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1、第 六 章 雙 極 型 模 擬 集 成 電 路集 成 化 元 、 器 件 及 其 特 點集 成 差 分 放 大 電 路電 流 模 電 路功 率 輸 出 級 電 路集 成 運 算 放 大 器第 二 節(jié)第 一 節(jié)第 五 節(jié)第 四 節(jié)第 三 節(jié) 第 一 節(jié) 集 成 化 元 、 器 件 及 其 特 點一 集 成 電 路 工 藝 簡 介 以 制 造 NPN管 的 工 藝 流 程 為 例 氧 化 光 刻 隱 埋 層 擴 散 外 延 和 氧 化 隔 離 擴 散選 擇 隔 離 槽P型 硅 片1 平 面 工 藝 2 電 路 元 件 制 造 工 藝基 區(qū) 擴 散 發(fā) 射 區(qū) 擴 散 蒸 鋁 NPN選 擇 基 區(qū)

2、選 擇 發(fā) 射 區(qū) 選 擇 電 極引 線 窗 口 選 擇 要 去除 的 鋁 層 硅 片 上 的 管 芯 集 成 電 路 的 封 裝(a)雙 列 直 插 式(b)圓 殼 式 二 集 成 化 元 、 器 件1 NPN晶 體 管 在 P型 硅 片 襯 底 上 擴 散 N 隱 埋 層 ， 生 長 N型 外 延 層 ， 擴 散 P型 基 區(qū) ， N 型 發(fā) 射 區(qū) 和 集 電 區(qū) 2 PNP晶 體 管 從 隔 離 槽 P 上 引 出 集 電 極 ， 載 流 子 沿 晶 體 管斷 面 的 垂 直 方 向 運 動優(yōu) 點 ：制 造 方 便基 區(qū) 較 NPN寬特 征 頻 率 高輸 出 電 流 大缺 點 由 于

3、隔 離 的 需 要 ， C極 必 須 接 電 路 電 源 最 低 電 位常 作 射 極 跟 隨 器 1)縱 向 PNP管 (2)橫 向 PNP管 :發(fā) 射 極 和 集 電 極 橫 向 排 列 ， 載 流 子 沿 斷 面 水 平 運 動 。缺 點 ： 由 于 加 工 原 因 ， 基 區(qū) 寬 度 比 普 通 NPN大 1 2個 數(shù) 量 級 ， 很 小 ， 特 征 頻 率 低優(yōu) 點 ： 因 為 由 輕 摻 雜 的 P型 擴 散 區(qū) 和 N型 外 延 區(qū) 構(gòu) 成 ， e結(jié) 和 c1結(jié)反 向 擊 穿 電 壓 高 3 多 發(fā) 射 極 管 和 多 集 電 極 管 4 二 極 管晶 體 管 制 作 時 ， 只

4、 要 開 路 或 短 路 某 一 PN結(jié) 即 得 ： 5 電 阻 :金 屬 膜 電 阻 :溫 度 特 性 好擴 散 電 阻 ， 按 結(jié) 構(gòu) 分 ：基 區(qū) 電 阻 50 100K 20%發(fā) 射 區(qū) 電 阻 1 1000 （ 電 阻 率 低 ）窄 基 區(qū) 電 阻 電 阻 率 高 10 1000K 20%雖 集 成 化 電 阻 阻 值 誤 差 大 ， 但 為 同 向 偏 差 ， 匹 配誤 差 小 （ 小 于 3 ） 6 電 容MOS電 容 ： 利 用 SiO2保 護 層 作 絕 緣 介 質(zhì) ， 用 金 屬 板 和 半 導 體 作電 容 極 板電 容 量 與 氧 化 物 厚 度 成 反 比 ， 與 極

5、 板 面 積 成 正 比 ， 單位 面 積 電 容 量 不 大 但 漏 電 較 小 ， 擊 穿 電 壓 較 高 結(jié) 電 容 ：由 反 向 PN結(jié) 構(gòu) 成 ， 容 量 與 結(jié) 面 積 成 正 比 ， 擊 穿 電 壓低 ， 漏 電 流 大 ， 但 單 位 面 積 電 容 值 高集 成 電 路 元 件 平 面 圖 二 集 成 化 元 器 件 特 點4 集 成 電 路 中 的 寄 生 參 量 存 在 會 引 起 元 件 間 的 寄 生 耦合 ， 影 響 電 路 穩(wěn) 定 ， 使 電 路 產(chǎn) 生 寄 生 振 蕩1 集 成 電 路 工 藝 不 能 制 作 電 感 ， 超 過 100pF的 大 電 容 因 占

6、 用 面 積 大 也 不 易 制 作 ， 故 集 成 電 路 中 不 采 用 阻 容 耦 合 ， 而 采 用 直 接 耦 合2 電 阻 阻 值 越 大 占 用 硅 片 面 積 越 大 ， 一 般 幾 十 至 幾 十 K， 盡 量 用 晶 體 管 代 替 電 阻 電 容3 單 個 精 度 不 高 ， 受 溫 度 影 響 大 ， 但 同 一 晶 片 上 相 鄰 元 件 在 制 作 尺 寸 和 溫 度 上 有 同 向 偏 差 ， 對 稱 性 好 ， 故 大 量 采 用 差 放 電 路 及 放 大 倍 數(shù) 取 決 于 電 阻 比 值 的 負 反 饋 放 大 器 第 二 節(jié) 集 成 差 分 放 大 電

7、路（ 一 ） 差 分 放 大 電路 的 組 成 ： 由 對 稱 的 兩 個 基 本放 大 電 路 通 過 射 極公 共 電 阻 Ree耦 合構(gòu) 成 。一 、 差 分 放 大 電 路 的 工 作 原 理 ： 對 稱 指 兩 個 三 極 管 特 性 一 致 、 電 路 參 數(shù) 相 等 Rb1= Rb2 = Rb, Rc1= Rc2 = Rc, 1= 2 = , rbe1= rbe2 = rbe, IbQ1= IbQ2, IcQ1= IcQ2, Ube1= Ube2, Uc1= Uc2,信 號 輸 入 方 式雙 端 輸 入 ： 輸 入 信 號 接 在 兩 個 輸 入 端 間單 端 輸 入 ： 輸 入

8、 信 號 接 在 一 個 輸 入 端 與 地 間 ， 另 一 端 接 地差 放 輸 出 方 式雙 端 輸 出 （ 平 衡 輸 出 ） ： 輸 出 取 自 兩 個 集 電 極 之 間單 端 輸 出 （ 不 平 衡 輸 出 ） ： 輸 出 取 自 一 個 集 電 極 與 地 間 差 模 信 號 ： 是 指 在 差 放 兩 個 輸 入 端 接 入 兩 個 幅 度 相 等 、 極 性 相 反的 信 號 ， 記 為 ， Uid1 ,Uid2 Uid1 = -Uid2 = Uid （ 二 ） 對 差 模 信 號 的 放 大 作 用圖 6-8(a) 雙 端 輸 入 雙 端 輸 出 差 放Ie1 Ie2 雙

9、端 輸 入 雙 端 輸 出 時 ： ieb Lfeido hR RhUU UdA )(2 iebididid hRIUr )2/( LcL RRR Uo圖 6-8（ b） 差 模 輸 入 等 效 電 路不 論 單 端 輸 入 還 是 雙 端 輸 入 ， rid均 為 基 本 放 大 電 路 的 兩 倍 cod Rr 2雙 端 輸 出 時 ， rod =2Rc/(2 /hoe)當 1/ hoe Rc時 ， 1 差 模 電 壓 增 益 AUd 2 差 模 輸 入 電 阻 rid3 差 模 輸 出 電 阻 r od 共 模 信 號 ： 是 指 在 差 放 兩 個 輸入 端 接 入 兩 個 幅 度相

10、等 、 極 性 相 同 的信 號 ，（ 三 ） 對 共 模 信 號 的 抑 制 作 用圖 6 10（ a） 共 模 電 路Ie1 Ie2記 為 ：Uic1 ,Uic2 Uic1 = Uic2 = Uic 0)( 21 icococ icocUc UUU UUA eefeieb cfeicocicocUc RhhR RhUUUUA 2)1()( 21 單 eecUc RRA 2)( 單 1 共 模 電 壓 增 益 Auc雙 端 輸 出 時 ， 由 于 電 路 對 稱 ，單 端 輸 出 時 ，當 （ 1+h fe） *2Ree（ Rb+hie） 時 ，圖 6 10 (b)共 模 輸 入 等 效 電

11、 路 單 端 輸 出 時 ，雙 端 輸 出 時 ， eefeiebicicic RhhRIUr 2)1()( 11 單 2/2)1()( 21 eefeiebicicicic RhhRIIrr 定 義 ： 差 放 的 差 模 增 益 與 共 模 增 益 之 比 值 的 絕 對值即 CMMR=IAUd/AUcI或 CMMR（ dB） =20lg IA Ud/AUcI 雙 端 輸 出 時 ， CMMR可 以 認 為 等 于 無 窮 大單 端 輸 出 時 CMMR（ 單 ） = lAUd(單 )/AUc(單 )l 2 共 模 輸 入 電 阻3 共 模 抑 制 比 CMRR 動 畫 6-1 輸 入 U

12、i1, Ui2 可 寫 為 ：Ui1=(Uic1 + Uid1)Ui2=(Uic2 + Uid2)Uic1 = Uic2 =(Ui1 +Ui2)/2Uid1 =- Uid2 =(Ui1 - Ui2)/2若 輸 入 為 一 對 任 意 數(shù) 值 和 極性 的 信 號 ， 則 可 分 解 為 一 對差 模 信 號 和 一 對 共 模 信 號（ 四 ） 對 任 意 輸 入 信 號 的 分 析 圖 6 11 典 型 差 放 電 路動 畫 6-2 （ 五 ） 差 放 的 輸 入 和 輸 出差 放 的 差 模 工 作 狀 態(tài) 可 分 為 四 種 ：雙 端 輸 入 雙 端 輸 出 （ 雙 雙 ）雙 端 輸 入

13、 單 端 輸 出 （ 雙 單 ）單 端 輸 入 雙 端 輸 出 （ 單 雙 ）單 端 輸 入 單 端 輸 出 （ 單 單 ）主 要 討 論 的 問 題 有 ：差 模 電 壓 增 益差 模 輸 入 電 阻輸 出 電 阻 相 當 于 Ui1= Ui , Ui2 = 0 , 則 可 分 解 為 一 對 差 模 信 號和 一 對 共 模 信 號 。 對 “ 單 雙 ” 和 “ 雙 雙 ” 狀 態(tài)1單 端 輸 入 方 式 ： 圖 6 12 單 端 輸 入 、 輸 出 方 式 ieb LfeUd hR RhA 2/ LcL RRR AUc=0 Rid=2(Rb+hie) Rod=2Rc/(2/hoe) 2

14、單 端 輸 出 方 式 ：ieb LfeUd hR RhA 21)(單 LcL RRR / eeLeefeieb LfeUc RRRhhR RhA 22)1( )(2 iebid hRR )/1/( oebod hRR )/( iebeefe hRRhCMRR 負 載 一 端 接 集 電 極 之 一 , 另 一 端 接 地 ， 對 “ 雙 單 ” 和 “ 單 單 ” 狀 態(tài) 恒 流 源 電 路 優(yōu) 點 ： 低 的 直 流 內(nèi) 阻 ， 高 的 動 態(tài) 內(nèi) 阻二 、 恒 流 源 差 分 放 大 電 路2233 2 RIURIU Dbe 忽 略 T3基 極 電 流 ， 則 )/()2( 2121 R

15、RUEII De 21, RRUU Dbe )(2/( 333 恒 定REII ec )1(1 333 3333 RhR Rhhr ieb feoeo 故 可 利 用 恒 流 源 輸 出 等 效 高 阻 代 替 實 體 電 阻 有 源 負 載等 效 輸 出 電 阻 圖 6 13 恒 流 源 差 放 三 組 合 差 分 輸 入 級(一 ) 共 射 -共 基 組 合 差 放 31/ UUioUd AAUUA 1/ 1311 ebebU rrA 121 2 bebebeid rrrr )2/(/ 0533533 ToeboU UIrrrA ITITIT 165 )(2 IT IIo 2 圖 6 14

16、(a) 共 射 共 基 差 放 T1 ,T2 -共 射 電 路T3 ,T4 -共 基 電 路并 完 成 單 端 雙 端 輸 出 轉(zhuǎn) 換T5 ,T6 - T3 ,T4集 電 極 有 源 負 載 ， (二 ) 共 集 -共 基 差 放 電 路)4/( TcoUd URIA oTid IUr /8 121,TT 43,TT -高 值 NPN管-低 橫 向 PNP管特 點 ： 輸 入 電 阻 高 ， 電 流 和 電壓 增 益 大 。 又 稱 為 互 補 差 分 電路 。（ 利 用 NPN管 大 彌 補 PNP管 小 ， 利 用 PNP管 反 向 擊 穿 電 壓高 提 高 差 模 輸 入 電 壓 范 圍

17、 。 ) 圖 6 14(b) 共 集 共 基 差 放 四 共 模 負 反 饋 差 放兩 級 共 模 負 反 饋第 一 級 ： T1、 T2、 T3構(gòu)成 恒 流 源 差 放第 二 級 ： T4、 T5構(gòu) 成 典型 差 放R 1、 R2構(gòu) 成 兩 級 電 流 負反 饋 ， 抑 制 共 模 信 號 圖 6 15 共 模 負 反 饋 差 放 42222 51111 eccbic eccbic IUIIU IUIIU 2132 cceR IIIU 42222 51111 eccbid eccbid IUIIU IUIIU 02 RU對 差 模 信 號 無 負 反 饋 作 用 抑 制 共 模 信 號 過

18、程 五 差 放 的 傳 輸 特 性傳 輸 特 性 ： 輸 出 集 電 極 電 流 Ic與 輸 入 差 模 電 壓 Ui的 函 數(shù) 關(guān) 系 及輸 出 電 壓 Uo與 差 模 電 壓 Ui的 函 數(shù) 關(guān) 系(一 ) Ic 隨 Ui的 變 化 曲 線 )1( /121 12 TBEBE UUUEEEo eiiiI iBEBE UUU 21 )1()1( /2/1 TiTi UUEUUEo eieiI 2211 , EcEc iiii )1/( /1 Ti UUoc eIi )1/( /2 Ti UUoc eIi 圖 6 16 恒 流 源 差 放 (二 )Uo與 Ui關(guān) 系 曲 線ccccco RII

19、UUU )( 1221 )2/(tanh Tico UURI 圖 6 17 傳 輸 特 性 5)在 T1 、 T2管 接 入 射 極 電 阻 Re會 使 傳 輸 特 性 線 性 范 圍加 寬 。結(jié)論 1) 當 輸 入 信 號 Ui 0時 （ 靜 態(tài) 工 作 點 Q)， 差 放 處于 平 衡 狀 態(tài) ， Ic1 Ic2 0.5 I0 ， Uo 0。2) 在 Ui = UT =25mV范 圍 內(nèi) ， Uo與 Ui成 線 性 關(guān) 系 。 這 一 范 圍 (約 50mV)即 小 信 號 工 作 線 性 放 大 區(qū) 。3)當 Ui 2 UT時 ， Ic1 、 Ic2基 本 恒 定 不 變 ， 稱為 大

20、信 號 限 幅 特 性4)兩 管 集 電 極 電 流 之 和 Io為 一 常 數(shù) ， 故 一 管 電 流增 大 ， 另 一 管 電 流 必 然 減 小 。 一 鏡 像 電 流 源 電 路（ 一 ） 基 本 恒 流 源第 三 節(jié) 電 流 模 電 路則 基 準 電 流 /211211 cbbcr IIIII若 Ib1= Ib2, Ic1 = Ic2, 21若 1 ,則 有 RUEII becrc /)(1 因 為 T1 、 T2構(gòu) 造 相 同 ， Ube相 同 ， 所以 Ic相 同 。 稱 為 鏡 像 電 流 源 電 路 。電 路 優(yōu) 點 ： 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 兩 管 參 數(shù) 對 稱 符合 集

21、成 電 路 特 點 。電 路 缺 點 ： I c1數(shù) 值 仍 受 電 源 電 壓 、 R和Ube影 響 ， 且 不 易 得 到 小 電 流 （ A級 ) 圖 6 19 基 本 電 流 源 （ 二 ） 比 例 恒 流 源22211111 RIURIURIU eberbeebe )/ln( 111 scTbe IIUU 221122 /)/ln( RIIURIII ccTrec )/ln( 222 scTbe IIUU 1.在 基 本 恒 流 源 的 T1 、 T2管 接 入射 極 電 阻 R1 、 R2 ， )/ln( 211 ccTr IIURI )/( 2120 RRIII rc 當 Ic1

22、 =(510) Ic2時 ， 圖 6 20(a) 比 例 恒 流 源 2.改 變 基 本 恒 流 源 的 T1 、T2 管 的 發(fā) 射 區(qū) 面 積Se -發(fā) 射 區(qū) 面 積W-基 區(qū) 寬 度N-基 區(qū) 雜 質(zhì) 濃 度Tbe UUese eII / WNSI ees 21 21212121 eeeseseecc SSIIIIII rcco IIII 22 12 圖 6 20(b) 比 例 恒 流 源 （ 三 ） 微 電 流 源 （ Wildar電 流 源 ）2221 RIUU ebebe )/ln( 2121 2222 eeTbebe ec IIUUU RIRI )/ln( 111 eseTbe

23、 IIUU )/ln( 221 eseTbe IIUU 21 eses II 設(shè) 計 時 一 般 先 定 Ir 、 Ic1值 ， 再確 定 R2值 圖 6 21 微 電 流 源 （ 四 ） 閉 環(huán) 負 反 饋 電 流 源 威 爾 遜 電 流 源)2/(21( 23 cr II 221123 / ccce IIII 33131 /ccbcr IIIII 21 cc II )1/( 3333 ec II如 圖 ：若 T1 、 T2 、 T3特 性 一 致 ， 可 得 ：由 上 式 可 看 出 ， 變 化 對 保持 影 響 較 小 ， 故此 種 電 路 傳 輸 精 度 高 。rco III 3 圖

24、6 22 閉 環(huán) 負 反 饋 電 流 源 （ 五 ） 多 路 恒 流 源 )1/()1( bor InII如 圖 (a)， 各 管 特 性 一 致 ， 則 ：n越 大 ， 越 大 ， 故 可 采用 (b)電 路 以 使 Io與 Ir接 近相 等 。 此 時 ： 021 oonooc IIIII bor InII )1( bro InII )1( 圖 6 23 多 路 基 本 恒 流 源 二 跨 導 線 性 電 路（ 一 ） 跨 導 線 性 的 基 本 概 念 )/exp( Tbesc UUII Tcmbec UIgdUdI / 上 式 表 明 理 想 雙 極 晶 體 管 跨 導 gm是 集 電

25、極 電 流 Ic的 線 性 函 數(shù) ， 稱 為 跨 導 線 性 (TL) （ 二 ） 跨 導 線 性 (TL)回 路 原 理)41)(/ln( iIiUU siiTbei )/(ln)/(ln 31314242 ssTssT IIiiUIIiiU 3142 bebebebe UUUU 3142 iiii 由 圖 ， 回 路 方 程 為其 中 ：則 有 ： sssss IIIII 4321控 制 發(fā) 射 區(qū) 尺 寸使 則 有 ：TL回 路 ： 含 有 偶 數(shù) 個 正 偏 發(fā) 射 結(jié) 的 閉 合 回 路 。 回路 中 順 時 針 方 向 排 列 的 正 偏 PN結(jié) 數(shù) 目 與反 時 針 方 向 排

26、 列 的 正 偏 PN結(jié) 數(shù) 目 相 等 。在 TL回 路 中 ， 若 順 時 針 方 向 排 列 的 正 偏 PN結(jié) 數(shù) 目 與 反時 針 方 向 排 列 的 正 偏 PN結(jié) 數(shù) 目 相 等 ， 則 順 時 針 正 偏PN結(jié) 的 各 電 流 乘 積 等 于 反 時 針 正 偏 PN結(jié) 的 各 電 流 乘 積 。跨 導 線 性 回 路 原 理 ： 圖 6-24 TL回 路 （ 三 ） 由 跨 導 線 性 回 路 構(gòu) 成 的電 流 放 大 器 yIii 232 )1(1 xIi x )1(4 xIi x 1.A回 路 電 流 放 大 器圖 中 ， 輸 入 為 T1 、 T4 ，其 靜 態(tài) 電 流

27、 為 Ix ， 輸 入差 模 電 流 是 在 Ix基 礎(chǔ) 上變 化 x,輸 入 電 流 ：T2 、 T3管 的 靜 態(tài) 電 流 為 Iy 圖 6 25(a) A回 路 電 流 放 大 器 xyidodId IIiiA / 可 得 ： )1(2 xIi y )1(3 xIi y 3142 iiii )1()1( 23 xIixIi xx 即 xid xIiii 241 yod xIiii 232 輸 入 差 模 電 流 ：輸 出 差 模 電 流 ： 2.B回 路 電 流 放 大 器xIxi )1(1 xIxi )1(2 輸 入 差 模 信 號 ： yIIi 243 輸 出 ： yIxi )1(4

28、 yIxi )1(3 同 理 可 得 ： xxIii 221 yxIii 234 輸 入 差 模 電 流 ：輸 出 差 模 電 流 ： xyId IIiiiiA /)/()( 2134 與 A回 路 相 比 ， 輸 入 輸 出 電 流 極 性 相 反 。 圖 6 25(b)B回 路 電 流 放 大 器 （ 四 ） 兩 級 可 變 增 益 電 流 放 大 器圖 6 26 兩 級 電 流 放 大 器 nepeIn IIIA )( )/( epeId IIIA 每 一 級 的 電 流 增 益 為每 一 級 的 電 流 增 益 為 設(shè) 計 低 頻 功 放 應 考 慮 以 下 幾 個 特 殊 問 題 ：

29、1.轉(zhuǎn) 換 效 率 ： Po/ PDc2.非 線 性 失 真 ： 在 大 信 號 下 ， 晶 體 管 、 變 壓 器 等 非 線 性 元 件的 特 性 不 能 看 成 線 性 ， 而 是 非 線 性 的 ， 故 非 線 性 失 真 不 可 忽 略。3.晶 體 管 的 安 全 運 用 ： 在 功 放 中 ， 晶 體 管 工 作 時 電 壓 、 電流 幅 度 變 化 大 ， 接 近 極 限 運 用 ， 故 應 保 證 晶 體 管 各 電 流 、 電 壓及 集 電 極 耗 散 功 率 不 超 過 規(guī) 定 值 。第 四 節(jié) 功 率 輸 出 級 電 路功 率 放 大 器 ： 放 大 設(shè) 備 中 直 接

30、與 負 載 相 連 并 向 負 載 提 供信 號 功 率 的 輸 出 級 及 其 推 動 電 路工 作 原 理 ： 實 質(zhì) 是 能 量 轉(zhuǎn) 換 器 。 即 在 輸 入 信 號 控 制 下 ，通 過 晶 體 管 的 作 用 將 直 流 電 源 供 給 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 成 輸 出 信 號功 率 。 三 極 管 的 工 作 狀 態(tài)三 極 管 根 據(jù) 導 通 時 間 可 分 為 如 下 四 個 狀 態(tài) ， 如 圖所 示 。 甲 類 -三 極 管 360 導 電 ； 特 點 ： 非 線 性失 真 小 ， 但 效 率 最 低 ； 甲 乙 類 -三 極 管 180 360 導 電 ； 特 點 ：兼 有

31、甲 類 失 真 小 和 乙 類 效 率 高 的 優(yōu) 點 ； 乙 類 -三 極 管 180 導 電 ； 特 點 ： 失 真 較大 ， 但 效 率 較 高 ； 丙 類 -三 極 管 180 導 電 ； 特 點 ： 失 真 最大 ， 效 率 更 高 ， 只 用 于 高 頻 放 大 器 。 甲 乙 類 180 360 導 電乙 類 180 導 電 圖 17.01 三 極 管 的 四 種 工 作 狀 態(tài)丙 類 0且 U i U be0,U 0 03) U i U be0 , T 1 導 通 ,T 2截 止 , Uo U i4) U i U i1 = E c+ Ube1 -Uces1時 , T 1 飽 和

32、 ,突 變 為 水 平 線 , U i 為 負 電 壓 時 ,相 應 為 對 稱 部分 圖 6-31 轉(zhuǎn) 移 特 性圖 中 : U 01= E c-Uces1 U 02= E c+ Ube1 -Uces1 嚴 格 說 ， 輸 入 信 號很 小 時 ， 達 不 到 三 極 管的 開 啟 電 壓 ， 三 極 管 不導 電 。 因 此 在 正 、 負 半周 交 替 過 零 處 會 出 現(xiàn) 一些 非 線 性 失 真 ， 這 個 失真 稱 為 交 越 失 真 。 如 圖所 示 。輸 入 信 號 很 大 時 , T1 、 T2進 入 飽 和 ,造 成 輸 出 信 號 頂 部 失 真 ,稱 為 飽 和 失

33、真 。 三 甲 乙 類 功 率 輸 出 級(一 )雙 電 源 甲 乙 類 輸 出 級1 甲 乙 類 工 作 原 理 由 于 有 U b1 ,U 02給 T 1 ,T 2提 供 正 向 小 偏 壓 ,使 T 1 ,T 2接 近 導 通 ,在 U i= Ubeo范 圍 內(nèi) 有 輸 出跟 隨 電 壓 ,可 避 免 交 越失 真 圖 6-32（ a） 甲 乙 類 輸 出 級原 理 圖 6-32(b) 甲 乙 類 推 挽 輸 出 級 轉(zhuǎn) 移特 性 原 理Ui=0處 ， T1與 T2處 于 導 通 ，使 整 個 轉(zhuǎn) 移 特 性 曲 線 在 工作 區(qū) 域 的 斜 率 接 近 于 己 于人 ， 從 而 克 服

34、 交 越 失 真 的影 響 2.互 補 推 挽 輸 出 級T 3 -共 射 激 勵 級 ,可 提高 輸 入 信 號 電 壓 幅度 ;T 1 ,T 2 -互 補 推 挽 輸出 級D 1 ,D 2 -給 T 1 ,T 2提供 小 偏 壓 圖 6-33 互 補 輸 出 級 3.準 互 補 推 挽 輸 出 級復 合 管 :兩 只 導 電 類 型 相 同 的 管 子 組 成 ,復 合 后 管 子 導 電 類 型 不 變 .T 1A ,T 1B -NPN型 復 合 管T 2A ,T 2B -PNP型 復 合 管復 合 管 極 性 決 定 于 小 功 率 管 T 1A ,T 2A,輸 出 特 性 決 定 于

35、 大 功 率 管 T 1B ,T 2B,復 合 管 電 流 放 大 倍 數(shù) 為 T 1A ,T 1B兩 管 電 流 放 大 倍 數(shù) 乘 積U B1-2 =I R2 (R 1 +R 2 )=Ube4 (1+R 1 /R 2)上 兩 種 電 路 負 載 R L可 直 接 連 到 功 放 輸 出 ,不 用 耦 合 電 容 ,稱 為 OCL電 路 . 圖 6-34 準 互 補 輸 出 級 (二 )單 電 源 甲 乙 類 推 挽 輸 出 級 (OTL)T 3 -共 射 激 勵 級 ,電 壓放 大 ;T 1 ,T 2 -推 挽 功 率 輸 出級 ;D 1 ,D 2 -提 供 小 偏 壓 ;T 4 ,T 5

36、 -輸 出 過 載 保 護電 路 圖 6-35 OTL電 路 運 算 放 大 器 由 直 接 耦 合 多 級 放 大 電 路 集 成 制造 的 高 增 益 放 大 器 ， 它 的 方 框 圖 如 圖 6-36所 示 。圖 6-36 運 放 組 成 及 符 號第 五 節(jié) 集 成 運 算 放 大 器 1.輸 入 級 :高 性 能 的 差 動 放 大 電 路 。 運 放 有 兩個 輸 入 端 ， 一 個 稱 為 同 相 輸 入 端 ， 即 該 端 輸 入 信號 變 化 的 極 性 與 輸 出 端 相 同 ， 用 符 號 U 表 示， 另 一 個 稱 為 反 相 輸 入 端 ， 即 該 端 輸 入 信

37、 號 變 化的 極 性 與 輸 出 端 相 異 ， 用 符 號 U 表 示 。 4.恒 流 源 偏 置 可 提 供 穩(wěn) 定 的 幾 乎 不 隨 溫 度 而變 化 的 偏 置 電 流 ， 以 穩(wěn) 定 工 作 點 。 3.低 阻 輸 出 級 由 PNP和 NPN兩 種 極 性 的 三 極管 或 復 合 管 組 成 ， 以 獲 得 正 負 兩 個 極 性 的 輸 出 電壓 或 電 流 。 具 體 電 路 參 閱 功 率 放 大 器 。 2.中 間 放 大 級 ： 提 供 高 的 電 壓 增 益 ， 以 保證 運 放 的 運 算 精 度 。 多 為 差 動 電 路 和 帶 有 源負 載 的 高 增 益

38、 放 大 器 。 6-37集 成 運 放 F741(F007)電 路 原 理 一 .通 用 型 集 成 運 放F007電 路 原 理 由 輸 入 級 、 中 間 級 、 輸 出 級 、 恒 流 偏 置 構(gòu) 成 。優(yōu) 點 ： 輸 入 阻 抗 高 ， 共 模 范 圍 大 ， 開 環(huán) 增 益 高 ，工 作 穩(wěn) 定 ， 輸 出 有 短 路 保 護 。 (一 )恒 流 源 偏 置 電 路T8、 T9、 T10、 T11、 T12、 T13、 R4、 R5為 偏 置 電 路 ， T11、 T12、 R5形 成 偏 置 電路 的 基 準 電 流 Ir 55 2 R EER UEEI ecbeecr 圖 6

39、39 恒 流 偏 置 3.閉 環(huán) 恒 流 偏 置T10、 T11、 R4連 成 的 小 電流 恒 流 源 帶 動 由 橫 向 PNP管 T8、 T9組 成 的 恒 流 源 ，并 為 T3、 T4提 供 基 極 電 流 。1.基 本 恒 流 源 電 路T12所 帶 動 的 恒 流 源 T13是 雙 集電 極 橫 向 PNP管2.微 電 流 源 電 路由 NPN對 管 T10、 T11組成 ， 可 提 供 一 微 小 恒 定電 流 Ic10 圖 6 39 恒 流 偏 置 (二 )輸 入 級 電 路由 T1 T7、 R1 R3構(gòu) 成 ，其 中 ：T1、 T2和 T3、 T4 接 成 共 集 共 基

40、組 合 差 分 電 路 ， T3、 T4 的 輸 入 阻 抗 分 別 作 為 T1、 T2 的 射 極 阻 抗 ；T5、 T6是 T3、 T4 的 有 源 負 載 ，兼 有 雙 端 變 單 端 作 用 ；T 7作 用 是 減 小 T5、 T6兩 管 電流 差 別 ， R3用 來 增 大 工 作 電 流 ，從 而 提 高 值 ； 圖 6 40 輸 入 級 電 路 電 路 特 點1.PNP對 管 T3、 T4 具 有 高 的 發(fā) 射 結(jié) 和 集 電 結(jié) 擊 穿 電壓 ,這 可 使 F007的 最 大 差 模 輸 入 電 壓 大 于 30V;2.具 有 較 高 的 差 模 輸 入 電 阻3.由 于

41、T7的 耦 合 作 用 ,使 單 端 輸 出 具 有 雙 端 輸 出 的 差模 增 益 ;4.由 于 T7的 耦 合 ,使 單 端 輸 出 具 有 雙 端 輸 出 抑 制 共 模信 號 的 效 果 . (三 )中 間 級由 T16、 T17 、 T23組 成T16 -射 極 跟 隨 器 ,在 輸 入級 與 中 間 增 益 級 間 起 緩 沖作 用 ;T17 -共 射 電 路 ,中 間 增 益級 , T 13B為 集 電 極 有 源 負 載 ;T23 -射 隨 器 ,作 有 源 負 載 。 圖 6 41 中 間 放 大 級 (四 )輸 出 級 及 其 保 護 電 路T19 、 T20為 互 補

42、輸 出級T14 、 T15給 T19 、 T20提 供 偏 壓 ,消 除 交 越失 真 .過 載 保 護 電 路T15、 T21 、 R6 、 R7 、 T 22、 T24及 T23的 發(fā) 射結(jié) D1。 圖 6 42 輸 出 級 及 其 保 護 電 路 (五 )調(diào) 零 及 相 位 補 償Rw -調(diào) 零 電 位 器 ,使 Ui =0時 , Uo =0;C=30pF-相 位 補 償 電容 ,防 止 閉 環(huán) 時 產(chǎn) 生 自激 振 蕩 . 圖 6 38 F007 外 部 連 接 二 集 成 運 放 參 數(shù) 及 相 位 補 償 技 術(shù) (一 )集 成 運 放 的 主 要 特 性 參 數(shù)1.傳 輸 參 數(shù)

43、1)差 模 電 壓 增 益AUd =|Uo /Uid|或 AUd (dB)=20lg|Uo /Uid|2)輸 入 電 阻 RidAUd =Uid /Iid3)輸 出 電 阻 Ro4)共 模 輸 入 電 阻 R ic 5)共 模 抑 制 比 CMRRCMRR =|AUd /AUc| 6)頻 率 帶 寬截 止 頻 率 fo -運 放 開 環(huán) 增 益 下 降 到 直 流 增 益 的 0.707倍對 應 頻 率 ;單 位 增 益 帶 寬 fc -運 放 開 環(huán) 增 益 下 降 到 1時 頻 帶 寬 度 ;對 單 極 點 系 統(tǒng) ,有 AUd fo = fc7)差 模 輸 入 電 壓 范 圍 Udm8)

44、共 模 輸 入 電 壓 范 圍 Ucm 1.輸 入 失 調(diào) 電 壓 Uos 2.輸 入 偏 置 電 流 Ib 3.輸 入 失 調(diào) 電 流 Ios2. 失 調(diào) 誤 差 參 數(shù) 21 bebeos UUU 2/)( 21 bbb III 21 bbos III 4.輸 入 失 調(diào) 電 壓 溫 漂 dUos /dT5.輸 入 失 調(diào) 電 流 溫 漂 dIos /dT 在 規(guī) 定 工 作 溫 度 范 圍 內(nèi) ， 輸 入 失 調(diào)電 壓 隨 溫 度 的 變 化 量 與 溫 度 變 化 量之 比 值 。在 規(guī) 定 工 作 溫 度 范 圍 內(nèi) ， 輸 入 失 調(diào) 電流 隨 溫 度 的 變 化 量 與 溫 度

45、變 化 量 之 比值 。 1)額 定 輸 出 電 壓 UcM2)額 定 輸 出 電 流 IoM3)轉(zhuǎn) 換 速 率 SR SR=Up-p/t3.輸 出 信 號 響 應 參 數(shù) (二 )相 位 補 償 技 術(shù)定 義 :為 消 除 多 極 點 負 反 饋 放 大 器 的 自 激 振蕩 ,在 適 當 的 地 方 加 入 補 償 網(wǎng) 絡(luò) ,改 變 電 路原 有 的 頻 率 特 性 ,破 壞 它 的 自 激 振 蕩 相 位條 件 ,使 放 大 器 在 閉 環(huán) 穩(wěn) 定 工 作 .1.滯 后 補 償接 入 補 償 元 件 后 ,使 附 加 相 位 滯 后 . 1)簡 單 電 容 補 償把 開 環(huán) 幅 頻 特

46、性 第 一 個 極 點 強 制 移 到 低 頻 區(qū) ,使 開 環(huán) 幅頻 特 性 呈 單 極 點 系 統(tǒng) .例 :5G23集 成 運 放fP1 = 1/(2R1 C1 )=4KHz fP2= 1/(2R2 C2 )=1.2MHz 圖 6-48 （ a） 簡 單 電 容 補 償 結(jié) 構(gòu) 示 意 在 fP2 的 M點 作 一 斜 率 為 -20dB/十 倍 頻 直 線 ,與 原 幅 頻 特性 交 于 N,N對 應 頻 率 fP1 .加 入 Cx,使 fP1 = 1/2R1 (C1+Cx)則 C1+Cx = 1/(2R1 fP1 )圖 6-48（ b） 開 環(huán) 幅 頻 特 性 2)密 勒 電 容 補

47、償例 :F007C接 至 A2,則 C折 算 到 輸 入 端 后 等 效 電 容 :)/11()1( 222 poM fjfACACC )(1/)( 11011 MCCRjAjA )( 12 CCCAo又 )/(1 )/1()( 12 211 pp po ffffj fjfAjA 1 211 /1 )/1()( p po ff fjfAjA )(2)()( 1 jAjAjA 選 擇 C使 fp1 fp2,則 : （ a） 結(jié) 構(gòu) 示 意圖 6-49 密 勒 電 容 補 償（ b） A1級 等 效 電 路 圖 6-50 密 勒 電 容 補 償 原 理 2.超 前 補 償在 產(chǎn) 生 自 激 振 蕩

48、 的 頻 率 點 附 近 引 入 一 個 超 前 相 移 的 零 點 ,利 用 零 點 產(chǎn) 生 的 超 前 正 相 移 抵 銷 原 來 的 滯 后 相 移 .1)超 前 補 償 網(wǎng) 絡(luò) PZfjf fjfRRRjA /1 /1)( 21 2 fZ= 1/(2R1 C ), fP= 1/2(R1 / R2)C 圖 6-51超 前 補 償 網(wǎng) 絡(luò) 2)超 前 補 償 原 理例 : )/1)(/1)(/1()( 321 00 fjffjffjf AjA 串 聯(lián) 入 超 前 網(wǎng) 絡(luò) ,增 益 A(j),則 合 成 后 , )/1)(/1)(/1()()()( 310 fjffjffjf AjAjAjA p )/(, 2120 RRRAAAA 圖 6-52 超 前 補 償 原 理 三 .專 用 集 成 運 放 的 典 型 產(chǎn) 品(一 )跨 導 可 控 型 運 放 F3080（ 圖 6-53） (二 )超 高 精 度 單 片 集 成 運 放 典 型 電 路運 放 OP-177簡 化 原 理 電 路 （ 圖 6-54） (三 )超 高 速 集 成 運 放 （ 圖 6-55）