第4章集成運算放大器4.1直接偶合放大器存在的問題4.2差動放大電路4.3差動放大電路的另外幾種接法4.4集成運算放大器4.5集成運算放大器的主要參數(shù)4.1直接耦合放大器存在的問題

1.偶合工作點的相互影響在直接耦合放大器中,由于級與級之間無隔直(流)電容,因此各級的靜態(tài)工作點相互影響,從而要求在設(shè)計電路時,合理安排,使各級都有合適的靜態(tài)工作點。若將直接耦合放大器的輸入端短路（ui=0）,理論上講,輸出端應(yīng)保持某個固定值不變。然而,實際情況并非如此,輸出電壓往往偏離初始靜態(tài)值,出現(xiàn)了緩慢的、無規(guī)則的漂移,這種現(xiàn)象稱為零點漂移。

4.2差動放大電路

4.2.1電路組成與演示

1．電路組成

圖4.1為典型差動放大電路,它是由兩個完全對稱的共發(fā)射極電路組成的。圖4.1典型差動放大電路2.抑制零漂演示1)演示過程

(1)當(dāng)將兩輸入端與地連接即ui=0時,將萬用表直流電壓擋接在輸出端,此時會發(fā)現(xiàn),萬用表的指針幾乎不動,即UO=0。

(2)若用一只手捏住一只管子的管殼時,你會發(fā)現(xiàn),萬用表的指針慢慢偏轉(zhuǎn),說明此時的輸出電壓已經(jīng)不為零了,如圖4.3所示。

圖4.2零輸入時零輸出

(3)若用兩只手分別捏住兩只管子的管殼（相當(dāng)于給兩只管子同時加熱）時,萬用表的指針指向零,說明輸出電壓為零,如圖4.4所示。

圖4.3一只手捏住管殼

圖4.4兩只手捏住管殼

2)演示現(xiàn)象分析

在演示步驟(1)中,輸入信號為零,即ui1=ui2=0,放大電路處于靜態(tài),由于電路完全對稱,因此

IBQ1=IBQ2=IBQ

IEQ1=IEQ2=IEQ

ICQ1=ICQ2=ICQ

UCQ1=UCQ2=UCC－ICQRc

UO=UCQ1－UCQ2=0

4.2.2差動放大電路的性能分析

從理論上講,差放電路的參數(shù)是對稱的,因此,在分析時,為了方便,可采用如圖4.5所示的差放電路。

1.靜態(tài)工作點的計算當(dāng)輸入信號為零時,放大電路的直流通路如圖4.6所示,由基極回路可得直流電壓方程式為

(4.1)(4.2)(4.3)(4.4)(4.5)(4.6)E

圖4.5無調(diào)零電位器的差放電路

圖4.6直流通路

2．動態(tài)性能分析

1）輸入信號的類型在放大器兩輸入端分別輸入大小相等、相位相反的信號,即ui1=-ui2時,這種輸入方式稱為差模輸入,所輸入的信號稱為差模輸入信號。差模輸入信號用uid來表示。差模輸入電路如圖4.7所示,由圖可得(4.7)

共模輸入信號常用uic來表示。共模輸入電路如圖4.8所示,由圖可得

(4.8)

共模信號為兩輸入信號的算術(shù)平均值,用uic表示,即(4.10)(4.9)差模信號為兩輸入信號之差,用uid表示,即(4.11)(4.12)兩輸入端輸入信號不等時，每輸入可看作含二項：圖4.7差模輸入電路

假定基極為正地為負(fù)

圖4.8共模輸入電路

2）對差模信號的放大作用圖4.9所示,由圖可以看出,當(dāng)從兩管集電極取電壓時,其差模電壓放大倍數(shù)表示為(4.13)問：2？URe？當(dāng)在兩個管子的集電極接上負(fù)載RL時,

圖4.9差模輸入時的交流通路(4.14)其中由電路可得差模輸入電阻為（4.15）電路的兩集電極之間的差模輸出電阻為（4.16）

第三次作業(yè)講評（2006,04,11）1.進步表現(xiàn)2.存在的問題3.學(xué)習(xí)方法4.警示：A.平時計分；B.期末考試主要內(nèi)容與題型。圖4.10共模輸入時的交流通路3)對共模信號的抑制作用（4.17）

4.2.3具有恒流源的差動放大電路

恒流源差放電路如圖4.11所示,V3、R1、R2、R3構(gòu)成恒流源。（4.18）圖4.11恒流源差動放大電路圖

4.2.4衡量差動放大電路的性能指標(biāo)——共模抑制比實際應(yīng)用中,差動放大電路兩輸入信號中既有差模信號成分,又有無用的共模輸入成分,此時可利用疊加原理來求總的輸出電壓,即（4.19）（4.20）（4.21）4.3差動放大電路的另外幾種接法

差動放大電路有兩個輸入端和兩個輸出端,所以在信號源與兩個輸入端的連接方式及負(fù)載從輸出端取出電壓的方式上可以根據(jù)需要靈活選擇。

1．雙端輸入、單端輸出在圖4.13中,輸出信號只從一管的集電極對地輸出,這種輸出方式叫單端輸出。此時由于只取出一管的集電極電壓變化量,只有雙端輸出電壓的一半,因而差模電壓放大倍數(shù)也只有雙端輸出時的一半。

信號也可以從V2的集電極輸出,此時式中無負(fù)號,表示同相輸出。

其中（4.22）圖4.13雙端輸入、單端輸出差放電路

圖4.14單端輸入、雙端輸出差動放大電路

2．單端輸入、雙端輸出將差放電路的一個輸入端接地,信號只從另一個輸入端輸入,這種連接方式稱為單端輸入,如圖4.14所示。它的交流通路如圖4.15所示。

3．單端輸入、單端輸出電路如圖4.16所示,由于單端輸入與雙端輸入情況相同,因而單端輸入、單端輸出電路計算與雙端輸入、單端輸出電路計算相同。圖4.15單端輸入差放電路的交流通路

圖4.16單端輸入、單端輸出差動放大器04,11作業(yè)求如下雙端輸入、雙端輸出恒流源差動放大器的Q點、Aud、rid、rod和KCMR。其中UCC=UEE=12V、RC==10K、Rb=1k、1=2==50，I=1mA。計算時，rbb取300

；忽略Rb上直流壓降。4.4（2）集成運算放大器

4.2.1集成運算放大器件的識讀常見的集成運算放大器有圓形、扁平型、雙列直插式等,有8管腳、14管腳等。

4.2.2集成運放的組成及其符號“實驗三差動式放大電路”講評

優(yōu)點：絕大多同學(xué)盡力投入

問題：供電與輸入地線與接地靜態(tài)與對稱共模與差模

4.2集成運放外形結(jié)構(gòu)示意圖

4.2.2集成運放的組成及其符號

集成運放內(nèi)部實際上是一個高增益的直接耦合放大器,其內(nèi)部組成原理框圖用圖4.9表示,

它由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路等四部分組成。

圖4.9集成運算放大器內(nèi)部組成原理框圖

1．輸入級輸入級是提高運算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分,要求其輸入電阻高,為了能減小零點漂移和抑制共模干擾信號,輸入級都采用具有恒流源的差動放大電路,也稱差動輸入級。

2．中間級中間級的主要作用是提供足夠大的電壓放大倍數(shù),故而也稱電壓放大級。要求中間級本身具有較高的電壓增益。

3．輸出級輸出級的主要作用是輸出足夠的電流以滿足負(fù)載的需要,同時還需要有較低的輸出電阻和較高的輸入電阻,以起到將放大級和負(fù)載隔離的作用。

4．偏置電路偏置電路的作用是為各級提供合適的工作電流,一般由各種恒流源電路組成。

圖4.11集成運放的符號

圖4.10μA741內(nèi)部電路

4.2.3集成運算放大器的分類集成運算放大器有四種分類方法。

1．按其用途分類集成運算放大器按其用途分為通用型及專用型兩大類。1）通用型集成運算放大器2）專用型集成運算放大器

2.按其供電電源分類集成運算放大器按其供電電源分類，可分為兩類。1)雙電源集成運算放大器2)單電源集成運算放大器

這類運放采用特殊設(shè)計,在單電源下能實現(xiàn)零輸入、零輸出。交流放大時,失真較小。

3．按其制作工藝分類集成運算放大器按其制作工藝分類，可分為三類。1）雙極型集成運算放大器

2）單極型集成運算放大器3）雙極－單極兼容型集成運算放大器

4.按運放級數(shù)分類按單片封裝中的運放級數(shù)分類，集成運放可分為四類。1)單運放2)雙運放3)三運放4)四運放

4.4.4模擬集成電路的型號命名方法

1．國標(biāo)命名方式我國半導(dǎo)體集成電路的型號命名按照GB3430—82,應(yīng)由五部分組成:

XXXXXXXX①②③④⑤

其符號與定義見附錄六，如CF0741CT其各符號含義如圖4.20所示。圖4.20型號命名舉例

2．國內(nèi)部分廠家自命名方法國內(nèi)部分廠家的模擬集成電路型號的字頭見附錄九。

3．國外模擬集成電路型號的識別

4.3集成運算放大器的主要參數(shù)

及其選擇

4.3.1集成運算放大器的主要參數(shù)運算放大器(簡稱運放)的特性參數(shù)是評價運放性能優(yōu)劣的依據(jù)。

1．極限參數(shù)1）供電電壓范圍(+UCC、—UEE,或+Us,—Us)

定義:加到運放上最小和最大允許的安全工作電源電壓,稱為運放的供電電壓范圍。2）功耗PD

定義:運放在規(guī)定的溫度范圍工作時,可以安全耗散的功率稱為功耗。

3）工作溫度范圍定義:能保證運放在額定的參數(shù)范圍內(nèi)工作的溫度稱為它的工作溫度范圍。4）最大差模輸入電壓Uidmax

定義:能安全地加在運放的兩輸入端之間最大的差模電壓稱為最大差模輸入電壓。5）最大共模輸入電壓Uicmax

定義:能安全地加在運放的兩個輸入端的短接點與運放地線之間的最大電壓稱為最大共模輸入電壓。

2．電氣參數(shù)