第五章直流放大器和

集成運(yùn)算放大器5.1直流放大器及其特點(diǎn)5.2差動(dòng)放大器5.3集成運(yùn)算放大器5.4集成運(yùn)放的應(yīng)用第五章直流放大器和

集成運(yùn)算放大器5.1直流放大器及其特點(diǎn)13.零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移：指輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無(wú)規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uotO產(chǎn)生的原因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓波動(dòng)、電路元件參數(shù)的變化。5.1直流放大器及其特點(diǎn)3.零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移：指輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出電壓發(fā)生u2由于不采用電容，直接耦合放大電路具有良好的低頻特性。通頻帶f|Au

|0.707|Auo|OfH|Auo|幅頻特性抑制零點(diǎn)漂移是制作高質(zhì)量直接耦合放大電路的一個(gè)重要的問(wèn)題。適合于集成化的要求，在集成運(yùn)放的內(nèi)部，級(jí)間都是直接耦合。由于不采用電容，直接耦合放大電路具有良好的低頻特性。3電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在理想的情況下，兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。差分放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。兩個(gè)輸入、兩個(gè)輸出兩管靜態(tài)工作點(diǎn)相同1、差分放大電路的工作原理5.2差動(dòng)放大器電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在理想的情況下，兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元41)零點(diǎn)漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時(shí)，ui1

=

ui2

=0當(dāng)溫度升高時(shí)ICVC（兩管變化量相等）對(duì)稱差分放大電路對(duì)兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。1)零點(diǎn)漂移的抑制uo=VC1－VC2=0uo5溫度↑RE的作用溫度↑RE的作用62)信號(hào)輸入兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(1)

差模信號(hào)

ui1=–ui2大小相等、極性相反uo=(VC1－VC1

)－(VC2+

VC１)=－2VC1即對(duì)差模信號(hào)有放大能力。差模信號(hào)是有用信號(hào)2)信號(hào)輸入兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(1)72)信號(hào)輸入兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力。(2)共模信號(hào)

ui1=ui2大小相等、極性相同差動(dòng)電路抑制共模信號(hào)能力的大小，反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制水平。共模信號(hào)需要抑制2)信號(hào)輸入兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出8(3)比較輸入

ui1、ui2大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號(hào)差模信號(hào)放大器只放大兩個(gè)輸入信號(hào)的差值信號(hào)—差動(dòng)放大電路。這種輸入常作為比較放大來(lái)應(yīng)用，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是常見(jiàn)的。(3)比較輸入ui1、ui2大小和極性是任意的。例19(CommonModeRejectionRatio)全面衡量差動(dòng)放大電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMR越大，說(shuō)明差放分辨差模信號(hào)的能力越強(qiáng)，而抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。3共模抑制比共模抑制比(CommonModeRejectionRatio10

若電路完全對(duì)稱，理想情況下共模放大倍數(shù)

Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路不完全對(duì)稱，則Ac0，實(shí)際輸出電壓

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信號(hào)對(duì)輸出有影響。若電路完全對(duì)稱，理想情況下共模放大倍數(shù)115.3集成運(yùn)算放大器1.集成電路的英文縮寫為IC。它是利用先進(jìn)的工藝技術(shù)，將各種電子元器件構(gòu)成的功能電路，制造在一塊很小的半導(dǎo)體芯片上而形成的微型電子器件。2.特點(diǎn)：對(duì)中間級(jí)的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。對(duì)輸出級(jí)的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io

。即輸出阻抗ro小。對(duì)輸入級(jí)的要求：盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高KCMRR

,

輸入阻抗ri盡可能大。5.3集成運(yùn)算放大器1.集成電路的英文縮寫為IC。它是利用先125差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放的符號(hào)如圖5-4所示,有用方框式的(a),也有用三角形的(b)。集成運(yùn)放有兩個(gè)輸入端，“-”端叫反相輸入端，“+”端叫同相輸入端，輸出端的電壓與反相輸入端反相，與同相輸入端同相。圖5-4集成運(yùn)放符號(hào)5.3.2運(yùn)放的符號(hào)＋－u－u+uo－＋＋u－u+uoAo國(guó)際符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)5差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放的符號(hào)如圖5-13一、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在105107之間。理想運(yùn)放的Aod為。二、共模抑制比KCMMR常用分貝作單位，一般100dB以上。三、差模輸入電阻ridri>1M,有的可達(dá)100M以上。四、輸出電阻roro

=幾-幾十。一、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。14五、最大共模輸入電壓UIcmax六、最大差模輸入電壓UIdmax七、-3dB帶寬fH運(yùn)放是直流放大器，也可放大低頻信號(hào)，不適用于高頻信號(hào)。還有其他一些反映運(yùn)放對(duì)成性、零漂等的參數(shù)。不再一一介紹。關(guān)于集成運(yùn)放的應(yīng)用下面分三個(gè)章節(jié)介紹。其中運(yùn)放都是作為理想運(yùn)放來(lái)處理。五、最大共模輸入電壓UIcmax六、最大差模輸入電壓UIdm155.3.4運(yùn)放的類型及封裝外形與符號(hào)：集成運(yùn)放的外形有圓形、扁平形和雙列直插式三種，如圖3-14所示。(a)圖為圓形，(b)圖為扁平形，(c)圖為雙列直插式。目前常用的雙列直插式型號(hào)有μA741(8端)、LM324(14端)等,采用陶瓷或塑料封裝。

圖5-6集成運(yùn)放外形5.3.4運(yùn)放的類型及封裝外形與符號(hào)：圖5-6集成運(yùn)放外形16第五章差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器常用集成運(yùn)算放大器μA741與LM324的外引線端子排列圖如圖3-15所示。其端子排列為:從正面看，帶半圓形或其它形的標(biāo)識(shí)端向左,則左下角的端子為1號(hào)端子,然后逆時(shí)針依次排號(hào),左上角的端子為最后一個(gè),連接電路時(shí)注意不能接錯(cuò)。μA741與LM324的外引線排列圖第五章差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器常用集成運(yùn)算放大器17差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器的條件是：開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0→∞；差模輸入電阻rid→∞；

開(kāi)環(huán)輸出電阻ro→0；

共模抑制比KCMR→∞。

圖3-17理想運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)理想運(yùn)算放大器：在分析運(yùn)算放大器時(shí)，常將它看著一個(gè)理想運(yùn)算放大器。差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器的條件是：圖3-118差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器圖為理想運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)，它有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，反相輸入端標(biāo)有“-”號(hào)，同相輸入端和輸出端標(biāo)有“+”號(hào)。它們的對(duì)地電壓分別為“u-”、“u+”和“uo”。“∞”表示開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。表示輸入電壓和輸出電壓之間關(guān)系的特性曲線稱為傳輸特性。如圖3-18所示，圖中虛線表示實(shí)際傳輸特性，從傳輸特性看，可分為線性區(qū)和飽和區(qū)。運(yùn)算放大器可工作在線性區(qū)，也可工作在飽和區(qū)，但分析方法不同。差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器圖為理想運(yùn)算放大19差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器當(dāng)它工作在線性區(qū)時(shí)，uo和(u+-u-)是線性關(guān)系，即

uo=Au0(u+-u-)

這時(shí)運(yùn)算放大器是一個(gè)線性元件。由于它的放大倍數(shù)很高，即使輸入電壓為毫伏級(jí)，也足以使電路飽和，其飽和電壓值為+Uo(sat)或-Uo(sat)，接近電源電壓。

圖3-18運(yùn)算放大器的傳輸特性差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器當(dāng)它工作在線性區(qū)時(shí)，u20差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，分析依據(jù)有兩條：（1）由于運(yùn)算放大器的差模輸入電阻rid→∞,故可認(rèn)為兩個(gè)輸入端的輸入電流為零。即這種由于集成電路內(nèi)部輸入電阻無(wú)窮大而使輸入電流幾乎為零的現(xiàn)象稱之為“虛斷”。（2）由于運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0→∞，而輸出電壓是一有限數(shù)值，故：

差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)21差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器即由于集成開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為無(wú)窮大，與其放大時(shí)的輸出電壓相比，同、反相的輸入電壓差值可以忽略不計(jì)，同、反相輸入電壓幾乎相等，我們稱這種現(xiàn)象為“虛短”?！疤摂唷焙汀疤摱獭痹诩蛇\(yùn)算放大電路分析中很有用的概念。運(yùn)算放大器工作在飽和區(qū)時(shí),輸出電壓不能用uo=Au0(u+-u-)計(jì)算，輸出電壓只有兩種可能，即+Uo(set)或-Uo(sat)。當(dāng)u+>u-時(shí)，uo=+Uo(sat)；當(dāng)u+<u-時(shí)，uo=-Uo(sat)。

差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器即22第五章直流放大器和集成運(yùn)算放大器課件23第五章直流放大器和

集成運(yùn)算放大器5.1直流放大器及其特點(diǎn)5.2差動(dòng)放大器5.3集成運(yùn)算放大器5.4集成運(yùn)放的應(yīng)用第五章直流放大器和

集成運(yùn)算放大器5.1直流放大器及其特點(diǎn)243.零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移：指輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無(wú)規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uotO產(chǎn)生的原因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓波動(dòng)、電路元件參數(shù)的變化。5.1直流放大器及其特點(diǎn)3.零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移：指輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出電壓發(fā)生u25由于不采用電容，直接耦合放大電路具有良好的低頻特性。通頻帶f|Au

|0.707|Auo|OfH|Auo|幅頻特性抑制零點(diǎn)漂移是制作高質(zhì)量直接耦合放大電路的一個(gè)重要的問(wèn)題。適合于集成化的要求，在集成運(yùn)放的內(nèi)部，級(jí)間都是直接耦合。由于不采用電容，直接耦合放大電路具有良好的低頻特性。26電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在理想的情況下，兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。差分放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。兩個(gè)輸入、兩個(gè)輸出兩管靜態(tài)工作點(diǎn)相同1、差分放大電路的工作原理5.2差動(dòng)放大器電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在理想的情況下，兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元271)零點(diǎn)漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時(shí)，ui1

=

ui2

=0當(dāng)溫度升高時(shí)ICVC（兩管變化量相等）對(duì)稱差分放大電路對(duì)兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。1)零點(diǎn)漂移的抑制uo=VC1－VC2=0uo28溫度↑RE的作用溫度↑RE的作用292)信號(hào)輸入兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(1)

差模信號(hào)

ui1=–ui2大小相等、極性相反uo=(VC1－VC1

)－(VC2+

VC１)=－2VC1即對(duì)差模信號(hào)有放大能力。差模信號(hào)是有用信號(hào)2)信號(hào)輸入兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(1)302)信號(hào)輸入兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力。(2)共模信號(hào)

ui1=ui2大小相等、極性相同差動(dòng)電路抑制共模信號(hào)能力的大小，反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制水平。共模信號(hào)需要抑制2)信號(hào)輸入兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出31(3)比較輸入

ui1、ui2大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號(hào)差模信號(hào)放大器只放大兩個(gè)輸入信號(hào)的差值信號(hào)—差動(dòng)放大電路。這種輸入常作為比較放大來(lái)應(yīng)用，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是常見(jiàn)的。(3)比較輸入ui1、ui2大小和極性是任意的。例132(CommonModeRejectionRatio)全面衡量差動(dòng)放大電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMR越大，說(shuō)明差放分辨差模信號(hào)的能力越強(qiáng)，而抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。3共模抑制比共模抑制比(CommonModeRejectionRatio33

若電路完全對(duì)稱，理想情況下共模放大倍數(shù)

Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路不完全對(duì)稱，則Ac0，實(shí)際輸出電壓

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信號(hào)對(duì)輸出有影響。若電路完全對(duì)稱，理想情況下共模放大倍數(shù)345.3集成運(yùn)算放大器1.集成電路的英文縮寫為IC。它是利用先進(jìn)的工藝技術(shù)，將各種電子元器件構(gòu)成的功能電路，制造在一塊很小的半導(dǎo)體芯片上而形成的微型電子器件。2.特點(diǎn)：對(duì)中間級(jí)的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。對(duì)輸出級(jí)的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io

。即輸出阻抗ro小。對(duì)輸入級(jí)的要求：盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高KCMRR

,

輸入阻抗ri盡可能大。5.3集成運(yùn)算放大器1.集成電路的英文縮寫為IC。它是利用先355差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放的符號(hào)如圖5-4所示,有用方框式的(a),也有用三角形的(b)。集成運(yùn)放有兩個(gè)輸入端，“-”端叫反相輸入端，“+”端叫同相輸入端，輸出端的電壓與反相輸入端反相，與同相輸入端同相。圖5-4集成運(yùn)放符號(hào)5.3.2運(yùn)放的符號(hào)＋－u－u+uo－＋＋u－u+uoAo國(guó)際符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)5差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放的符號(hào)如圖5-36一、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在105107之間。理想運(yùn)放的Aod為。二、共模抑制比KCMMR常用分貝作單位，一般100dB以上。三、差模輸入電阻ridri>1M,有的可達(dá)100M以上。四、輸出電阻roro

=幾-幾十。一、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。37五、最大共模輸入電壓UIcmax六、最大差模輸入電壓UIdmax七、-3dB帶寬fH運(yùn)放是直流放大器，也可放大低頻信號(hào)，不適用于高頻信號(hào)。還有其他一些反映運(yùn)放對(duì)成性、零漂等的參數(shù)。不再一一介紹。關(guān)于集成運(yùn)放的應(yīng)用下面分三個(gè)章節(jié)介紹。其中運(yùn)放都是作為理想運(yùn)放來(lái)處理。五、最大共模輸入電壓UIcmax六、最大差模輸入電壓UIdm385.3.4運(yùn)放的類型及封裝外形與符號(hào)：集成運(yùn)放的外形有圓形、扁平形和雙列直插式三種，如圖3-14所示。(a)圖為圓形，(b)圖為扁平形，(c)圖為雙列直插式。目前常用的雙列直插式型號(hào)有μA741(8端)、LM324(14端)等,采用陶瓷或塑料封裝。

圖5-6集成運(yùn)放外形5.3.4運(yùn)放的類型及封裝外形與符號(hào)：圖5-6集成運(yùn)放外形39第五章差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器常用集成運(yùn)算放大器μA741與LM324的外引線端子排列圖如圖3-15所示。其端子排列為:從正面看，帶半圓形或其它形的標(biāo)識(shí)端向左,則左下角的端子為1號(hào)端子,然后逆時(shí)針依次排號(hào),左上角的端子為最后一個(gè),連接電路時(shí)注意不能接錯(cuò)。μA741與LM324的外引線排列圖第五章差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器常用集成運(yùn)算放大器40差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器的條件是：開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0→∞；差模輸入電阻rid→∞；

開(kāi)環(huán)輸出電阻ro→0；

共模抑制比KCMR→∞。

圖3-17理想運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)理想運(yùn)算放大器：在分析運(yùn)算放大器時(shí)，常將它看著一個(gè)理想運(yùn)算放大器。差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器的條件是：圖3-141差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)算放大器圖為理想運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)，它有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，反相輸入端標(biāo)有“-”號(hào)，同相輸入端和輸出端標(biāo)有“+”號(hào)。它們的對(duì)地電壓分別為“u-”、“u+”和“uo”?！啊蕖北硎鹃_(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。表示輸入電壓和輸出電壓之間關(guān)系的特性曲線稱為傳輸特性