1、本章重點:l 典型差分放大電路的工作原理l 理想運放及“虛短”、“虛斷”、“虛地”的基本概念l 運放的兩種工作狀態(tài)及特點l 運放的分析計算及在實際中的應(yīng)用4.1.1 減小零點漂的辦法（1）選用高質(zhì)量的硅管（2）利用二極管或熱敏元件補償?shù)诘?章章 集成運算放大器集成運算放大器4.1 （3）采用差分式放大電路內(nèi)部電路采用直接耦合輸入級中間級輸出級偏置電路通常由差動放大電路構(gòu)成，目的是為了減小放大電路的零點漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)。通常由互補對稱電路構(gòu)成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負載能力。一般由各種恒流源電路構(gòu)成，作用是為上述各級電

2、路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點。.1.集成運放的原理框圖集成運放的原理框圖 A +同相輸入端反相輸入端uouu+4.2.1 抑制零漂的方法有多種，如采用溫度補償電路、穩(wěn)壓電源以及精選電路元件等方法。最有效且廣泛采用的方法是輸入級采用差動放大電路。RCRCREUEE+UCCV1V2+ui1+ uo +ui2+uo1+uo2o2o1o21uuuuuuiii，uil=ui20，此時由負電源UEE通過電阻RE和兩管發(fā)射極提供兩管的基極電流。由于電路的對稱性，兩管的集電極電流相等，集電極電位也相等，即：IC1=IC2UC1=UC2輸出電壓：uoUC1UC2=0，兩管的集電極電流都會增大

3、，集電極電位都會下降。由于電路是對稱的，所以兩管的變化量相等。即：IC1=IC2UC1=UC2輸出電壓：uo(UC1+UC1)(UC2+UC2)=0即消除了零點漂移。共模信號：兩輸入端加的信號大小相等、極性相同。iiiuuu210o2o1oo2o1uuuuAuuiu共模電壓放大倍數(shù)：0ociuuA說明電路對共模信號無放大作用，即完全抑制了共模信號。實際上，差動放大電路對零點漂移的抑制就是該電路抑制共模信號的一個特例。所以差動放大電路對共模信號抑制能力的大小，也就是反映了它對零點漂移的抑制能力。因兩側(cè)電路對稱，放大倍數(shù)相等，電壓放大倍數(shù)用Ad表示，則：差模信號：兩輸入端加的信號大小相等、極性相反

4、。idiidididuAuuAuuuuAuuAu)(21o2o1o2o21o1差模電壓放大倍數(shù)：diAuuAod可見差模電壓放大倍數(shù)等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù)。差動放大電路用多一倍的元件為代價，換來了對零漂的抑制能力。idiiuuu2121比較輸入：兩個輸入信號電壓的大小和相對極性是任意的，既非共模，又非差模。比較輸入可以分解為一對共模信號和一對差模信號的組合，即：idiciidiciuuuuuu21)(21)(212121iiidiiicuuuuuu式中uic為共模信號，uid為差模信號。由以上兩式可解得：對于線性差動放大電路，可用疊加定理求得輸出電壓：iddicciddiccuAuAu

5、uAuAuo2o1)(221o2o1oiididduuAuAuuu上式表明，輸出電壓的大小僅與輸入電壓的差值有關(guān)，而與信號本身的大小無關(guān)，這就是差動放大電路的差值特性。對于差動放大電路來說，差模信號是有用信號，要求對差模信號有較大的放大倍數(shù)；而共模信號是干擾信號，因此對共模信號的放大倍數(shù)越小越好。對共模信號的放大倍數(shù)越小，就意味著零點漂移越小，抗共模干擾的能力越強，當用作差動放大時，就越能準確、靈敏地反映出信號的偏差值。cdCMRlg20AAK共模抑制比越大，表示電路放大差模信號和抑制共模信號的能力越強。在一般情況下，電路不可能絕對對稱，Ac0。為了全面衡量差動放大電路放大差模信號和抑制共模信

6、號的能力，引入共模抑制比，以KCMR表示。共模抑制比定義為Ad與Ac之比的絕對值，即：cdCMRAAK或用對數(shù)形式表示：.2.2 (a) 雙端輸入雙端輸出RCRC+UCCV1V2+uoUEE(b) 雙端輸入單端輸出IRCRC+UCCV1V2+ uo UEEI+ui1+ui1+ui2+ui2雙端輸入單端輸出式電路的輸出uo與輸入ui1極性（或相位）相反，而與ui2極性（或相位）相同。所以uil輸入端稱為反相輸入端，而ui2輸入端稱為同相輸入端。雙端輸入單端輸出方式是集成運算放大器的基本輸入輸出方式。(c) 單端輸入雙端輸出RCRC+UCCV1V2+uoUEE(d) 單端輸入單端輸出IRCRC+U

7、CCV1V2+ uo UEEI+ui1+ui1單端輸入式差動放大電路的輸入信號只加到放大器的一個輸入端，另一個輸入端接地。由于兩個晶體管發(fā)射極電流之和恒定，所以當輸入信號使一個晶體管發(fā)射極電流改變時，另一個晶體管發(fā)射極電流必然隨之作相反的變化，情況和雙端輸入時相同。此時由于恒流源等效電阻或發(fā)射極電阻RE的耦合作用，兩個單管放大電路都得到了輸入信號的一半，但極性相反，即為差模信號。所以，單端輸入屬于差模輸入。單端輸出式差動電路，輸出減小了一半，所以差模放大倍數(shù)亦減小為雙端輸出時的二分之一。此外，由于兩個單管放大電路的輸出漂移不能互相抵消，所以零漂比雙端輸出時大一些。由于恒流源或射極電阻RE對零點

8、漂移有極強烈的抑制作用，零漂仍然比單管放大電路小得多。所以單端輸出時仍常采用差動放大電路，而不采用單管放大電路。雙端輸出差動放大電路的差模電壓放大倍數(shù)為：beLd2d1idodrRAAuuA單端輸出差動放大電路的差模電壓放大倍數(shù)為：beLd1i1o1ido1idod21212rRAuuuuuuA或beLd1i2o2ido2idod21212rRAuuuuuuA4.2.3 常見的幾種改進型差分電路常見的幾種改進型差分電路1.長尾式差分放大電路(1)電路中接入電路中接入Re后對輸入差模信號的放大作用完全無影響。后對輸入差模信號的放大作用完全無影響。+_ReuoV1V2Rc2Rc1+VCCui2=u

9、i1ui1+RsRs+AuodV1V2Rc(2)Re對共模輸入信號的放大有抑制作用對共模輸入信號的放大有抑制作用uoc2uoc12Re2Reui2ui1RcVCCui1+RsRs+V1V2Rcuoc2帶恒流源的差分電路(1)(1)恒流源特性恒流源特性 (3)(3)調(diào)零電路調(diào)零電路 射極調(diào)零電路集電級調(diào)零電路基極調(diào)零電路0UII0UU(2) 恒流源差分放大電路恒流源差分放大電路VCC+_+VCVEEuoV1V2Rc2Rc13. 差分放大電路四種接法的比較4.3 集成運算放大器集成運算放大器4.3.1 集成運算放大器的分類集成運算放大器的分類1通用型集成運算放大器通用型集成運算放大器2 2專用型集

10、成運算放大器專用型集成運算放大器（1）低功耗或微功耗集成運算放大器：電源電壓15V時，功耗小于6mW或W級。（2）高速集成運算放大器。（3）寬帶集成運算放大器：一般帶寬應(yīng)大于10MHZ。（4）高精度集成運算放大器：特點是高增益、高共模抑制比、低偏流、低溫漂、低噪聲等。（5）高電壓集成運算放大器：正常輸出電壓Uo大于22V。（6）功率型集成運算放大器。（7）高輸入阻抗集成運算放大器。（8）電流型集成運算放大器。（9）跨導(dǎo)型集成運算放大器。（10）程控型集成運算放大器。（11）低噪聲型集成運算放大器。（12）集成電壓跟隨器。4.3.2 （1）差模開環(huán)電壓放大倍數(shù) Ado。指集成運放本身（無外加反饋

11、回路）的差模電壓放大倍數(shù)，即uuuAodo。它體現(xiàn)了集成運放的電壓放大能力，一般在 104107之間。Ado越大，電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。（2）共模開環(huán)電壓放大倍數(shù) Aco。指集成運放本身的共模電壓放大倍數(shù)，它反映集成運放抗溫漂、抗共模干擾的能力，優(yōu)質(zhì)的集成運放 Aco應(yīng)接近于零。（3）共模抑制比 KCMR。用來綜合衡量集成運放的放大能力和抗溫漂、抗共模干擾的能力，一般應(yīng)大于 80dB。（4）差模輸入電阻 rid。指差模信號作用下集成運放的輸入電阻。（5）輸入失調(diào)電壓 Uio。指為使輸出電壓為零，在輸入級所加的補償電壓值。它反映差動放大部分參數(shù)的不對稱程度，顯然越小越好，一般為毫伏級。（6

12、）失調(diào)電壓溫度系數(shù)UioT。是指溫度變化T 時所產(chǎn)生的失調(diào)電壓變化Uio的大小，它直接影響集成運放的精確度，一般為幾十V。（7）轉(zhuǎn)換速率 SR。衡量集成運放對高速變化信號的適應(yīng)能力，一般為幾 Vs，若輸入信號變化速率大于此值，輸出波形會嚴重失真。1 1、集成運放的主要參數(shù)、集成運放的主要參數(shù)2.2.集成運放的種類集成運放的種類4.4 uouu+ +實際特性理想運放符號 運放電壓傳輸特性理想特性uou+uUOMUOM0當i0，即時，oOM當i0，即時，oOM4.4.1 uouu+ +實際特性理想運放符號 運放電壓傳輸特性理想特性uou+uUOMUOM0（1）虛斷。ii0。（2）虛短。uu。1 1

13、、反相輸入比例運算電路反相輸入比例運算電路Rp +uouiRFR1i1if根據(jù)運放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知：f1ii ，0uu而FoFof111RuRuuiRuRuuiii由此可得：iuRRu1Fo式中的負號表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反。Rp +uouiRFR1i1if閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：1FoRRuuAiuf當1FRR時，iuuo，即1ufA，該電路就成了反相器。圖中電阻 Rp稱為平衡電阻，通常取F1p/ RRR ，以保證其輸入端的電阻平衡，從而提高差動電路的對稱性。R2 +R1uoRf1Rf2Rf3uii1if1if2if3f3f2f1f21f1o1RRRRRRuuAiuf圖示電

14、路既能提高輸入電阻，也能滿足一定放大倍數(shù)的要求。根據(jù)運放工作在線性區(qū)的虛短和虛斷兩條分析依據(jù)，可以推出圖4-2所示電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：例例在圖4-2所示電路中，已知R1=100k，Rf1=200k，Rf2=200k，Rf3=1k，求：（1）閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Auf、輸入電阻ri及平衡電阻R2；（2）如果改用圖4-1的電路，要想保持閉環(huán)電壓放大倍數(shù)和輸入電阻不變，反饋電阻Rf應(yīng)該多大？R2 +R1uoRf1Rf2Rf3uii1if1if2if3解解（1）閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：5 .1021502005020010011f3f2f1f2f11RRRRRRAufRpui +uoRFR1i1if2

15、2、同、同相輸入比例運算電路相輸入比例運算電路根據(jù)運放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知：f1ii ，iuuu而FoFof1110RuuRuuiRuRuiii由此可得：iuRRu1Fo1輸出電壓與輸入電壓的相位相同。同反相輸入比例運算電路一樣，為了提高差動電路的對稱性，平衡電阻F1p/ RRR 。閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：1Fo1RRuuAiuf可見同相比例運算電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)必定大于或等于 1。當0fR或1R時 ，iuuo， 即1ufA，這時輸出電壓跟隨輸入電壓作相同的變化，稱為電壓跟隨器。ui +uo例例在圖示電路中，已知R1=100k，Rf=200k，ui=1V，求輸出電壓uo，并說明輸入級的作用。ui +R2 +uoRfR1uo1解解 輸入 級