电工电子技术 教学课件 作者 张明海 王夕英 第8章基本运算放大电路.ppt

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1、第8章基本运算放大电路8.1差动式放大电路8.2集成运算放大器8.1差动式放大电路前面提到了在多级放大电路中采用直接耦合存在着两个特殊问题，一是静态工作点的相互影响，二是零点漂移。为了解决这两个问题，可采用差动式放大电路。一、基本差动式放大电路图8.1所示为基本差动式放大电路，它由两个完全相同的单管共射极电路组成。差动式放大电路有两个输入端，两个输出端，要求电路对称，即V1、V2的特性相同，外接电阻对称相等，各元件的温度特性相同，即Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，RS1=RS2。图8.1基本差动式放大电路1.工作原理1)静态分析静态时Ui1=Ui2=0。由于电路左右对称，输入信号

2、为零时，IC1=IC2，UC1=UC2，则输出电压Uo=ΔUC1-ΔUC2=0当电源电压波动或温度变化时，两管集电极电流和集电极电位同时发生变化。输出电压仍然为零。可见，尽管各管的零漂存在，但输出电压为零，从而使得零漂得到抑制。2)动态分析（1）差模输入。放大器的两个输入端分别输入大小相等极性相反的信号(即Ui1=-Ui2)，这种输入方式称为差模输入。差模输入信号差模输出电压差模电压放大倍数即差动式放大电路的差模电压放大倍数等于单管共射极电路的电压放大倍数。由于Rbrbe，如果接上RL，则式中由于两管对称，RL的中点电位不变相当于交流的地电位，对于单管来讲负载是RL的一

3、半，即RL。输入电阻ri=2(RS+rbe)因此输入回路经两个管的发射极和两个RS，则输出电阻ro=2Rc因此输出端经过两个Rc。(2)共模输入。在差动式放大电路的两个输入端，分别加入大小相等极性相同的信号(即Ui1=Ui2)，这种输入方式称为共模输入。共模输入信号用Uic表示。共模输入时(Uic=Ui1=Ui2)的输出电压与输入电压之比称为共模电压放大倍数，用Ac表示。在电路完全对称的情况下，输入信号相同，输出端电压Uo=Uo1-Uo2=0,故Ac=Uo/Ui=0,即输出电压为零，共模电压放大倍数为零。这种情况称为理想电路。(3)抑制零点漂移的原理。在差动式放大电路中，无论

4、是电源电压波动或温度变化都会使两管的集电极电流和集电极电位发生相同的变化,相当于在两输入端加入共模信号。由于电路的完全对称性,使得共模输出电压为零，共模电压放大倍数Ac=0，从而抑制了零点漂移。这时电路只放大差模信号。3.共模抑制比在理想状态下，即电路完全对称时，差动式放大电路对共模信号有完全的抑制作用。实际电路中，差动式放大电路不可能做到绝对对称，这时Uo≠0，Ac≠0，即共模输出电压不等于零。共模电压放大倍数不等于零，Ac=Uo/ΔUi。为了衡量差动式电路对共模信号的抑制能力,引入共模抑制比，用KCMRR表示。共模抑制比的大小反映了差动式放大电路差模电压放大倍数是共模电压放大倍数

5、的KCMRR倍，由上式可以看出，KCMRR越大，差动式放大电路放大差模信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信号（无用信号）的能力越强，即KCMRR越大越好。理想差动式电路的共模抑制比KCMRR→∞。后面我们将讨论如何提高共模抑制比。由于KCMRR＝

6、Ad/Ac

7、,即在保证Aud不变的情况下，如何降低Ac，从而提高KCMRR。二、带Re的差动式放大电路上面介绍的基本差动式放大电路对共模信号的抑制是靠电路两侧的对称性来实现的。但对于各管自身的工作点漂移没有抑制作用，若采用单端输出，则差模和共模放大倍数相等，这时KCMRR＝1，失去了差动式放大电路的作用。即使是双端输出，由于实际电路的不完全

8、对称性，仍然有共模电压输出。改进方法是在不降低Aud的情况下，降低Ac从而提高共模抑制比。带公共Re的差动式放大电路如图6.2所示，这种电路也称为长尾式差动放大电路。由于KCMRR是由差模电压放大倍数和共模电压放大倍数共同决定的，下面分别分析Re对共模电压放大倍数和差模电压放大倍数的影响。图8.2带Re的差动式放大电路1.静态分析如图8.2所示，由于流过Re的电流为IE1和IE2之和，又由于电路的对称性，则IE1=IE2，流过Re的电流为2IE1。静态工作点的估算：图8.3直流等效电路（a）直流偏置电路；（b）直流等效电路2.稳定静态工作点的过程加Re后，当温度上升时，由于IC1和

9、IC2同时增大，稳定过程实质上是一个负反馈过程，关于负反馈在第四节讲解。T(°C)↑→IC1↓IC1↑IC2↑IC2↓→IE↑→URe↑→UE↑→UBE1↓→IB1↓UBE2↓→IB2↓Re越大工作点越稳定，但Re过大会导致过UE高使静态电流减小，加入负电源-UEE可补偿Re上的压降。3.动态分析（1）Re对差模信号的影响。如图8.3所示，加入差模信号时由于Ui1=-Ui2，则ΔIE1=-ΔIE2，流过Re的电流ΔI