第45章-集成运放及放大电路的频率响应课件1.ppt

1、5-1-5-1-5-1-1 1 1.多级放大电路的分析：多级放大电路的分析：1、静态分析（静态工作点的计算）、静态分析（静态工作点的计算）2、动态分析（画微变等效电路、计算、动态分析（画微变等效电路、计算Au、Ri、Ro）.差分放大电路：差分放大电路：1、差分放大电路的主要作用、差分放大电路的主要作用 2、差分放大电路的分析、差分放大电路的分析 1）静态分析（静态工作点的计算）静态分析（静态工作点的计算）2）动态分析（画微变等效电路、计算）动态分析（画微变等效电路、计算Au、Ri、Ro）第三章第三章 复习复习5-1-5-1-5-1-2 2 2 例：例：电路如图所示，晶体管的电路如图所示，晶体管

2、的=50，rbb=100（1）计算静态时）计算静态时T1和和T2的集电极电流和集电极电位；的集电极电流和集电极电位；（2）求电路的）求电路的Ad、Ri、RO。k67.6/LCLRRR解解:（1）用戴维宁定理计算出左）用戴维宁定理计算出左边电路的电源和等效电阻为：边电路的电源和等效电阻为：V5 CCLCLCCVRRRV5-1-5-1-5-1-3 3 3静态时静态时T1和和T2的集电极电流和的集电极电流和集电极电位分别为：集电极电位分别为：mA265.02eBEQEEEQCQCQ2CQ1RUVIIIIV23.3LCQCCCQ1RIVUV15CCCQ2VU5-1-5-1-5-1-4 4 4k1.5m

3、A26)1(EQbbbeIrr7.32)(2 bebLdrRRA（2）电路的）电路的Ad、Ri、RO。k4.10)(2bebirRRk10CORR5-1-5-1-5-1-5 5 5.集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成.集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点第四章第四章 集成运算放大器集成运算放大器（简介）（简介）5-1-5-1-5-1-6 6 6一、一、集成运放的组成集成运放的组成第四章第四章 集成运算放大器集成运算放大器 从外部看，从外部看，集成运算放大器是一个双端输入，集成运算放大器是一个双端输入，单端输出单端输出，具有高差模放大倍数，具有高差模放大倍数Ad，高，高Ri，低，低Ro

4、,能较好地抑制温漂的差动放大电路。能较好地抑制温漂的差动放大电路。集成运算放大器集成运算放大器特点特点:1）高增益的多级放大电路）高增益的多级放大电路大的电压放大倍数大的电压放大倍数 2）集成电路）集成电路 3）直接耦合放大电路。）直接耦合放大电路。5-1-5-1-5-1-7 7 7集成运放集成运放由四部分由四部分组成组成输入级输入级：是双端输入的高性能差分电路。：是双端输入的高性能差分电路。Ad 大，大，Ri 高，抑制高，抑制 uIC能力强。能力强。中间级中间级：一般为共射放大电路，具有较大的：一般为共射放大电路，具有较大的 Au。输出级输出级：互补对称输出级，：互补对称输出级，Ro 小，带

5、负载能力强。小，带负载能力强。偏置电路偏置电路：保证电路正常工作及提供能量来源。电子电：保证电路正常工作及提供能量来源。电子电路中必不可少的一部分。路中必不可少的一部分。5-1-5-1-5-1-8 8 8 集成运放的电压放大倍数称为差模开环放大倍数集成运放的电压放大倍数称为差模开环放大倍数,记作记作Aod。通常通常Aod非常高，可达几十万倍。非常高，可达几十万倍。集成放大器的符号：集成放大器的符号：（具体电路见：（具体电路见：P197200）up 与与uO 相位相同，相位相同，up为同相输入端；为同相输入端；uN 与与uO相位相反，相位相反，uN 为反相输入端。为反相输入端。输入与输出信号的关

6、系：输入与输出信号的关系：uo=Aod(up uN )5-1-5-1-5-1-9 9 9集成运放的性能指标集成运放的性能指标 （1）开环差模增益）开环差模增益Aod：常用分贝（：常用分贝（dB）表示，其分贝）表示，其分贝数为数为20lg|Aod|。（2）共模抑制比）共模抑制比KCMR。（3）差模输入电阻）差模输入电阻rid。（4）输入失调电压）输入失调电压UIO及其温漂及其温漂dUIO/dT。（5）输入失调电流）输入失调电流IIO及其温漂及其温漂dIIO/dT。（6）输入偏置电流）输入偏置电流IIB。（7）最大共模输入电压）最大共模输入电压UIcmax。（8）最大差模输入电压）最大差模输入电压

7、UIdmax。（9）-3dB带宽带宽fH。（10）单位增益带宽）单位增益带宽fc。（11）转换速率）转换速率SR。5-1-5-1-5-1-1010101、同相输入端电位近似等于反相输入端电位。、同相输入端电位近似等于反相输入端电位。即即:0NP uuNPuu称两个输入端为称两个输入端为“虚虚短短”。“虚短虚短”是指集成运放的两个输入端电位无穷接近，是指集成运放的两个输入端电位无穷接近，但又不是真正短路。但又不是真正短路。*二、二、理想运放在线性工作区的特点理想运放在线性工作区的特点由于输入与输出的关系：由于输入与输出的关系：uo=Aod(up uN)，uo为有限为有限值，开环值，开环Aod很大

8、，一般为很大，一般为105107，理想时为无穷大，理想时为无穷大，因而净输入电压因而净输入电压于是有：于是有：NPuu5-1-5-1-5-1-111111 因为差模输入电阻因为差模输入电阻 Rid 很大，理想时为无穷大；很大，理想时为无穷大；净输入电压净输入电压 up uN 近似为零。近似为零。0NP ii2、两个输入端的输入电流均为零。、两个输入端的输入电流均为零。即：即：所以两个输入端的输入电流也均为零所以两个输入端的输入电流也均为零.iI =(up uN)/Rid 也就是从集成运放输入端看进去相当于断路，也就是从集成运放输入端看进去相当于断路，称两个输入端称两个输入端“虚断虚断”。“虚断

9、虚断”是指集成运放两个输入端的电流趋于零，是指集成运放两个输入端的电流趋于零，但又不是真正断路。但又不是真正断路。对于工作在线性区的应用电路，对于工作在线性区的应用电路，“虚短虚短”和和“虚断虚断”是分析其输入信号和输出信号关系的基本是分析其输入信号和输出信号关系的基本出发点。出发点。称称两个输入端两个输入端“虚断虚断”5-1-5-1-5-1-121212 NPuu0NPii5-1-5-1-5-1-131313.频率响应概述频率响应概述.晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型.放大电路的频率响应放大电路的频率响应第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5-1-5-1-5-1-141

10、414 在第二章中在第二章中2.1介绍电路性能时，简单说明了通频带介绍电路性能时，简单说明了通频带的概念。指出放大电路对某一频率范围的信号能正常放的概念。指出放大电路对某一频率范围的信号能正常放大，这个频率范围称为通频带。大，这个频率范围称为通频带。了解电路对不同频率信号的放大能力，在使用电路了解电路对不同频率信号的放大能力，在使用电路前应查阅资料，了解通频带，确定电路的适用范围。前应查阅资料，了解通频带，确定电路的适用范围。5.1 频率响应概述频率响应概述 在放大电路中，在放大电路中，放大倍数与信号频率的函数关系放大倍数与信号频率的函数关系，称为频率响应或频率特性。称为频率响应或频率特性。放

11、大电路中由于放大电路中由于C，L及晶体管极间电容的存在，电及晶体管极间电容的存在，电路对不同频率的信号具有不同的放大能力。路对不同频率的信号具有不同的放大能力。一、一、频率响应的概念：频率响应的概念：5-1-5-1-5-1-151515 在放大电路中在放大电路中1）由于耦合电容的存在由于耦合电容的存在,对信号构成高通电路。对信号构成高通电路。即对于频率足够高的信号即对于频率足够高的信号,电容相当于短路电容相当于短路,信号毫无损信号毫无损失通过。（如果频率下降失通过。（如果频率下降,容抗增大产生压降容抗增大产生压降,使使Au下降）下降）2）由于晶体管结电容的存在由于晶体管结电容的存在,对信号又构

12、成低通对信号又构成低通电路。电路。即对于信号频率足够低时即对于信号频率足够低时,相当于开路相当于开路,对电路不对电路不产生影响。而当频率升高时产生影响。而当频率升高时,极间电容将分流极间电容将分流,从而导致从而导致Au下降下降,产生相移。产生相移。由此可见，信号频率过高或过低都将影响放大电路由此可见，信号频率过高或过低都将影响放大电路对信号的放大能力，导致对信号的放大能力，导致Au下降。只有信号的频率在一下降。只有信号的频率在一定范围内，信号才能被正常放大。定范围内，信号才能被正常放大。5-1-5-1-5-1-161616二、高通电路二、高通电路RCjRCjRUUA1111iOu如果令：如果令

13、：RC 时间常数时间常数RC11LLL2 fRCf21LLLLLu11111ffjffjjffjA下限截止频率下限截止频率5-1-5-1-5-1-171717当：当：Lff 时：时：1uALff Lff 时：时：时：时：22uALuffA 1Lff（忽略忽略）相移相移45RCf21L表明表明f 降低降低10倍倍,Au降低降低10倍。倍。LLu1ffjffjA5-1-5-1-5-1-181818当当：Lff 时：时：1uALff Lff 时：时：时：时：22uALuffA 1Lff（忽略忽略）相移相移45RCfL21频率特性如图：频率特性如图：表明表明f 降低降低10倍倍,Au降低降低10倍。倍

14、。LLu1ffjffjA5-1-5-1-5-1-191919三、低通电路三、低通电路RCjCjRCjUUA1111iOuRCRC1HRCf21HHHu1111ffjjA上限截止频率上限截止频率5-1-5-1-5-1-202020当当：Hff 时：时：1uAHff Hff 时：时：时：时：22uAffAHu相移相移-45RCf21H表明表明f 增大增大10倍，倍，Au降低降低10倍。倍。Hu11ffjA5-1-5-1-5-1-212121当当：Hff 时：时：1uAHff Hff 时：时：时：时：22uAffAHu相移相移-45RCf21H表明表明f 增大增大10倍，倍，Au降低降低10倍。倍。

15、频率特性如图：频率特性如图：对于放大电路，它的对于放大电路，它的 与与 之差，之差，称为通频带称为通频带。HfLfLHbwfffHu11ffjA5-1-5-1-5-1-222222四、波特图四、波特图 对于放大电路，往往对于放大电路，往往 ui 的频率范围广，放大倍数的频率范围广，放大倍数大，为了在同一坐标系中表示如此宽的变化范围，在大，为了在同一坐标系中表示如此宽的变化范围，在画频率特性曲线时，常采用对数坐标。称为波特图。画频率特性曲线时，常采用对数坐标。称为波特图。5-1-5-1-5-1-232323结论：结论：1、电路的截止频率决定于电容所在的回路的时、电路的截止频率决定于电容所在的回路

16、的时间常数间常数2、当电路的频率等于下限频率或上限频率时，、当电路的频率等于下限频率或上限频率时，放大电路的增益下放大电路的增益下 降降3dB,且产生且产生+45度或度或-45度的度的相移。相移。3、近似分析中，可以用折线化的近似波特图表、近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。示放大电路的频率特性。5-1-5-1-5-1-2424245.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型 根据晶体管的结构，考虑晶体管的结电容影响，得根据晶体管的结构，考虑晶体管的结电容影响，得到晶体管的高频信号等效模型。（到晶体管的高频信号等效模型。（P226)晶体管的结构模型晶体管的结构模型

17、混合混合 模型模型一、晶体管的高频等效模型一、晶体管的高频等效模型通常通常rbc 、rce开路，开路，折合到折合到电路中以后忽略，得到简化的等电路中以后忽略，得到简化的等效模型。效模型。5-1-5-1-5-1-252525 rbb可以从手册中查出。可以从手册中查出。混合混合模型的主要参数：模型的主要参数：ETeb)1(IUr 得到：得到：b0ebmCIUgITEQeb0mUIrg二、晶体管简化等效模型：二、晶体管简化等效模型：ebbebrIU)1(0ebmrg0电流关系：电流关系：低频段晶体管电流放大倍数低频段晶体管电流放大倍数UT温度的电压当量温度的电压当量,常温时为常温时为26mv。5-1

18、-5-1-5-1-262626 得到：得到：b0ebmCIUgITEQeb0mUIrgebbebrIU)1(0ebmrg0电流关系：电流关系：低频段晶体管电流放大倍数低频段晶体管电流放大倍数5-1-5-1-5-1-272727一、高通电路一、高通电路LLLu111ffjffjjffA当当：Lff 时：时：1uALff Lff 时：时：时：时：22uALuffA 1Lff（忽略忽略）相移相移45RCf21L表明表明f 降低降低10倍倍,Au降低降低10倍。倍。内容总结内容总结5-1-5-1-5-1-282828二、低通电路二、低通电路Hu11ffjA当当：Hff 时：时：1uAHff Hff 时

19、：时：时：时：22uAffAHu相移相移-45RCf21H表明表明 f 增大增大10倍，倍，Au降低降低10倍。倍。5-1-5-1-5-1-292929三、晶体管简化等效模型：三、晶体管简化等效模型：RCf21 高通、低通电路中的频率大小与回路中高通、低通电路中的频率大小与回路中R、C的大小有关。的大小有关。5-1-5-1-5-1-303030 3.9 电路如图所示，晶体管的电路如图所示，晶体管的=50，rbb=100（1）计算静态时）计算静态时T1和和T2的集电极电流和集电极电位；的集电极电流和集电极电位；（2）用直流表测得）用直流表测得uO=2V，uI=？若若uI=10mv，则则uO=？k

20、67.6LcLRRR解：（解：（1）用戴维宁定理计算）用戴维宁定理计算出左边电路的电源和等效电出左边电路的电源和等效电阻为：阻为：V5 CCLcLCCVRRRV5-1-5-1-5-1-313131 静态时静态时T1和和T2的集电极的集电极电流和集电极电位分别为：电流和集电极电位分别为：mA265.02eBEQEEEQCQCQ2CQ1RUVIIIIV23.3LCQCCCQ1RIVUV15CCCQ2VU5-1-5-1-5-1-323232（2）用直流表测得）用直流表测得uO=2V,先求出输出电压变化量，再先求出输出电压变化量，再求解差模放大倍数，最后求出输入电压，如下：求解差模放大倍数，最后求出输

21、入电压，如下：k1.5mA26)1(EQbbbeIrruOuOUCQ11.23V mV6.37dOIAuu7.32)(2 bebLdrRRAV23.3CQ1U5-1-5-1-5-1-333333 3.9 电路如图所示，晶体管的电路如图所示，晶体管的=50，rbb=100（1）计算静态时）计算静态时T1和和T2的集电极电流和集电极电位；的集电极电流和集电极电位；（2）用直流表测得）用直流表测得uO=2V，uI=？若若uI=10mv，则则uO=？k67.6LcLRRR解：（解：（1）用戴维宁定理计算）用戴维宁定理计算出左边电路的电源和等效电出左边电路的电源和等效电阻为：阻为：V5 CCLcLCCV

22、RRRV5-1-5-1-5-1-343434 静态时静态时T1和和T2的集电极的集电极电流和集电极电位分别为：电流和集电极电位分别为：mA265.02eBEQEEEQCQCQ2CQ1RUVIIIIV23.3LCQCCCQ1RIVUV15CCCQ2VU5-1-5-1-5-1-353535（2）用直流表测得）用直流表测得uO=2V,先求出输出电压变化量，再先求出输出电压变化量，再求解差模放大倍数，最后求出输入电压，如下：求解差模放大倍数，最后求出输入电压，如下：k1.5mA26)1(EQbbbeIrruOuOUCQ11.23V mV6.37dOIAuu7.32)(2 bebLdrRRAV23.3C

23、Q1U5-1-5-1-5-1-363636V327.0IdOuAu 若若uI=10mv，则，则:7.32)(2 bebLdrRRAV23.3CQ1UV9.2O1CQOuUu5-1-5-1-5-1-373737 3.9 电路如图所示，晶体管的电路如图所示，晶体管的=50，rbb=100（1）计算静态时）计算静态时T1和和T2的集电极电流和集电极电位；的集电极电流和集电极电位；（2）用直流表测得）用直流表测得uO=2V，uI=？若若uI=10mv，则则uO=？k67.6LcLRRR解：（解：（1）用戴维宁定理计算）用戴维宁定理计算出左边电路的电源和等效电出左边电路的电源和等效电阻为：阻为：V5 C

24、CLcLCCVRRRV5-1-5-1-5-1-383838 静态时静态时T1和和T2的集电极的集电极电流和集电极电位分别为：电流和集电极电位分别为：mA265.02eBEQEEEQCQCQ2CQ1RUVIIIIV23.3LCQCCCQ1RIVUV15CCCQ2VU5-1-5-1-5-1-393939（2）用直流表测得）用直流表测得uO=2V,先求出输出电压变化量，再先求出输出电压变化量，再求解差模放大倍数，最后求出输入电压，如下：求解差模放大倍数，最后求出输入电压，如下：k1.5mA26)1(EQbbbeIrruOuOUCQ11.23V mV6.37dOIAuu7.32)(2 bebLdrRR

25、AV23.3CQ1U5-1-5-1-5-1-404040V327.0IdOuAu 若若uI=10mv，则，则:7.32)(2 bebLdrRRAV23.3CQ1UV9.2O1CQOuUu5-1-5-1-5-1-414141V327.0IdOuAu 若若uI=10mv，则，则:7.32)(2 bebLdrRRAV23.3CQ1UV9.2O1CQOuUu5-1-5-1-5-1-4242423.2 设图设图P3.2所示各电路的静态工所示各电路的静态工作点均合适，分别画出它们的交作点均合适，分别画出它们的交流等效电路，并写出流等效电路，并写出Au、Ri和和Ro的表达式。的表达式。解：解：(a)电路及交

26、流等效电路及交流等效电路如图所示电路如图所示第三章第三章 部分习题部分习题5-1-5-1-5-1-4343433.2 设图设图P3.2所示各电路的静态工所示各电路的静态工作点均合适，分别画出它们的交作点均合适，分别画出它们的交流等效电路，并写出流等效电路，并写出Au、Ri和和Ro的表达式。的表达式。解：解：(a)电路及交流等效电路及交流等效电路如图所示电路如图所示5-1-5-1-5-1-44444422be23o1RrRR电路电路Au、Ri和和Ro的表达式分别为：的表达式分别为：32be232u2)1()1(RrRAbe1132be221u1)1(/rRRrRA32be232be1132be221u2u1u)1()1()1(/RrRrRRrRAAAbe11irRR5-1-5-1-5-1-454545(b)电路及交流等效电路如图所示电路及交流等效电路如图所示:5-1-5-1-5-1-464646)(1(be2321be11irRRrRR（2）各电路）各电路Au、Ri和和Ro的表达的表达式分别为式分别为:)/)(1()/)(1(be2321be1be2321u1rRRrrRRA)()/)(1()/)(1(be242be2321be1be2321u2u1urRrRRrrRRAAA4oRR be242u2rRA