集成运算放大电路实验报告_模电总结:第三章、集成运算放大电路

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部分英文:

d差模:different,差模的d

c 共模:common mode

3.1多级放大电路

1、多级放大电路的组成:

输入级:输入电阻高,噪声和漂移小

中间级:具有足够大的放大能力

输出级:动态范围大,输出功率大,带载能力强

2、零点漂移问题:

当输入ui=0时,输出电压uO并不恒定,而是出现缓慢的、无规则的漂动。这种现象称为零点漂移,简称零漂。

(零漂实质上就是放大电路静态工作点的变化)

3、引起温漂的主要原因:

①元器件参数,特别是晶体管的参数会随温度变化而变化(由温度引起称温漂)

②元器件出现老化,参数发生了变化(由老化引起称为时漂)

引起直接耦合放大电路零漂的主要因素是温漂

4、抑制零点漂移的常用方法

①引入直流负反馈

②采用差动放大电路

5、耦合方式

有四种耦合方式:①直接耦合②阻容耦合③变压器耦合④光电耦合

6、直接耦合的优缺点

优点:①具有良好的低频特性,可以放大缓慢变化的信号,并且由于电路中没有大电容,因此容易集成在一片硅片下

缺点:存在零漂现象

7、阻容耦合

特点:

①各级电路的静态工作点互相独立,便于设计和调试

②可以抑制零点漂移

③无法放大低频信号和直流信号(低频电容阻抗大)

④在集成电路中,无法制造大电容

8、变压器耦合

特点:

①对直流信号没有放大作用,只能放大交流信号

②对直流信号起隔离作用,可以消除零点漂移

③各级电路的静态工作点互相独立,便于设计和调试

④体积大、重量重、费用高、不宜集成化

⑤具有阻抗变换作用(

equation?tex=R_%7BL%7D%27%3D%28%5Cfrac%7BN1%7D%7BN2%7D%29%5E2R_%7BL%7D

3.2多级放大电路的动态分析

4a8759bc19827813e6254cf8bd819531.png

AU=A1*A2

(注意:在算前级放大倍数时,要把后级的输入阻抗作为前级的负载!,即把Ri2当做是前一段的负载)(另一篇文章有一题)

输入电阻 Ri=Ri1

输出电阻 R0=R02

3.3差分放大电路

9dd17b634c3bffc6ab10d4ddf5bf60a4.png

射级电阻RE的负反馈,可以抑制零点漂移

温度变化所引起的变化等效为共模信号

差分放大电路对共模信号有抑制作用,RE越大,抑制共模信号的能力越强。

静态分析:

equation?tex=I_%7BRe%7D%3DI_%7BEQ1%7D%2BI_%7BEQ2%7D%3D2I_%7BEQ%7D

根据基极回路方程

equation?tex=I_%7BBQ%7DR_%7Bb%7D%2BU_%7BBEQ%7D%2B2I_%7BEQ%7DR_%7Be%7D%3DV_%7BEE%7D

由于

equation?tex=I_%7BBQ%7D很小,所以
equation?tex=I_%7BEQ%7D%3D%5Cfrac%7BV_%7BEE%7D-U_%7BBEQ%7D%7D%7B2R_%7Be%7D%7D

equation?tex=U_%7BCEQ%7D%3DU_%7BCQ%7D-U_%7BEQ%7D%E2%89%88V_%7BCC%7D-I_%7BCQ%7DR_%7BC%7D%2BU_%7BBEQ%7D

由于

equation?tex=U_%7BCQ1%7D%3DU_%7BCQ2%7D%E6%89%80%E4%BB%A5u_%7B0%7D%3DU_%7BCQ1%7D-U_%7BCQ2%7D%3D0

共模放大倍数Ac

equation?tex=A_%7BC%7D%3D%5Cfrac%7B%E2%96%B3u_%7Boc%7D%7D%7B%E2%96%B3u_%7BIc%7D%7D

其中△uoc是输出电压,△uIc是共模输入电压

若电路参数理想,Ac=0

差模放大倍数:输入差模信号的电压放大倍数称为差模放大倍数

Ad=

equation?tex=%5Cfrac%7B%E2%96%B3u_%7Bod%7D%7D%7B%E2%96%B3u_%7BId%7D%7D

△uod是输出电压,△uId是差模输入电压

输入电阻:

equation?tex=R_%7Bi%7D%3D2%28R_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%29

输出电阻:R0=2Rc

共模抑制比:

equation?tex=K_%7BCMR%7D%3D%7C%5Cfrac%7BA_%7Bd%7D%7D%7BA_%7Bc%7D%7D%7C理想情况下为∞

双端输入、单端输出

f8deb5a9e59d0d3396f09007b3ef2d71.png

equation?tex=%E5%B7%AE%E6%A8%A1%E6%94%BE%E5%A4%A7%E5%80%8D%E6%95%B0A_%7Bd%7D%3D%5Cfrac%7B%E2%96%B3u_%7Bod%7D%7D%7B%E2%96%B3u_%7BId%7D%7D%3D-%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%2A%5Cfrac%7B%CE%B2%28R_%7Bc%7D%2F%2FR_%7BL%7D%29%7D%7BR_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%7D

输入电阻没变,Ri=2(Rb+rbe)

输出电阻为,R0=Rc(是双端输出的一半)

共模放大倍数

equation?tex=A_%7Bc%7D%3D%5Cfrac%7B%E2%96%B3u_%7Boc%7D%7D%7B%E2%96%B3u_%7BIc%7D%7D%3D-%5Cfrac%7B-%CE%B2%28R_%7Bc%7D%2F%2FR_%7BL%7D%29%7D%7BR_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%2B2%281%2B%CE%B2%29R_%7Be%7D%7D

因此共模抑制比为:

equation?tex=K_%7BCMR%7D%3D%7C%5Cfrac%7BA_%7Bd%7D%7D%7BA_%7Bc%7D%7D%7C%3D%5Cfrac%7BR_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%2B2%281%2B%CE%B2%29R_%7Be%7D%7D%7B2%28R_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%29%7D

(因此Re越大,

equation?tex=K_%7BCMR%7D越大,电路性能越好)

差模放大电路的四种接法特点:

①输入电阻均为2(

equation?tex=R_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D)

equation?tex=A_%7Bd%7D%E3%80%81A_%7Bc%7D%E3%80%81R_%7B0%7D与输出方式有关

双端输出时,

equation?tex=A_%7Bd%7D%3D-%5Cfrac%7B%CE%B2%28R_%7Bc%7D%2F%2F%5Cfrac%7BR_%7BL%7D%7D%7B2%7D%29%7D%7BR_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%7D,Ac=0,R0=2Rc

单端输出时,

equation?tex=A_%7Bd%7D%3D%5Cfrac%7B%E2%96%B3u_%7Bod%7D%7D%7B%E2%96%B3u_%7BId%7D%7D%3D-%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%2A%5Cfrac%7B%CE%B2%28R_%7Bc%7D%2F%2FR_%7BL%7D%29%7D%7BR_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%7D,
equation?tex=A_%7Bc%7D%3D%5Cfrac%7B%E2%96%B3u_%7Boc%7D%7D%7B%E2%96%B3u_%7BIc%7D%7D%3D-%5Cfrac%7B-%CE%B2%28R_%7Bc%7D%2F%2FR_%7BL%7D%29%7D%7BR_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%2B2%281%2B%CE%B2%29R_%7Be%7D%7D,R0=Rc

改进型差分放大电路

为什么要用电流源?

Re 越大,共模负反馈越强,单端输出时的Ac越小,KCMR越大,差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变,Re 越大,VEE越大,以至于Re太大就不合理了。
需在低电源条件下,得到趋于无穷大的Re。

加调零电位器Rw

544ad4acb905b761c4be9662657e6c35.png

equation?tex=A_%7Bd%7D%3D-%5Cfrac%7B%CE%B2R_%7Bc%7D%7D%7BR_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%2B%281%2B%CE%B2%29%5Cfrac%7BR_%7Bw%7D%7D%7B2%7D%7D
equation?tex=R_%7Bi%7D%3D2%28R_%7Bb%7D%2Br_%7Bbe%7D%29%2B%281%2B%CE%B2%29Rw

3.4电流源电路

1、镜像电流源

1766060fb86cab8697658cc0b84f0fb9.png

equation?tex=I_%7BR%7D%3DI_%7Bc%7D%2B2%2A%5Cfrac%7BI_%7Bc%7D%7D%7B%CE%B2%7D
equation?tex=I_%7Bc%7D%3D%5Cfrac%7B%CE%B2%7D%7B%CE%B2%2B2%7D%2AI_%7BR%7D

当β>>2,输出电流

equation?tex=I_%7Bc%7D%E2%89%88I_%7BR%7D%3D%5Cfrac%7BV_%7Bcc%7D-U_%7BBE%7D%7D%7BR%7D

(并且具有温度补偿作用,当温度升高时,Ic1和Ic0的电流上升,由于Ic0上升,IR上升,使得

equation?tex=U_%7BR%7D%28I_%7BR%7DR%29上升,所以
equation?tex=U_%7BB%7D下降,IB下降,因此Ic1)

2、比例电流源

c15488e5b5b3de461a80fbe722ce2489.png

equation?tex=I_%7Bc1%7D%E2%89%88%5Cfrac%7BR_%7Be0%7D%7D%7BR_%7Be1%7D%7D%2AI_%7BR%7D

equation?tex=I_%7BR%7D%E2%89%88%5Cfrac%7BV_%7Bcc%7D-U_%7BBEO%7D%7D%7BR%2BR_%7Be0%7D%7D

3、微电流源

26fd3167a52bd11630a370c006f58938.png

equation?tex=I_%7Bc1%7D%E2%89%88I_%7BE1%7D%3D%5Cfrac%7BU_%7BBEO%7D-U_%7BBE1%7D%7D%7BR_%7Be%7D%7D(式中
equation?tex=U_%7BBEO%7D-U_%7BBE1%7D只有几十毫伏)

equation?tex=I_%7Bc1%7D%E2%89%88%5Cfrac%7BU_%7BT%7D%7D%7BR_%7Be%7D%7Dln%5Cfrac%7BI_%7BR%7D%7D%7BI_%7Bc1%7D%7D
equation?tex=I_%7BR%7D%E2%89%88%5Cfrac%7BV_%7Bcc%7D-U_%7BBEO%7D%7D%7BR%7D

4、加射极输出器的电流源

equation?tex=I_%7Bc1%7D%3D%5Cfrac%7BI_%7BR%7D%7D%7B1%2B%5Cfrac%7B2%7D%7B%CE%B2%281%2B%CE%B2%29%7D%7D%E2%89%88I_%7BR%7D

(β=10,带入上式可得Ic1≈0.982IR,所以即使β很小,也能有Ic1≈IR)

5、威尔逊电流源

d4d7c637782ca641d46b1de74fe166a3.png

equation?tex=I_%7BR%7D%3D%5Cfrac%7B%CE%B2%5E2%2B2%CE%B2%2B2%7D%7B%CE%B2%5E2%2B2%CE%B2%7D%2AI_%7Bc2%7D

整理可得:

equation?tex=I_%7Bc2%7D%3D%281-%5Cfrac%7B2%7D%7B%CE%B2%5E2%2B2%CE%B2%2B2%7D%29I_%7BR%7D%E2%89%88I_%7BR%7D

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