重點：第5章集成運算放大器及應用差動放大電路`集成運算放大器的組成和主要參數(shù)負反饋放大電路集成運算放大器的線性應用

第5章

集成運算放大器及應用

5.1差動放大電路5.1.1.直流放大器的基本概念直接耦合放大器直接耦合放大電路與阻容耦合放大電路相比，具有以下特點：

(1)電路中只有晶體管和電阻，沒有大電容，級與級之間直接連接，便于集成化。

(2)由于級間采用直接耦合，因此電路對于低頻信號甚至直流信號都能放大。

(3)前后級的靜態(tài)工作點互不獨立，互相影響。由圖9-4可見，前級的集電極電位恒等于后級的基極電位，前級的集電極電阻RC1同時又是后級的基極偏流電阻，以致造成前后級的工作點互相影響，互相牽制。5.1.2零點漂移

1.什么是零點:當輸入Ui=0時,Uo≠0,稱零點漂移.零點漂移是直接耦合放大電路存在的一個特殊問題。在實驗中，令輸入電壓為零，用靈敏度高的電壓表或示波器測量輸出電壓，會發(fā)現(xiàn)輸出電壓不為零，且發(fā)生緩慢、無規(guī)則的變化，這種現(xiàn)象稱為零點漂移，簡稱零漂，如圖所示。2.零點漂移的危害及抵制方法放大電路的零點漂移不能單從輸出電壓漂移的絕對大小來評定，必須考慮到電路的放大倍數(shù)。通常把輸出漂移電壓折算到輸入端以與輸入信號相比較，即將輸出漂移電壓uod除以放大倍數(shù)Au后所得到的等效輸入漂移電壓uid，作為衡量一個放大電路零點漂移的指標(uid越小越好)，即

5.1、差動放大電路+-uO+-+-+-uiduiduid1212+VCCR2R1Rb1Rb2Rc1Rc2VT1VT25.1.3.基本差動放大電路電路結構對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應電阻元件的參數(shù)值都相等。兩個輸入、兩個輸出兩管靜態(tài)工作點相同1.電路組成溫度變化時，

uC1和uC2變化一致，

uO保持不變。uO=uC1－uC2

=0uo=(uC1+uC1

)－(uC2+

uC2)=02.抑制零點漂移原理靜態(tài)時，ui1

=

ui2

=0當溫度升高時ICVC（兩管變化量相等）對稱差分放大電路對兩管所產生的同向漂移都有抑制作用。+-uO+-+-+-uiduiduid1212+VCCR2R1Rb1Rb2Rc1Rc2VT1VT23.差模輸入電壓和共模輸入電壓差模輸入電壓

uId

兩個輸入電壓大小相等、極性相反。差模輸入電壓+-uO+-+-+-uiduiduid1212+VCCR2R1Rb1Rb2Rc1Rc2VT1VT2共模輸入電壓

uIc

兩個輸入電壓大小相等、極性也相同。+-uO+-uIc+VCCRRRbRbRcRcVT1VT2共模輸入電壓實際上，在差分放大電路的兩個輸入端加上任意大小、任意極性的輸入電壓uI1和uI2，都可以將它們認為是某個差模輸入電壓和某個共模輸入電壓的組合。其中差模輸入電壓uId和共模輸入電壓uIc的值分別為:[例5.3.2]

uI1=5mV,uI2=1mV則:

uId=4mVuIc=3mV差模電壓放大倍數(shù)AdΔuO

=

ΔuC1

–

ΔuC2=2

ΔuC112=

2·Au1ΔuIdΔuC1

=-

ΔuC2

=12Au1ΔuId犧牲一個放大管的放大倍數(shù)換取對零點漂移的抑制，但不理想，因電路不可能完全對稱，單端輸出時失去對零點漂移的抑制能力。4.差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比ΔuOΔuId=

Au1Ad=共模放大倍數(shù)Ac

=ΔuoΔuic共模抑制比差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMR越大，說明差放分辨差模信號的能力越強，而抑制共模信號的能力越強。共模抑制比5.2、集成運算放大器的組成和主要參數(shù)

引言集成運算放大器是一個直接耦合的多級放大電路，它由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四個基本組成部分構成。將組成多級放大電路的三極管等所有元器件集成在一塊芯片上形成集成電路稱為集成運算放大器.簡稱運放。特點與功能：放大倍數(shù)高，可靠價格低等優(yōu)點，用途廣，主要用在自動控制等領域中。運算放大器組成方框圖向各放大級提供合適的偏置電流克服零點漂移提供負載所需功率及效率提供電壓放大倍數(shù)1.集成運放的基本組成部分輸入級中間級輸出級偏置電路集成運放的基本組成5.2、集成運算放大器的組成和主要參數(shù)2、集成運放的符號A+-U-U+Uo由于集成運放的輸入級通常由差分放大電路組成，因此一般具有兩個輸入端和一個輸出端。反相輸入端輸入信號與輸出信號的相位相反同相輸入端輸入信號與輸出信號的相位相同輸出端∞＋－＋u+=

u-u+

u-

uo曾用符號現(xiàn)用符號3、集成運放的主要參數(shù)（1）.輸入失調電壓

UIOUIO的定義是，為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的補償電壓。其數(shù)值表征了輸入級差分對管UBE失配的程度，在一定程度上也反映溫漂的大小。一般運放UIO的值為1~10mV，高質量的在1mV以下。（2）.輸入失調電流

IIOIIO=IB1-IB2IIO的定義是當輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流之差，用以描述差分對管輸入電流的不對稱情況，一般運放為幾十至一百納安，高質量的低于1nA。即(3).輸入偏置電流

IIBIIO=IB1+IB212IIB

是衡量差分對管輸入電流絕對值大小的指標，它的值主要決定于集成運放輸入級的靜態(tài)集電極電流及輸入級放大管的β值。一般集成運放的輸入偏置電流愈大，其失調電流愈大。IIB的定義是當輸入電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流的平均值，即(4).差模輸入電阻

rid一般20k~30k;理想為∞輸出電阻rod小好,理想為0(5).共模抑制比KCMR(6).最大共模輸入電壓

UIcmΔ

UIdrid的定義是rid=Δ

IId集成運放輸入端所能承受的最大共模電壓。它的定義是KCMR

=

20lgAod

Acd用以衡量集成運放向信號源索取電流的大小。用以衡量集成運放抑制溫漂的能力。（7）.開環(huán)差模電壓增益

Aod它的定義是Aod=20lgΔUO

ΔU--ΔU+Aod是指運放在無外加反饋情況下的直流差模增益，一般用對數(shù)表示，單位為dB(分貝)。Aod是決定運放精度的重要因素，理想情況下希望Aod為無窮大。實際集成運放一般Aod為100dB左右，高質量的集成運放Aod可達140dB以上。4、集成運放的特點參數(shù)精度不高，受溫度影響較大，但對稱性好。電阻值范圍有一定局限性，一般在幾十歐到幾十千歐之間。常用三極管代替電阻，尤其是大電阻。集成電路工藝不適于制造幾十皮法以上的電容器，放大級之間通常采用直接耦合方式。一般情況下，PNP管只能做成橫向的，β值較?。é?/p>

≤10）。5.2.3集成運放的應用基礎1.集成運放的傳輸特性

它有兩個輸入端和一個輸出端。它們對地的電壓(即各端的電位)分別用u－、u+和uo表示。表示輸出電壓與輸入電壓之間關系的特性曲線稱為傳輸特性。運算放大器的傳輸特性曲線(圖中，實線部分為理想運算放大器的特性曲線，虛線部分為實際運算放大器的特性曲線)可分為線性區(qū)和非線性區(qū)實線部分為理想運算放大器的特性曲線虛線部分為實際運算放大器的特性曲線)可分為線性區(qū)和非線性區(qū)2、集成運放的線性應用1).無反饋理想狀態(tài),開環(huán)電壓放大倍數(shù)2).深度負反饋的線性工作區(qū)當運算放大器工作在線性區(qū)時，其輸出電壓uo和輸入電壓u－、u+之間必須滿足:

uo=Aud(u+－u－)由于uo為有限值，因此對于理想運算放大器，Aud=∞，即使輸入毫伏級以下的信號，也足以使輸出電壓達到正向飽和電壓Uo+或負向飽和電壓Uo－。所以，為了使運算放大器工作在線性區(qū)，需要引入深度負反饋(即通過引入負反饋使u＋－u－較小)。RFuOi-i++-AR1R2uIu-u+運算放大器工作在線性區(qū)，需要引入深度負反饋(即通過引入負反饋使u＋－u－較小3).工作在線性區(qū)時，“虛短”和“虛斷”的概念什么叫“虛短”

？運算放大器同相輸入端和反相輸入端的電位近似相等，即u+≈u－，又稱為“虛短”。

如果同相輸入端接地，即u+=0，則反相輸入端的電位u－≈0，即反相輸入端也相當于接地，是一個不接地的地電位端.uO

=

Aod

（

u+-

u-

）

Aod+-u+u-i+i-uO集成運放的電壓和電流u+≈u－，(2)“虛斷”運算放大器的凈輸入電流約等于零，即Iid≈0，又稱為“虛斷”。

Aod+-u+u-i+i-uO集成運放的電壓和電流運放的輸入電流等于零。i+=

i-=0即Iid≈0，又稱為“虛斷”3、集成運放的非線性應用(略)uo

≠

Aod

（

u+-

u-

）

uo=+Uopp當u+>

u-

uo=-Uopp當u+

<

u-

1.運放輸出電壓uo的值只有兩種可能：2.運放的輸入電流等于零。i+=

i-虛斷不再存在虛短現(xiàn)象Aod+-u+u-i+i-uO集成運放的電壓和電流5.2.4、*集成運放應用簡介國產集成運放F007是一類應用比較廣泛的通用型集成運放。VT1VT2R2VT8

VT9VT12VT13VT14VT3VT4VT7VT5VT6VT15VT16VT18VT10VT11VT17VT19VT20R3R1R7R4R5R8R10R9R12R1150kΩ1kΩ1kΩ7.5kΩ4.5kΩ50kΩ5kΩ50Ω39kΩ50Ω25ΩC130pF3521467引腳和連接方法V－V＋調零端

反相輸入端同相輸入端空輸出端調零端

81756432引腳V－V＋－＋1234567連接示意圖A作業(yè)：p962,(畫出框圖)35.3、

負反饋放大電路基本固定一、什么是反饋uE=iEReiBiEuBuE反饋：將放大電路的輸出量（輸出電壓或輸出電流）的一部分或全部，通過一定的方式，反送到輸入回路中。iC增大+-UBEuBE=uB–uERLC2Rb1Rb2RcVT+-usC1+VCC+-uoRe5.3、負反饋放大電路二、反饋的分類1.正反饋和負反饋正反饋：引入的反饋信號增強了外加輸入信號的作用，從而使放大電路的放大倍數(shù)提高。負反饋：引入的反饋信號削弱了外加輸入信號的作用，從而使放大電路的放大倍數(shù)降低。判斷方法：瞬時極性法。+-表示瞬時極性的正，該點瞬時信號的變化為增大。表示瞬時極性的負，該點瞬時信號的變化為減小?；竟潭╥BiEuBuEiC增大+-UBERLC2Rb1Rb2RcVT+-usC1+VCC+-uoRe直流.電壓.串聯(lián)負反饋RFuOi-i++-AR1R2uIu-u+交流.電壓.并聯(lián)負反饋直流反饋：反饋信號中只包含直流成分。交流反饋：反饋信號中只包含交流成分。直流負反饋：可穩(wěn)定靜態(tài)工作點。2.直流反饋和交流反饋交流負反饋：對放大電路的各項動態(tài)性能產生不同的影響，是用以改善電路技術指標的主要手段。3.電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓，與輸出電壓成正比。電壓負反饋可穩(wěn)定輸出電壓，降低輸出電阻。電流反饋：反饋信號取自輸出電流，與輸出電流成正比。電流負反饋可穩(wěn)定輸出電流，提高輸出電阻。判斷方法：可假設將輸出端交流短路（即令輸出電壓等于零），若反饋信號不復存在，則為電壓反饋，否則就是電流反饋。4.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電壓形式求和。串聯(lián)負反饋可提高輸入電阻。并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電流形式求和。并聯(lián)負反饋降低輸入電阻。1、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性將上式對變量A求導數(shù)，可得穩(wěn)定性提高1+AF倍。如果放大電路工作在中頻范圍，且反饋網絡為純電阻性，則上式可表示為三、負反饋對放大器性能的影響2、減小非線性失真和抑制干擾無反饋引入負反饋負反饋對與輸入信號同時混入的干擾無作用。大大大大小小小小AAF3、改變輸入電阻和輸出電阻（1）.負反饋對輸入電阻的影響串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大，圖示電路無反饋時的輸入電阻為RiRL+-+-+-+-+-引入串聯(lián)負反饋后，輸入電阻為如果Rb的阻值不夠大，即使R'if增大很多，總的Rif將增大不多。串聯(lián)負反饋只將反饋環(huán)路內的輸入電阻增大。圖示電路中，Rb并不包括在反饋環(huán)路內，因此不受影響。VTRbRe+VCCuo+-+-C2uiC1Rc引入負反饋后，該電路總的輸入電阻為并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小，RiRL+-+-+-Rs圖示電路無反饋時的輸入電阻為引入并聯(lián)負反饋后，輸入電阻為（2）.負反饋對輸出電阻的影響電壓負反饋使輸出電阻減小，電流負反饋使輸出電阻增大，當負載電阻開路時放大網絡的放大倍數(shù)。電流負反饋只將反饋環(huán)路內的輸入電阻增大，圖示電路總輸出電阻：VTRbRe+VCCuo+-+-C2uiC1Rc

5.4、集成運算放大器的線性應用這種現(xiàn)象稱為“虛地”u-=u+=01、反相比例運算電路為保持參數(shù)對稱：

R2

=

R1

//

RF（1）.電路組成RFuOi-i++-AR1R2uIu-u+u+=05.4、集成運算放大器的線性應用u-=u+=0uOAuf

=

uI=RFR1輸入電阻Rif=

R1

uI

-

u-u-

-

uOR1RF

=由iI

=

iF

RFuOi-i++-AR1R2uIu-u+（2）.工作原理iF輸入與輸出成比例并反相放大信號+-AR2RFR′uOuI2uI3R3R1uI1為使兩輸入端對地電阻平衡,

R′應為：R′=

R1

//

R2

//

R3

//

RF2、反相求和電路（1）.電路結構又因“虛地”，則uI1R1+uI2R2uI3R3uoRF=+由于“虛斷”，

i1

+

i2

+

i3

=

iF

uO

=(uI1RFR1++)

uI2R2uI3R3RFRFi1i3iFi2若電路中電阻的阻值滿足R1

=

R2

=

R3

=

R

uO

=(uI1RFR++)

uI2uI3則+-AR2RFR′uOuI2uI3R3R1uI1（2）.工作原理優(yōu)點：調節(jié)靈活方便；共模電壓很??；實際工作中應用廣泛。電路實質：利用

“虛地”

和

“虛斷”，通過各路輸入電流相加來實現(xiàn)輸入電壓的相加。i1i3iFi2+-AR2RFR′uOuI2uI3R3R1uI13、同相輸入求和電路(熟悉了解)其中R+=R1′//R2′//R3′//R′uI1-u+R1′+uI2-u+R2′uI3-u+R3′u+R′=+由于“虛斷”，可