无抑制能力，而这种则与单管放大电路一样，对零漂毫无抑制能力，而这种“单端输单端输出出”方式的形式又是经常采用的。方式的形式又是经常采用的。稳定静态工作点，就是要减小稳定静态工作点，就是要减小I ICQCQ的变化，而抑制零点漂移也同样的变化，而抑制零点漂移也同样是减小是减小I ICQCQ的变化。即抑制零点漂移和稳
33、定静态工作点是一回事。因此的变化。即抑制零点漂移和稳定静态工作点是一回事。因此可以借鉴工作点稳定电路中采用过的方法，在管子的射极上接一电阻。可以借鉴工作点稳定电路中采用过的方法，在管子的射极上接一电阻。这样，基本的差动放大电路就改进为如图所示。这样，基本的差动放大电路就改进为如图所示。模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术 可以想见，可以想见，R RE E越大，则工作点越稳定，零点漂移也越小。但，越大，则工作点越稳定，零点漂移也越小。但，R RE E太太大，在一定的工作电流下，大，在一定的工作电流下，R RE E上的压降太大，管子的动态范围就会变小，上的压降太大，管子的动态范围就会变小，
34、如下图所示。为了保证一定的静态工作电流和动态范围，而如下图所示。为了保证一定的静态工作电流和动态范围，而R RE E又希望取又希望取得大些，常采用双电源供电，用电源得大些，常采用双电源供电，用电源V VEEEE提供提供R RE E上所需的电压。采用双电上所需的电压。采用双电源供电后的的负载线也如图所示，可以看出在同一个源供电后的的负载线也如图所示，可以看出在同一个I ICQCQ下，输出电压下，输出电压的动态范围大多了。的动态范围大多了。模 拟 电 子 技 术改进后的电路叫射极耦合差动放大电路也叫长尾电路。改进后的电路叫射极耦合差动放大电路也叫长尾电路。射极耦合差动放大电路射极耦合差动放大电路.
35、W W W W 因为有负电源因为有负电源VEE提供发射极正偏所需要的电压，所以提供发射极正偏所需要的电压，所以RB可以去掉。可以去掉。模 拟 电 子 技 术在理想对称的情况下：1.克服零点漂移；2.零输入零输出；3.抑制共模信号；4.放大差模信号。典型电路典型电路模 拟 电 子 技 术晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，R1较小，且较小，且IBQ很小很小(微安微安)，故，故选合适的选合适的VEE和和Re就就可得合适的可得合适的Q4.3.2 4.3.2 射极耦合差动放大电路的静态分析射极耦合差动放大电路的静态分析R1是必要的吗？是必要的吗？模 拟 电 子 技 术4.3.3.4.3
36、.3.射极耦合差动放大电路的动态分析射极耦合差动放大电路的动态分析W W W WA模 拟 电 子 技 术在讨论基本差动放大电路时已经讨论过在讨论基本差动放大电路时已经讨论过（1）对于任意输入信号）对于任意输入信号Ui1和和Ui2，可以用一个差模信号和一，可以用一个差模信号和一个共模信号叠加来表示。其中个共模信号叠加来表示。其中Uid=(Ui1-Ui2)/2Uic=(Ui1+Ui2)/2 因此总是分别求电路的差模电压放大倍数和共因此总是分别求电路的差模电压放大倍数和共模电压放大倍数。模电压放大倍数。模 拟 电 子 技 术1、差模电压放大倍数、差模电压放大倍数A、对差模信号，若一管的射极电流增大、
37、对差模信号，若一管的射极电流增大I，则另一管的射极电流必然减小，则另一管的射极电流必然减小I，因而流过射极电阻因而流过射极电阻RE的总电流不变，相当于交流接地。的总电流不变，相当于交流接地。B、负载、负载RL中点电位为交流地电位。中点电位为交流地电位。iE1=iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。模 拟 电 子 技 术由此画出半电路的交流通路如图所示。由此画出半电路的交流通路如图所示。A Ad1d1：表示一个管子差摸电压放大倍数。：表示一个管子差摸电压放大倍数。结论：差模电压放大倍数等于半电路电压放大倍数。结论：差模电压放大倍数等于半电路电压
38、放大倍数。模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术3、差模输入电阻、差模输入电阻RidRid=2R1+rbe4、差模输出电阻、差模输出电阻Rod=2RC2、共模电压放大倍数、共模电压放大倍数在理想情况下，共模电压放大倍数在理想情况下，共模电压放大倍数Ac=0。模 拟 电 子 技 术5、共模抑制比、共模抑制比KCMR=Ad/Ac 用分贝表示：KCMR=20lg Ad/AcAd越大越好，越大越好，Ac越小越好，因此越小越好，因此KCMR越大越好越大越好。6、差动放大电路的电压传输特性、差动放大电路的电压传输特性模 拟 电 子 技 术Rid=2R1+rbeRod=2RCAc=0模 拟 电 子 技
39、 术电路如图所示，设滑动端处于中间位置，管子的 ，分析计算：（1）静态工作点参数 、的值。静态时中是RL 否有电流通过？（2）动态性能指标：差模电压放大倍数、差模输入电阻和输出电阻。模 拟 电 子 技 术 在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“接地接地”点，以避点，以避免干扰；或负载需要有免干扰；或负载需要有“接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。输入双端输出、
40、单端输入单端输出。4.3.4 差动放大电路的四种接法差动放大电路的四种接法主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：静态分析静态分析 ；差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻模 拟 电 子 技 术1.双端输入双端输出双端输入双端输出(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数（2）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数（3）差模输入电阻）差模输入电阻（4）输出电阻）输出电阻模 拟 电 子 技 术 由于输入回路没有变由于输入回路没有变化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但与双端输出时一样。但是是UCEQ1 UCEQ2。
41、2.双端输入单端输出双端输入单端输出静态分析静态分析Q 关键是UC1 1模 拟 电 子 技 术(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 如果在右端输出，则如果在右端输出，则 动态分析动态分析 问题：双端输出时的问题：双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？模 拟 电 子 技 术（3）输出电阻）输出电阻（2）差模输入电阻）差模输入电阻模 拟 电 子 技 术（4）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数共模半电路：共模半电路：模 拟 电 子 技 术 3.单端输入双端输出单端输入双端输出模 拟 电 子 技 术4.单端输入单端输出单端输入单端输出模 拟 电 子 技 术4.3.3差动放大电路的
42、调零差动放大电路的调零增加调零电阻后四种接法下的性能分析比较增加调零电阻后四种接法下的性能分析比较静态分析时不考虑静态分析时不考虑Rp模 拟 电 子 技 术(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：只与输出方式有关：差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结 双端输出时：双端输出时：单端输出时：单端输出时：(2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：双端输出时：单端输出时：单端输出时：模 拟 电 子 技
43、 术(3)(3)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。单端输出时，单端输出时，双端输出时，双端输出时，(4)(4)输出电阻输出电阻模 拟 电 子 技 术(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。是差分放大器的一个重要指标。双端输出双端输出时时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大，单端输出单端输出时共模抑制比：时共模抑制比：模 拟 电 子 技 术例题射极耦合差动放大电路 ，,两的 ，输入信号为 ，。求负载电阻 接在两管集电极
44、与 之间以及接在 与地之间的输出电压和电路的共模抑制比。模 拟 电 子 技 术4.3.6 4.3.6 具有恒流源差分放大电路具有恒流源差分放大电路 电路的组成和工作原理电路的组成和工作原理 从以上两式看出要减小从以上两式看出要减小AcAc，提高共模抑制比，应，提高共模抑制比，应增大增大R RE E，但，但R RE E不能太大。不能太大。模 拟 电 子 技 术因为因为 1.Re1.Re增大增大，ie减小，ib减小，rbe增大，Ad减小2.2.在保持在保持VTVT1 1、VTVT2 2两管的工作电流为一定值时，要加大两管的工作电流为一定值时，要加大R RE E，必须提高，必须提高V VEEEE，这
45、是有困难的。，这是有困难的。1mA,50K,100V1mA,50K,100V3.3.集成电路中大电阻不易制作集成电路中大电阻不易制作能不能找到这样一能不能找到这样一种元器件，它的直种元器件，它的直流电阻很小，而它流电阻很小，而它的交流电阻却很大，的交流电阻却很大，这样静态时不需要这样静态时不需要很大的很大的VEE，动态，动态时的时的AC却很小，却很小，KCMR很大？很大？模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术减少共模放大倍数的思路：减少共模放大倍数的思路：增大增大 REE用恒流源代替用恒流源代替 REE特点：特点：直流电阻直流电阻为有限值为有限值动态电阻动态电阻很大很大1.三极管电流源三
46、极管电流源电流源代替差分电电流源代替差分电路中的路中的 REE+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V3模 拟 电 子 技 术ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V31、静态分析、静态分析2、动态分析、动态分析带射极恒流源的差动放大电路带射极恒流源的差动放大电路模 拟 电 子 技 术 带射极恒流源的差动放大电路带射极恒流源的差动放大电路2、动态分析、动态分析1、静态分析、静态分析优点：IC3稳定，静态工作点稳定，缺点：但电阻多，不容易集成模 拟 电 子 技 术1 1、镜像电流源、镜像电流源24.4 电
47、流源电路电流源电路当 较小时，误差较大。模 拟 电 子 技 术2 2改进的镜像电流源改进的镜像电流源 该电流是恒定的，不可调。增加三极管的目的是减少三极管VT1、VT2对IR的分流作用，提高镜像精度，减小值不够大时带来的影响。模 拟 电 子 技 术和 改变射极电阻的大小可以获得不同比例的输出电流。3 3多路输出比例电流源多路输出比例电流源模 拟 电 子 技 术3、微电流源微电流源2模 拟 电 子 技 术4.4.电流源用作有源负载电流源用作有源负载 由于电流源具有直流电阻小、交流电阻大的特点，由于电流源具有直流电阻小、交流电阻大的特点，在模拟集成电路中广泛地把它作负载使用在模拟集成电路中广泛地把
48、它作负载使用-有源负载，有源负载，可提高电路的电压增益及动态输出范围。可提高电路的电压增益及动态输出范围。模 拟 电 子 技 术4.2集成运算放大器的概述 1.集成电路的概念1)分立元件电路:由相互独立的电阻、电容、二极管、三极管等元件，用导线或印制电路连接成的一个完整电路，这种电路统统称为分立元件电路。2)集成电路:采用半导体制造工艺将晶体管、场效应管、二极管、电阻等元器件以及电路的连线都集中制作在一小块半导体硅基片上，并封装在一个管壳内，构成一个完整的具有一定功能的微型结构器件，称为集成电路。优点：元器件密度高、连线短、体积小、重量轻、功耗低、外部连线及焊点大为减少，从而使电子元件向着微小
49、型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步，综合性能大大高于分立元件电路，实现了元件、电路和系统的三结合，为电子技术的应用开辟了一个新时代。模 拟 电 子 技 术2集成电路的种类1）集成电路按照单个芯片上能集成的元器件数目的多少可分为小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）四类。2）集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。3)按制造工艺分类可分为双极型、CMOS型和BiFET型。模 拟 电 子 技 术3.3.模拟集成电路的特点模拟集成电路的特点1)1)直接耦合：直接耦合：采用差动电路形式采用差动电路形式和电流源电路和电流源电路，元件
50、相对误差小；，元件相对误差小；2)2)用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。的大电阻。大电阻大电阻用恒流源代替，大电容外接；用恒流源代替，大电容外接；3)3)二极管用三极管代替二极管用三极管代替(B B、C C 极接在一起极接在一起)；4)4)用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。化并不带来工艺的复杂性。高增益、高输入电阻、低输高增益、高输入电阻、低输出电阻。出电阻。集成运算放大电路，简称集成运放，是一个集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能高性能