海南风光
11.2 差动放大器第 11章 基本放大电路
12.1 概述
12.2 集成运放的开环和闭环第 12章集成运算放大器清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉 编
11.2 差动放大电路
11.2.1直接耦合放大电路
11.2.2 基本型差动放大器
11.2.3 双电源长尾式差动放大器
11.2.4 恒流源式差动放大器
11.2.5 差动电路的几种接法第 11章 基本放大电路
11.2.1直接耦合电路因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大，所以阻容耦合只适用于放大频率较高的交流信号。
对于直流信号和低频信号，阻容耦合已不适用，必须采用直接耦合方式。
R1
+EC
RC
C1 C2
T
RLui uo
R2
能够放大直流信号（包括慢变信号和低频信号）的放大器称为直流放大器。
建立静态工作点
+UCC
uo
RC2
T2
1.前后级 Q点相互影响。（须增加 RE2）
问题,
ui
RC1R
1
T1
R2
RE2
2.零点漂移,前一级的温漂将作为后一级的输入信号，被一级级放大，导致后级饱和或截止。（ 须增加两级之间的直流负反馈）
直接耦合放大器的级联
1.结构,对称性结构
11.2.2基本型差动放大器
+UCC
RC R
1
T2
RB?
uoRCR
1
T1
RB?
ui2ui1
uo= uC1 - uC2
uC1 uC2
2.优点：抑制温漂 原理如下,
uo= uC1 - uC2 = 0
uo= (uC1 +?uC1 ) - (uC2 +? uC2 ) = 0
当 ui1= ui2 = 0 时，
当温度变化时：
对称性
uC1 = uC2
uC1 =? uC2
+UCC
RC R
1
T2
R
B
uoRCR
1
T1
R
B
ui2ui1
uC1 uC2
3.共模电压放大倍数 AC
uo= uC1 - uC2
+UCC
RC R
1
T2
R
B
uoRCR
1
T1
R
B
ui2ui1
uC1 uC2
当 ui1 = ui2（大小相等，极性相同）,共模输入信号设 ui1?,ui2?，使 uC1?,uC2?。因 ui1 = ui2,?uC1 = uC2
uo= 0 (理想化 )。但因两侧不完全对称,uo? 0
共模电压放大倍数 AC = uou
i1
（很小,<1)
+UCC
RC R
1
T2
R
B
uoRCR
1
T1
R
B
ui2ui1
uC1 uC2
4.差模电压放大倍数 Ad
当 ui1 =- ui2（大小相等，极性相反）,差模输入信号
(很大,>1)
设 ui1?,ui2?,使 uC1?,uC2?。设 uC1 =uC1 -? uC1,
uC2 =uC2 +? uC2 。 因 ui1 = -ui2, uC1 =? uC2
uo= uC1 - uC2=-? uC1-? uC2 =- 2? uC1
差模电压放大倍数 Ad = uou
i1 -ui2
= uo2u
i1
5.共模抑制比 (CMRR)的定义
CMRR=20 log db(分贝 ) A
C
Ad
例,Ad=-200
Ac=0.1
CMRR=20 log? (-200)/0.1? =66 db
CMRR — Common Mode Rejection Ratio
1.结构,
11.2.3 双电源长尾式差放特点：
加入射极电阻 RE
加入负电源 - UEE,采用正负双电源供电
+UCC(+15V)
RC R
1
T2
RB?
uoRCR
1
T1
RB?
ui2ui1
uo= uC1 - uC2
uC1 uC2
-UEE （ -15V）
RE
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
2.双电源长尾式差放中 双电源 和 射极电阻 RE的作用双电源的作用：
（ 1）使信号变化幅度加大。
（ 2） IB1,IB2由负电源 -UEE提供，可以取消 R1和 RB
四个电阻，且使基极的直流静态电位 =0
双电源长尾式差放中双电源和射极电阻 RE的作用射极电阻 RE的作用：
T ° C?
IC1?
IC2?
IE?=IE1+IE2 UE?=IERE+（ -UEE）
UBE1?,UBE2?IB1?,IB2?IC1?
IC2?
uo
+UCC
RC
T1
RC
T2
-UEE
RE
（ 1）直流负反馈，稳定静态工作点射极电阻 RE的作用：
（ 2） RE对共模信号有抑制作用（原理同上，即由于 RE的负反馈作用，使 IE基本不变）
（ 3） RE对差模信号相当于开路
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
REIE
ui1 =- ui2,设 ui1?,ui2 ib1?,ib2 ie1?,ie2?
ie1? = -ie2 IE不变结论：
IE具有恒流特性用恒流源代替 RE,可使电路进一步改善放大倍数
(1)共模信号输入 ui1 = ui2
共模电压放大倍数 AC = uou
i1
(2)差模信号输入 ui1 =- ui2
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
uo= uC1 - uC2
差模电压放大倍数 Ad = uou
i1 -ui2
= –?RCr
be
放大倍数
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
uo= uC1 - uC2
(3) 如果 ui1? ui2
ud差模分量,2ui1 - ui2=
共模分量,uC 2ui1 + ui2=
ui1 = uC + ud
ui2 = uC - ud?叠加分解
uC + ud uC - ud
结论,当两输入端有任意输入时,相当于共模输入和差模输入共存放大倍数
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
uo= uC1 - uC2
uC + ud uC - ud
只考虑共模输入时,uoC= ACuC
只考虑差模输入时,uod= Ad(2ud)
总输出,uo= uoC + uod = ACuC + Ad(2ud)?Ad(2ud)
= Ad(2 )= Ad (ui1 - ui2)2ui1 - ui2
ud 2ui1 - ui2=
uC
2
ui1 + ui2
=
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
uo= uC1 - uC2
总输出,uo= Ad (ui1 - ui2)
反相输入端
u- 同相输入端
u_+
放大倍数单端输入,当 ui2=0时,
双端输入
uo= Ad ui1
11.2.4 恒流源式差放电路电路结构,
R
2
T3
R1
R
3
-UEE
IC3
+UCC
ui2
uo
E
RC
T1
RC
T2
ui1
电路特点：
IC3具有恒流特性抑制温漂的原理
T ° C?
IC1?
IC2?
IC1+IC2 =IC3 =IE3?
UBE3?=UB3-UE3
R2
T3
R1
R3
-UEE
IC3
+UCC
ui2
uo
E
RC
T1
RC
T2
ui1
IE3
R2
R1+R2
（ UCC-UEE）
+（ -UEE）
UB3=
认为稳定
UE3?=IE3R3-UEE
IC3?结论,IC3保持恒流，对共模信号抑制，对差模信号相当于短路加入温度补偿三极管 T4（ BC短接，相当于二极管）
R2
T3
R1
R3
-UEE
IC3
+UCC
ui
2
uo
E
B2
RC
T1
RC
T2
ui1
IE3 IE4
T ° C? IE3?
IE4?(UCC+UEE- UBE4)/
(R1+R2) 恒定
T ° C? UBE4?
iB
uBE
T ° C?
IE4
恒定
UBE4减小
T4
UBE4? UB3? IE3?
结论,T4
稳定 IE3
恒流源相当于阻值很大的电阻。
恒流源不影响差模放大倍数。
恒流源使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大。
恒流源的作用
R2
T3
R1
R3
-UEE
+UCC
ui2E
RC1
T1
RC1
T2
ui1
T4
T
1
T
2
RC2 RC2
RE2
单端输出,
至下一级双端输出双端输入如单端输出,此 RC2可去消
11.2.5 差放电路的几种接法接法类型：单端输入，双端输入。单端输出，双端输出。
第 12章 集成运算放大器
12.1 概述
12.2 集成运放的开环和闭环
12.1 集成运算放大器概述结构
（ 1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。
（ 2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。
（ 3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。
IC=IC1+ IC2
=?1 IB +?2(1+?1 ) IB
= [?1 +?2(1+?1 ) ]IB
R2
T3
R1
R3
-UEE
+UCC
ui
2
uo
E
RC
T1
RC
T2
ui1
T4
为减小 IB,提高输入电阻,T1,T2采用复合三极管
= IC / IB
=?1 +?2(1+?1 )
1?2
IC
IB
IE
1
2
IC1
IC2
IB2
IE2
T5 T6
RC3
RE2
RL
RC4
RE3
T7
T9
T8
T4
R2
R1
T3
R3
RC1
T1
RC2
T2-
+
RE4
RE5
T11
T10
+UCC
-UEE
集成运放内部结构（举例）
第 1级：差动放大器 第 2级：差动放大器 第 3级：单管放大器第 4级：互补对称射极跟随器极性判断
＋
－u－
u+
uo
集成运算放大器符号
－ ＋
＋
反相输入端 u－
同相输入端 u+ 输出端 uo
美国符号：
国内符号：
集成运算放大器的技术指标
(1) 开环差模电压放大倍数 (开环增益 )大
Ao(Ad)=uo/(u+-u-)=105-107倍 ;
(2) 共模抑制比高
CMRR=100db以上 ;
(3) 输入电阻大
ri>1M?,有的可达 100M?以上 ;
(4) 输出电阻小
ro =几?-几十?
理想运放：
5.1 集成运算放大器的分析方法
—理想化
Ao =?
CMRR=?
ri =?
ro = 0
uo =Ao (u+– u－ )
Ao
u+– u－?0
u+? u－
uo－ ＋
＋
u－
u+
ib-
ib+
u+ =u－
ib-= ib+ =0
ri
ib-? 0
ib+? 0
集成运算放大器的分析方法输出电压变化范围,
最大 +UCC~ -UEE
集成运算放大器的分析方法,
放大倍数与负载无关，
uo－ ＋
＋
u－
u+
ib-
ib+
RL
因为 ro = 0
所以 放大倍数与负载无关，放大倍数可以独立计算。
ro
运放线性运用信号的放大、运算恒压源、恒流源电路有源滤波电路在运放的线性应用中，运放的输出与输入之间加 负反馈,使运放工作于线性状态。
11.2 差动放大器第 11章 基本放大电路
12.1 概述
12.2 集成运放的开环和闭环第 12章集成运算放大器清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉 编
11.2 差动放大电路
11.2.1直接耦合放大电路
11.2.2 基本型差动放大器
11.2.3 双电源长尾式差动放大器
11.2.4 恒流源式差动放大器
11.2.5 差动电路的几种接法第 11章 基本放大电路
11.2.1直接耦合电路因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大，所以阻容耦合只适用于放大频率较高的交流信号。
对于直流信号和低频信号，阻容耦合已不适用，必须采用直接耦合方式。
R1
+EC
RC
C1 C2
T
RLui uo
R2
能够放大直流信号（包括慢变信号和低频信号）的放大器称为直流放大器。
建立静态工作点
+UCC
uo
RC2
T2
1.前后级 Q点相互影响。（须增加 RE2）
问题,
ui
RC1R
1
T1
R2
RE2
2.零点漂移,前一级的温漂将作为后一级的输入信号，被一级级放大，导致后级饱和或截止。（ 须增加两级之间的直流负反馈）
直接耦合放大器的级联
1.结构,对称性结构
11.2.2基本型差动放大器
+UCC
RC R
1
T2
RB?
uoRCR
1
T1
RB?
ui2ui1
uo= uC1 - uC2
uC1 uC2
2.优点：抑制温漂 原理如下,
uo= uC1 - uC2 = 0
uo= (uC1 +?uC1 ) - (uC2 +? uC2 ) = 0
当 ui1= ui2 = 0 时，
当温度变化时：
对称性
uC1 = uC2
uC1 =? uC2
+UCC
RC R
1
T2
R
B
uoRCR
1
T1
R
B
ui2ui1
uC1 uC2
3.共模电压放大倍数 AC
uo= uC1 - uC2
+UCC
RC R
1
T2
R
B
uoRCR
1
T1
R
B
ui2ui1
uC1 uC2
当 ui1 = ui2（大小相等，极性相同）,共模输入信号设 ui1?,ui2?，使 uC1?,uC2?。因 ui1 = ui2,?uC1 = uC2
uo= 0 (理想化 )。但因两侧不完全对称,uo? 0
共模电压放大倍数 AC = uou
i1
（很小,<1)
+UCC
RC R
1
T2
R
B
uoRCR
1
T1
R
B
ui2ui1
uC1 uC2
4.差模电压放大倍数 Ad
当 ui1 =- ui2（大小相等，极性相反）,差模输入信号
(很大,>1)
设 ui1?,ui2?,使 uC1?,uC2?。设 uC1 =uC1 -? uC1,
uC2 =uC2 +? uC2 。 因 ui1 = -ui2, uC1 =? uC2
uo= uC1 - uC2=-? uC1-? uC2 =- 2? uC1
差模电压放大倍数 Ad = uou
i1 -ui2
= uo2u
i1
5.共模抑制比 (CMRR)的定义
CMRR=20 log db(分贝 ) A
C
Ad
例,Ad=-200
Ac=0.1
CMRR=20 log? (-200)/0.1? =66 db
CMRR — Common Mode Rejection Ratio
1.结构,
11.2.3 双电源长尾式差放特点：
加入射极电阻 RE
加入负电源 - UEE,采用正负双电源供电
+UCC(+15V)
RC R
1
T2
RB?
uoRCR
1
T1
RB?
ui2ui1
uo= uC1 - uC2
uC1 uC2
-UEE （ -15V）
RE
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
2.双电源长尾式差放中 双电源 和 射极电阻 RE的作用双电源的作用：
（ 1）使信号变化幅度加大。
（ 2） IB1,IB2由负电源 -UEE提供，可以取消 R1和 RB
四个电阻，且使基极的直流静态电位 =0
双电源长尾式差放中双电源和射极电阻 RE的作用射极电阻 RE的作用：
T ° C?
IC1?
IC2?
IE?=IE1+IE2 UE?=IERE+（ -UEE）
UBE1?,UBE2?IB1?,IB2?IC1?
IC2?
uo
+UCC
RC
T1
RC
T2
-UEE
RE
（ 1）直流负反馈，稳定静态工作点射极电阻 RE的作用：
（ 2） RE对共模信号有抑制作用（原理同上，即由于 RE的负反馈作用，使 IE基本不变）
（ 3） RE对差模信号相当于开路
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
REIE
ui1 =- ui2,设 ui1?,ui2 ib1?,ib2 ie1?,ie2?
ie1? = -ie2 IE不变结论：
IE具有恒流特性用恒流源代替 RE,可使电路进一步改善放大倍数
(1)共模信号输入 ui1 = ui2
共模电压放大倍数 AC = uou
i1
(2)差模信号输入 ui1 =- ui2
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
uo= uC1 - uC2
差模电压放大倍数 Ad = uou
i1 -ui2
= –?RCr
be
放大倍数
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
uo= uC1 - uC2
(3) 如果 ui1? ui2
ud差模分量,2ui1 - ui2=
共模分量,uC 2ui1 + ui2=
ui1 = uC + ud
ui2 = uC - ud?叠加分解
uC + ud uC - ud
结论,当两输入端有任意输入时,相当于共模输入和差模输入共存放大倍数
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
uo= uC1 - uC2
uC + ud uC - ud
只考虑共模输入时,uoC= ACuC
只考虑差模输入时,uod= Ad(2ud)
总输出,uo= uoC + uod = ACuC + Ad(2ud)?Ad(2ud)
= Ad(2 )= Ad (ui1 - ui2)2ui1 - ui2
ud 2ui1 - ui2=
uC
2
ui1 + ui2
=
ui1
uo
+UCC（ +15V）
RC
T1
RC
ui2
T2
-UEE （ -15V）
RE
uo= uC1 - uC2
总输出,uo= Ad (ui1 - ui2)
反相输入端
u- 同相输入端
u_+
放大倍数单端输入,当 ui2=0时,
双端输入
uo= Ad ui1
11.2.4 恒流源式差放电路电路结构,
R
2
T3
R1
R
3
-UEE
IC3
+UCC
ui2
uo
E
RC
T1
RC
T2
ui1
电路特点：
IC3具有恒流特性抑制温漂的原理
T ° C?
IC1?
IC2?
IC1+IC2 =IC3 =IE3?
UBE3?=UB3-UE3
R2
T3
R1
R3
-UEE
IC3
+UCC
ui2
uo
E
RC
T1
RC
T2
ui1
IE3
R2
R1+R2
（ UCC-UEE）
+（ -UEE）
UB3=
认为稳定
UE3?=IE3R3-UEE
IC3?结论,IC3保持恒流，对共模信号抑制，对差模信号相当于短路加入温度补偿三极管 T4（ BC短接，相当于二极管）
R2
T3
R1
R3
-UEE
IC3
+UCC
ui
2
uo
E
B2
RC
T1
RC
T2
ui1
IE3 IE4
T ° C? IE3?
IE4?(UCC+UEE- UBE4)/
(R1+R2) 恒定
T ° C? UBE4?
iB
uBE
T ° C?
IE4
恒定
UBE4减小
T4
UBE4? UB3? IE3?
结论,T4
稳定 IE3
恒流源相当于阻值很大的电阻。
恒流源不影响差模放大倍数。
恒流源使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大。
恒流源的作用
R2
T3
R1
R3
-UEE
+UCC
ui2E
RC1
T1
RC1
T2
ui1
T4
T
1
T
2
RC2 RC2
RE2
单端输出,
至下一级双端输出双端输入如单端输出,此 RC2可去消
11.2.5 差放电路的几种接法接法类型：单端输入，双端输入。单端输出，双端输出。
第 12章 集成运算放大器
12.1 概述
12.2 集成运放的开环和闭环
12.1 集成运算放大器概述结构
（ 1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。
（ 2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。
（ 3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。
IC=IC1+ IC2
=?1 IB +?2(1+?1 ) IB
= [?1 +?2(1+?1 ) ]IB
R2
T3
R1
R3
-UEE
+UCC
ui
2
uo
E
RC
T1
RC
T2
ui1
T4
为减小 IB,提高输入电阻,T1,T2采用复合三极管
= IC / IB
=?1 +?2(1+?1 )
1?2
IC
IB
IE
1
2
IC1
IC2
IB2
IE2
T5 T6
RC3
RE2
RL
RC4
RE3
T7
T9
T8
T4
R2
R1
T3
R3
RC1
T1
RC2
T2-
+
RE4
RE5
T11
T10
+UCC
-UEE
集成运放内部结构（举例）
第 1级：差动放大器 第 2级：差动放大器 第 3级：单管放大器第 4级：互补对称射极跟随器极性判断
＋
－u－
u+
uo
集成运算放大器符号
－ ＋
＋
反相输入端 u－
同相输入端 u+ 输出端 uo
美国符号：
国内符号：
集成运算放大器的技术指标
(1) 开环差模电压放大倍数 (开环增益 )大
Ao(Ad)=uo/(u+-u-)=105-107倍 ;
(2) 共模抑制比高
CMRR=100db以上 ;
(3) 输入电阻大
ri>1M?,有的可达 100M?以上 ;
(4) 输出电阻小
ro =几?-几十?
理想运放：
5.1 集成运算放大器的分析方法
—理想化
Ao =?
CMRR=?
ri =?
ro = 0
uo =Ao (u+– u－ )
Ao
u+– u－?0
u+? u－
uo－ ＋
＋
u－
u+
ib-
ib+
u+ =u－
ib-= ib+ =0
ri
ib-? 0
ib+? 0
集成运算放大器的分析方法输出电压变化范围,
最大 +UCC~ -UEE
集成运算放大器的分析方法,
放大倍数与负载无关，
uo－ ＋
＋
u－
u+
ib-
ib+
RL
因为 ro = 0
所以 放大倍数与负载无关，放大倍数可以独立计算。
ro
运放线性运用信号的放大、运算恒压源、恒流源电路有源滤波电路在运放的线性应用中，运放的输出与输入之间加 负反馈,使运放工作于线性状态。
