《第五章集成电路运算放大器及应用.ppt

第五章 集成电路运算放大器 第五章 集成电路运算放大器及应用 基本要求： 理解差动放大电路的工作原理； 掌握运算放大器的分析方法。 基本内容： 差动放大电路 复合管电路 集成运算放大器 集成电路运算放大器的应用 5. 1 差动放大电路 集成电路运算放大器是一种具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。 当多级直接耦合放大电路的输入端短路( ui＝0 )，输出端电压它并不保持恒值，而在缓慢地、无规则地变化着，这种现象就称为零点漂移。 产生零点漂移的主要原因是三极管受温度的影响。 抑制零点漂移有效的措施之一是采用差动放大电路。 本节主要内容： 5.1.1 基本差分电路 5.1.2 长尾式差分电路 5.1.3 长尾式差分电路的工作原理分析 5.1.4 差分放大电路四种接法的分析与比较 5.1.1 基本差分电路 1、基本差分电路的组成 基本差分电路如图5-1-1和 图5-1-2。 其工作原理是利用对称性来解决和克服零漂问题。 电路左右两边对称，指电路结构及元件的特性与参数完全相同，使T1、T2在同一个直流电源供电情况下具有相同的静态工作点。 输入信号： 输出信号： 电压放大倍数： ① 当输入信号vi1和vi2大小相等、极性相反时，定义为差分输入信号或差模输入信号vd 。 vi1 = - vi2 ， 此时，放大电路的输入电压为： 或： 式中，vd称为差动输入电压。 ② 当输入信号vi1和vi2大小相等、极性相同时，定义为共模输入信号vc 。则： 或： ③ 当输入信号中既有差模信号，又有共模信号时，则 基本差分电路输入端的信号可分解为二种信号的叠加，即 根据两式可得出如下结论： 在差分放大电路输入端施加的任意形式的信号都可以分解为差模信号与共模信号的叠加，输出端的响应都可视为差模信号与共模信号共同作用的结果。 例 已知基本差分放大电路如图5-1-1所示vi1=5V，vi2 =3V，求此时作用于放大电路输入端的差模电压为多少？共模电压为多少？ 解：根据差模信号的定义，总的差模输入信号为： 由电路的对称性可知，每个输入端的输入电压为： 由图可见，对于差 模输入信号，由于vi1= -vi2 则 根据共射放大电路输出与输入反相的特点： 得，差模输入信号作用下的电压放大倍数为： Ad称为差模电压放大倍数。 对于共模输入信号： 由于电路对称，则 AC称为共模电压放大倍数。 3、放大倍数的计算： 基本差分放大电路只对差模输入信号进行放大，而不对共模信号进行放大。在双端输出的情况下，放大电路的差模电压放大倍数等于一个单级共射放大电路的电压放大倍数。 在理想对称的条件下，如果共模信号能够模拟温度的变化，则不难看出，无论温度怎么变化，输出端皆为零，从而达到了抑制输出信号电压的零点漂移。 5.1.2 长尾式差分电路 前面介绍的基本差分放大电路中，依靠电路对称，利用两个放大电路的输出之差，抑制了零点漂移电压的输出，但是并没有消除单级放大电路本身的零漂。 为了进一步减小或消除零漂，提高抑制零点漂移的效果，需要在基本差分放大电路的基础上进行改进，减小单级放大电路自身的零点漂移。 在基本差分放大电路的发射极 接入一个射极电阻RE，以便引 入电流负反馈，稳定输入电压， 减小零漂。 发射极电阻RE犹如在基本差分电路中多了一条尾巴，RE愈大，稳定性愈好，相当于尾巴愈长，故称为长尾式差分电路。 射极电阻RE愈大，对共模信号的反馈作用愈强，抑制零漂的效果愈好，但同时，RE上的直流压降也愈大，三极管放大的动态范围愈小。 解决办法是增加一个负电源VEE，用以增加三极管的动态范围。如图5-1-3所示。 2、长尾式差分电路的几种接法 （1）双端输入双端输出 输入信号分别在三极管T1、 T2的基极输入，从T1、T2的 集电极之间输出。这种接法 称为双端输入双端输出电路。 如图5-1-3所示。 4.5.2 长尾式差分电路 （2）双端输入单端输出 输入信号分别在三极管T1、 T2的基极输入，但输出却 只从T1或T2的集电极单独 对地之间输出，称为双端输入单端输出。 如果从T1的集电极输出，称为左侧输出，电压放大倍数为单级共射放大电路的一半，且输出与输入反相，如图5-1-4所示。 如果从T2的集电极输出，称为右侧输出，电压放大倍数也为单级共射放大电路的一半，但输出与输入同相。 4.