以賽促學(xué)

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以智賦能

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智創(chuàng)未來(lái)助力模擬芯片新時(shí)代模擬電子技術(shù)與實(shí)踐

3.4

運(yùn)算放大器的放大功能主講人：電子信息工程技術(shù)專業(yè)曾佳項(xiàng)目三信號(hào)處理電路的分析與制作模擬電子技術(shù)與實(shí)踐虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

學(xué)習(xí)引導(dǎo)

集成運(yùn)放運(yùn)放是如何放大信號(hào)的？如何理解其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)？集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

差分放大電路

學(xué)習(xí)目標(biāo)虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)

集成電路的功能虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

運(yùn)放內(nèi)部集成的三極管、電阻、電容等構(gòu)成了優(yōu)秀的放大器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。由于內(nèi)部電路的細(xì)心設(shè)計(jì)，使運(yùn)放具有一些獨(dú)特的性能。如圖所示是LM741運(yùn)放的內(nèi)部電路，我們可以從這個(gè)內(nèi)部電路學(xué)習(xí)到許多知識(shí)。

運(yùn)放的內(nèi)部電路LM741運(yùn)放的內(nèi)部電路

集成電路的功能虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

圖中的LM741內(nèi)部電路已經(jīng)被虛線框劃分成了若干個(gè)部分，每個(gè)部分都有一個(gè)名稱。信號(hào)在LM741中的流向?yàn)椋狠斎胄盘?hào)→差分放大器→ClassA放大器→輸出驅(qū)動(dòng)→輸出信號(hào)。LM741運(yùn)放的內(nèi)部電路V+V-Vout1Vout2RC1RC2+VCC-VEERE電流鏡電流鏡同相輸入端

差分放

大器

輸入補(bǔ)償電壓

調(diào)節(jié)端反相輸入端

輸入補(bǔ)償

電壓調(diào)節(jié)端電流鏡輸出驅(qū)動(dòng)輸出端V+正電源端V-負(fù)電源端電平移位classA放大器級(jí)

集成電路的功能虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

此外的幾個(gè)電流鏡(currentmirror),實(shí)現(xiàn)電流的“復(fù)制”,它把流經(jīng)其中一個(gè)三極管的電流復(fù)制到另一個(gè)三極管上，幫助提供放大器正常工作所需的反饋信號(hào)。LM741運(yùn)放的內(nèi)部電路V+V-Vout1Vout2RC1RC2+VCC-VEERE

集成電路的功能虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

圖中，輸入信號(hào)由同相輸入端(3引腳)和反相輸入端(2引腳)進(jìn)入一個(gè)叫差分放大器的結(jié)構(gòu)中。任何一個(gè)運(yùn)放的輸入信號(hào)都是由類似的差分放大器進(jìn)行放大的。

差分放大器在放大器中實(shí)在是一種太重要的電路結(jié)構(gòu)。如圖所示是運(yùn)放中差分放大器的簡(jiǎn)化模型，這個(gè)模型省去了一些三極管，便于在學(xué)習(xí)時(shí)理解。V+V-Vout1Vout2RC1RC2+VCC-VEERE

集成電路的功能虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

如果差分放大器的兩個(gè)輸入端V＋、V-都接地，VB1=VB2=0，由于E極比B極低0.7V，所以：

VE1=VE2=-0.7

而且兩個(gè)三極管的E極電流相等，為流經(jīng)電阻RE電流的一半：

當(dāng)V-、V+都接地時(shí)V+V-Vout1Vout2RC1RC2+VCC-VEERE

一般認(rèn)為IE≈IC，所以兩個(gè)三極管的C極電流為：

如果兩個(gè)C極電阻相等：

集成電路的功能虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

當(dāng)V-、V+都接地時(shí)

當(dāng)V-、V+都接地時(shí)V+V-Vout1Vout2RC1RC2+VCC-VEERE

如果反相輸入端接地，而給同相輸入端一個(gè)電壓V1，就會(huì)使三極管Q1的E極電壓升高，變成：VE1=V1－0.7V

所以VE1的升高使VE2也升高。因?yàn)镼2的B極接地，VE2的升高會(huì)使VBE2變小，這樣Q2的IC2減小，Vout2變大。最后的效果是Q1的IC1變大，而Q1的C極電壓Vout1變小。

集成電路的功能虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

當(dāng)V-、V+都接地時(shí)V1V-V-Vout1Vout2RC1RC2+VCC-VEERE

集成電路的功能虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

當(dāng)V-、V+都接地時(shí)V+V1

同相輸入端接地，而給反相輸入端一個(gè)電壓V1，Q1的C極電壓Vout1變大，Q2的C極電壓Vout2變小。

可見，當(dāng)同相輸入端或反相輸入端有輸出信號(hào)時(shí)，差分放大器就把它放大，并把輸出信號(hào)從輸出端Vout1、Vout2兩者電壓的變化中反映出來(lái)。Vout1Vout2RC1RC2+VCC-VEERE

集成電路的功能虛實(shí)結(jié)合學(xué)習(xí)指南任務(wù)實(shí)施能力拓展預(yù)備知識(shí)項(xiàng)目總結(jié)

差分放大器只是第一步，實(shí)現(xiàn)了輸入信號(hào)的初步放大。之后信號(hào)就會(huì)進(jìn)入到ClassA放大器中進(jìn)一步放大，最后由輸出驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)放大信號(hào)的輸出。

小結(jié)

本次課我們介紹了集成運(yùn)