電工技術(shù) 第二章 集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用

1、第二章第二章 集成運(yùn)算放大器及其集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用應(yīng)用33 MHz下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)將前級(jí)的輸出端直接接后級(jí)的輸入端。將前級(jí)的輸出端直接接后級(jí)的輸入端?？捎脕?lái)放大緩慢變化的信號(hào)或直流量變化的信號(hào)。可用來(lái)放大緩慢變化的信號(hào)或直流量變化的信號(hào)。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE2下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)指輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出電壓發(fā)生指輸入信號(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。緩慢地、無(wú)規(guī)則地變化的現(xiàn)象。晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓 波動(dòng)、電路元件參數(shù)

2、的變化。波動(dòng)、電路元件參數(shù)的變化。 直接影響對(duì)輸入信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確程度和分辨能力。直接影響對(duì)輸入信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確程度和分辨能力。 嚴(yán)重時(shí)，可能淹沒(méi)有效信號(hào)電壓，無(wú)法分辨是有效嚴(yán)重時(shí)，可能淹沒(méi)有效信號(hào)電壓，無(wú)法分辨是有效信號(hào)電壓還是漂移電壓。信號(hào)電壓還是漂移電壓。下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)典型差動(dòng)放大電路典型差動(dòng)放大電路 差動(dòng)放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。差動(dòng)放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。兩管兩管靜態(tài)工靜態(tài)工作點(diǎn)相同作點(diǎn)相同結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)：結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)： 1= 2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1

3、=Rb2= Rb穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，限制每個(gè)管子的漂移。限制每個(gè)管子的漂移。EE：用于補(bǔ)償：用于補(bǔ)償RE上的壓降，以獲得合上的壓降，以獲得合適的工作點(diǎn)。適的工作點(diǎn)。-+-_-o2Ru+T+TCC1R+EEue2oVRC-cV+i2u-ui1uo1下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) 1 1. . 差動(dòng)放大電路一般有兩個(gè)輸入端：差動(dòng)放大電路一般有兩個(gè)輸入端： 雙端輸入雙端輸入從兩輸入端同時(shí)加信號(hào)。從兩輸入端同時(shí)加信號(hào)。 單端輸入單端輸入僅從一個(gè)輸入端僅從一個(gè)輸入端對(duì)地對(duì)地加信號(hào)。加信號(hào)。 2. 2. 差動(dòng)放大電路可差動(dòng)放大電路可以有兩個(gè)輸出端以有兩個(gè)輸出端。 雙

4、端輸出雙端輸出從從C C1 1 和和C C2 2輸出。輸出。 單端輸出單端輸出從從C C1 1或或C C2 2 對(duì)地輸出。對(duì)地輸出。幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念-+-_-o2Ru+T+TCC1R+EEue2oVRC-cV+i2u-ui1uo1下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)eEERe)(7 . 0=RVVI 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算：靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算：0=i2i1 uu 忽略忽略Ib，有有：UB1=UB2=0VC1C2CRe1=2IIIIECCE2CE1UUU=U0.7)(RIVCCCC CB1B1III 0=C2C1O UUU典型差動(dòng)放大電路典型差動(dòng)放大電路 -+-_-o2Ru

5、+T+TCC1R+EEue2oVRC-cV+i2u-ui1uo1下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) ui1i1=-=-ui2i2 = =ui i/2/2若若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 iRe不變不變 uE不變不變二二. 差動(dòng)放大電路工作原理差動(dòng)放大電路工作原理+_-RT+TCC1REEue2VRc-cV+i2u-ui1oiu2iu2-IReEo2u+uo1LR-+-2+Eid2TuTi1id-1RRu c c+i22uu-uEu+ o1ou o2由于兩管電流變化量異號(hào)等值，故由于兩管電流變化量異號(hào)等值，故RE電流變化量為零，電流變化量為零，即即

6、RE對(duì)差模信號(hào)不起作用，相當(dāng)于接地點(diǎn)對(duì)差模信號(hào)不起作用，相當(dāng)于接地點(diǎn)。下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)beLcd)2/(rRRRAbu （1 1）雙端輸出差模電壓放大倍數(shù)：）雙端輸出差模電壓放大倍數(shù)： 因?yàn)橐驗(yàn)閡i1 =- ui2 = =ui i/2/2設(shè)設(shè)ui1 ,ui2 uo1 ,uo2 。電路對(duì)稱(chēng)電路對(duì)稱(chēng)uo1=uo2 uo= uo1 uo2=2 uo1 差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù) OOudii1i2uuAuuu1iO122uu 1iO1uu +ibberR-+Co1uRL-+ui1icib2bR二二. 差動(dòng)放大電路工作原理差動(dòng)放大電路工作原理+_-RT+

7、TCC1REEue2VRc-cV+i2u-ui1oiu2iu2-IReEo2u+uo1LR下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) bebLcud2/rRRRA 二二. 差動(dòng)放大電路工作原理差動(dòng)放大電路工作原理（2 2）單端輸出差模電壓放大倍數(shù)：）單端輸出差模電壓放大倍數(shù)：+_-cu+V2uRLi2o1TeRRi1cVCCuEE+1TR+-下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)-+-_-o2Ru+T+TCC1R+EEue2oVRC-cV+i2u-ui1uo1uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0靜態(tài)

8、時(shí)，靜態(tài)時(shí)，ui1 = ui2 = 0當(dāng)溫度升高時(shí)當(dāng)溫度升高時(shí)ICVC （兩管變化量相等）（兩管變化量相等）對(duì)稱(chēng)差動(dòng)放大電路對(duì)兩管所產(chǎn)生的同向漂移有抑制作用對(duì)稱(chēng)差動(dòng)放大電路對(duì)兩管所產(chǎn)生的同向漂移有抑制作用 二二. 差動(dòng)放大電路工作原理差動(dòng)放大電路工作原理下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)-+-_-o2Ru+T+TCC1R+EEue2oVRC-cV+i2u-ui1uo1uo= VC1 VC2 = 0靜態(tài)時(shí)，靜態(tài)時(shí)，ui1 = ui2 = 0 二二. 差動(dòng)放大電路工作原理差動(dòng)放大電路工作原理下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)兩管集電極電位變化相同兩管

9、集電極電位變化相同 VC1= VC2 所以所以輸出電壓為零，即輸出電壓為零，即對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力。差分電路抑制共模信號(hào)能力的大小，反映了它差分電路抑制共模信號(hào)能力的大小，反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制水平。對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制水平。共模信號(hào)共模信號(hào)需要抑制需要抑制二二. 差動(dòng)放大電路工作原理差動(dòng)放大電路工作原理-+ +-_ _-o2Ru+T+ +TCC1R+EEue2oVRC-cV+ +i2u-ui1uo1下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)可分解成可分解成: : ui1 = uiC + uiD uiC：uiD： 這種輸入常作為比較放大來(lái)應(yīng)用，在自動(dòng)控制系

10、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。統(tǒng)中是常見(jiàn)的。 iDi1i21=()2uuuiCi1i21=()2uuu：二二. 差動(dòng)放大電路工作原理差動(dòng)放大電路工作原理ui2 = uiC - uiD 下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)二二. 差動(dòng)放大電路工作原理差動(dòng)放大電路工作原理對(duì)于線性對(duì)稱(chēng)放大器，可用疊加原理：對(duì)于線性對(duì)稱(chēng)放大器，可用疊加原理：O11iC1iD=AACDuuuO21iC1iD=AACDuuu雙端輸出時(shí)：雙端輸出時(shí)：OO1O212DiDuuuA ui1i2()DAuu差動(dòng)放大電路只放大兩輸入信號(hào)的差差動(dòng)放大電路只放大兩輸入信號(hào)的差值，能有效抑

11、制零漂或共模信號(hào)值，能有效抑制零漂或共模信號(hào)差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器的差值特性的差值特性1i1i2()DAuu下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)（Common Mode Rejection Ratio)CMRDCAKACMR(dB)20lgDCAKA全面衡量差動(dòng)放大電路放大差模信號(hào)和抑制共模全面衡量差動(dòng)放大電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力。信號(hào)的能力。 KCMR越大，說(shuō)明差放分辨越大，說(shuō)明差放分辨差模信號(hào)的能力越強(qiáng)，而抑制差模信號(hào)的能力越強(qiáng)，而抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。二二. 差動(dòng)放大電路工作原理差動(dòng)放大電路工作原理下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目

12、錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) 若電路完全對(duì)稱(chēng)，理想情況下共模放大倍數(shù)若電路完全對(duì)稱(chēng)，理想情況下共模放大倍數(shù) Ac = 0 輸出電壓輸出電壓 若電路不完全對(duì)稱(chēng)，則若電路不完全對(duì)稱(chēng)，則 Ac 0，實(shí)際輸出電壓實(shí)際輸出電壓 即共模信號(hào)對(duì)輸出有影響即共模信號(hào)對(duì)輸出有影響 。下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè) 集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。一種模擬集成電路。下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)+UCCUEEuu

13、+輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)同相同相輸入端輸入端輸出端輸出端反相反相輸入端輸入端 輸入級(jí)：輸入級(jí)：輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)，都采用帶恒流源的差放信號(hào)，都采用帶恒流源的差放 。 中間級(jí)：中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 輸出級(jí)：輸出級(jí)：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路或射極輸出器構(gòu)成。力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路或射極輸出器構(gòu)成。下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上

14、一頁(yè)Auo 高高: 80dB140dB rid 高高: 105 1011 ro 低低: 幾十幾十 幾百幾百 KCMR高高: 70dB130dB1、符號(hào)、符號(hào)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)2、外引線、外引線下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)下一頁(yè)總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁(yè)上一頁(yè)1. 理想運(yùn)算放大器的理想化條件理想運(yùn)算放大器的理想化條件Auo ， rid ，ro 0 ， KCMRR 2. 電壓傳輸特性電壓傳輸特性 uo= f (ui)線性區(qū)：線性區(qū)：uo = Auo( (u+ u)飽和區(qū)飽和區(qū)(非線性區(qū)非線性區(qū))u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = +Uo(sat) u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui UR，uo=+ Uo (sat)ui UR，uo= Uo (sat)URuouiR2+ R1+uiuoURR