第9章 半導(dǎo)體三極管與放大電路

半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖03.1.01所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。兩種類型的三極管發(fā)射結(jié)(Je)

集電結(jié)(Jc)

基極，用B或b表示（Base）

發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；集電極，用C或c表示（Collector）。

發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)三極管符號(hào)第9章半導(dǎo)體三極管與放大電路9.1.1半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)與分類

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：?發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；?集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；?基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖9.1.2三極管的電流分配與放大作用三極管實(shí)現(xiàn)放大作用的外部條件是:發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。圖9.3（a）為NPN管的偏置電路，即：UC>UB>UE

，圖9.3（b）為PNP管的偏置電路，滿足：UE>UB>UC

圖9.3三極管具有放大作用的外部條件1.電流分配關(guān)系的測(cè)試圖9.4所示為三極管各電極電流分配關(guān)系的測(cè)試電路，當(dāng)我們改變電位器RP的阻值時(shí)，就可以改變基極電流IB

，集電極電流IC和發(fā)射極電流IE也將隨之改變，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表9.1所示。圖9.4電流分配關(guān)系測(cè)試電路表9.1三極管電流的測(cè)試數(shù)據(jù)IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.011.091.983.074.065.05IE/mA0.011.102.003.104.105.10

2.電流測(cè)試數(shù)據(jù)分析（1）由表9.1容易得到：IE=IB+IC。（2）IC、IB間的關(guān)系。從表中第二列、第三列數(shù)據(jù)可知：≈

100≈3.用表示三極管共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，即

=

4.用β表示三極管共發(fā)射極交流電流放大系數(shù),即在工程計(jì)算時(shí)可認(rèn)為≈β。ICmAAVVUCEUBERBIBECEB圖9.5三極管特性曲線的測(cè)試電路9.1.3三極管的特性曲線+-+-bca1、輸入特性曲線uCE1ViB(A)uBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管uBE0.6~0.7V,鍺管uBE0.2~0.3V。

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。當(dāng)uCE>1V時(shí)，三極管集電結(jié)的電場(chǎng)已足夠大，可以把從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子絕大部分吸引到集電極，uCE對(duì)IB的影響可以忽略。當(dāng)uCE>1V時(shí)，各條輸入特性曲線基本重合。

iB=f

(uBE)|uCE=常數(shù)二、輸出特性iC(mA)1234uCE(V)36912iB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足iC=iB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。又稱恒流區(qū)。當(dāng)uCE大于一定的數(shù)值時(shí)，iC只與iB有關(guān)，iC=iB。iC=f

(uCE)|iB=常數(shù)

iC(mA)1234uCE(V)36912iB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中uCEuBE集電結(jié)正偏，iC不等于iB，失去放大作用。uCE0.3V稱為飽和區(qū)。iC(mA)1234uCE(V)36912iB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:iB=0,iC=iCEO,uBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

三極管具有兩種作用：（1）三極管工作在放大區(qū)，以實(shí)現(xiàn)放大作用。用于放大電路（2）三極管工作在截止區(qū)或飽和區(qū)，相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)的斷開或接通。用于開關(guān)電路！例：

=50，UCC=12V，

RB

=47k，RC

=3k

當(dāng)USB

=-2V，2V，6V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？當(dāng)USB

=-2V時(shí)：ICUCEIBUCCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0Q位于截止區(qū)

例：

=50，UCC=12V，

RB

=47k，RC

=3k

當(dāng)USB

=-2V，2V，6V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？ICUCEIBUCCRBUSBCBERCUBEUSB

=2V時(shí)：Q處于放大區(qū)USB

=6V時(shí):例：

=50，UCC=12V，

RB

=47k，RC

=3k

當(dāng)USB

=-2V，2V，6V時(shí)，問：晶體管工作于哪個(gè)區(qū)？ICUCEIBUCCRBUSBCBERCUBEQ位于飽和區(qū)，此時(shí)IC和IB

已不是倍的關(guān)系。9.1.4三極管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù)β：iC=βiB2、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO=（1+β）iCBO3、極限參數(shù)

（1）集電極最大允許電流ICM：下降到額定值的2/3時(shí)所允許的最大集電極電流。（2）反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開路時(shí)，集電極、發(fā)射極間的最大允許電壓。（3）集電極最大允許功耗PCM

。

9.2.1放大的實(shí)質(zhì)：用較小的信號(hào)去控制較大的信號(hào)。9.2

單管電壓放大電路及工作原理（1）晶體管V。放大元件，（2）電源UCC和UBB。使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，同時(shí)也是放大電路的能量來源，提供電流iB和iC。UCC一般在幾伏到十幾伏之間。（3）偏置電阻RB。用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個(gè)合適的工作點(diǎn)，一般為幾十千歐到幾百千歐。（4）集電極負(fù)載電阻RC。將集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以獲得電壓放大，一般為幾千歐。（5）電容Cl、C2。隔直流,通交流.Cl、C2應(yīng)選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容器。9.2.2放大電路的組成及各元件的作用9.2.3放大電路中的電流波形圖9.10放大電路當(dāng)交流信號(hào)ui作用于圖9.10所示的電路時(shí)，下面以基極電流為例，說明在電路中電流、電壓的波形及其表示符號(hào)。直流分量

交流分量

總變化量

iB=IB+ib

9.2.4直流通路和交流通路直流通路:是指當(dāng)輸入信號(hào)ui=0時(shí)，在直流電源UCC的作用下，直流電流所流過的路徑。圖9.10的直流通路如圖9.14所示。

圖9.14放大電路的直流通路2.交流通路:是指在信號(hào)源ui的作用下，只有交流電流所流過的路徑。耦合電容短路；由于直流電源UCC的內(nèi)阻很小,故可看作短路。圖9.10所對(duì)應(yīng)的交流通路如圖9.15所示。按圖9.15（b）交流通路中ui、ib、ic是同相位的。輸出電壓uo的標(biāo)定正方向和ic標(biāo)定正方向相反，所以，uo=-icR′L，負(fù)號(hào)表示uo和ic標(biāo)定正方向相反，亦表明了輸出電壓uO和輸入電壓ui是反相位的。綜上所述，放大器在工作過程中，電路中同時(shí)并存著交流、直流兩種分量的電流。直流分量IB、IC、UBE、UCE為放大建立條件，而交流分量ib、ic、ube、uce則反映了交變信號(hào)的放大及傳輸過程。圖9.15放大電路的交流通路9.3放大電路的工程估算法常用的分析放大電路的方法工程估算法圖解法9.3.1靜態(tài)工作點(diǎn)的估算沒有輸入信號(hào)時(shí)，放大電路各處的直流電流、直流電壓值叫放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路

當(dāng)UCC遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UBE時(shí)，UBE可略去不計(jì)。

例9.2試估算圖9.15所示的放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。設(shè)UCC=12V，RC=3kΩ，Rb=300kΩ，β=50。解：圖9.15ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。9.3.2動(dòng)態(tài)交流指標(biāo)的估算1.三極管的微變等效電路rbeibib

rcerbeibibbce等效cbe注意這種等效只是在工作點(diǎn)附近線性區(qū)里2.放大電路微變等效電路①電壓放大倍數(shù)式中RL'=RC//RL。當(dāng)RL=∞（開路）時(shí)②輸入電阻Ri輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號(hào)源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號(hào)源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在幾百歐到幾千歐，一般認(rèn)為是較低的，并不理想。③輸出電阻對(duì)于負(fù)載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL的變化對(duì)輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認(rèn)為是較大的，也不理想。9.4放大電路的圖解分析法應(yīng)用三極管的輸入、輸出特性，通過作圖的方法來分析放大電路的工作性能，稱作圖解分析法。

9.4.1放大電路無信號(hào)輸入的情況當(dāng)無信號(hào)輸入時(shí)（相當(dāng)于輸入端短路），放大電路是直流通路。以AB為分界線，把該放大電路直流通道的輸出回路分為兩部分，如圖（a）所示：左側(cè)是三極管，電壓UCE與電流IC的關(guān)系是三極管的輸出特性，如圖（b）所示；右側(cè)是直流電源UCC與電阻Rc組成的支路，電流、電壓關(guān)系是一直線方程：；用兩點(diǎn)法可畫出該直線MN，其中M（0，UCC/RC），N（UCC

，0）。直線MN就稱為放大器的直流負(fù)載線。直流負(fù)載線MN和IB（）的交點(diǎn)Q便是靜態(tài)工作點(diǎn),即Q（UCE

，IC）

9.4.2放大電路有信號(hào)輸入后的情況

1.輸入回路基極電流ib可根據(jù)輸入信號(hào)電壓ui，從三極管的輸入特性上求得。設(shè)輸入信號(hào)電壓ui=20sinωtmV，根據(jù)靜態(tài)時(shí)IB=40μA2.不接負(fù)載電阻RL時(shí)的電壓放大倍數(shù)3.接入負(fù)載電阻RL時(shí)的電壓放大倍數(shù)9.4.3電路參數(shù)對(duì)放大器工作的影響1.Rb的影響改變Rb時(shí)，IB隨之改變，這就使靜態(tài)工作點(diǎn)Q沿直流負(fù)載線上下移動(dòng)。當(dāng)Q點(diǎn)過高（Q′點(diǎn)）或過低（Q″點(diǎn)）時(shí)，ic將產(chǎn)生飽和或截止失真。ic失真，uce也對(duì)應(yīng)失真，如下圖所示。2.Rc的影響

改變Rc也可得到不同的靜態(tài)工作點(diǎn)，如下圖（a)所示。Rc增大，負(fù)載線斜率減小，工作點(diǎn)左移；Rc減小，負(fù)載線斜率增大，工作點(diǎn)右移。當(dāng)Rc增大較多時(shí)，Q點(diǎn)將移至Q″，放大器進(jìn)入飽和區(qū)而失去放大作用。3.直流電源UCC的影響升高電源電壓UCC，直流負(fù)載線平行右移，Q點(diǎn)偏向右上方（如上圖(b)），使放大電路動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大，但同時(shí)三極管的靜態(tài)功耗也增大。9.5放大器的偏置電路與靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定1．溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響溫度升高UBE減小ICBO增大β增大IC增大9.5.2分壓式偏置電路條件：I2>>IB，則與溫度基本無關(guān)。調(diào)節(jié)過程：（1）靜態(tài)分析（2）動(dòng)態(tài)分析9.6

射極輸出器9.6.2

（1）靜態(tài)分析9.6.1電路結(jié)構(gòu)（2）動(dòng)態(tài)分析①求電壓放大倍數(shù)②求輸入電阻③求輸出電阻射極輸出器的特點(diǎn)：①電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨。②輸入電阻較高。③輸出電阻較低。射極輸出器的用途：射極跟隨器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，這是射極跟隨器最突出的優(yōu)點(diǎn)。射極跟隨器常用作多級(jí)放大器的第一級(jí)或最末級(jí)，也可用于中間隔離級(jí)。用作輸入級(jí)時(shí)，其高的輸入電阻可以減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)，提高放大器的輸入電壓。用作輸出級(jí)時(shí)，其低的輸出電阻可以減小負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響，并易于與低阻負(fù)載相匹配，向負(fù)載傳送盡可能大的功率。9.7.1多級(jí)放大電路的組成

9.7多級(jí)放大電路信號(hào)源輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)負(fù)載多級(jí)放大電路的耦合方式1）阻容耦合（1）優(yōu)點(diǎn)：因電容具有“隔直”作用，所以各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。這給放大電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來了很大的方便。此外，還具有體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。（2）缺點(diǎn)：因電容對(duì)交流信號(hào)具有一定的容抗，在信號(hào)傳輸過程中，會(huì)受到一定的衰減。尤其對(duì)于變化緩慢的信號(hào)容抗很大，不便于傳輸。此外，在集成電路中，制造大容量的電容很困難，所以這種耦合方式下的多級(jí)放大電路不便于集成化2）直接耦合（1）優(yōu)點(diǎn)：既可以放大交流信號(hào)，也可以放大直流和變化非常緩慢的信號(hào)；電路簡(jiǎn)單，便于集成，所以集成電路中多采用這種耦合方式。（2）缺點(diǎn)：存在著各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制和零點(diǎn)漂移這兩個(gè)問題。

3）變壓器耦合把級(jí)與級(jí)之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合（1）優(yōu)點(diǎn)：因變壓器不能傳輸直流信號(hào)，只能傳輸交流信號(hào)和進(jìn)行阻抗變換，所以各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。改變變壓器的變比，很容易實(shí)現(xiàn)阻抗變換，因而容易獲得較大的輸出功率。（2）缺點(diǎn)：變壓器體積大而笨重，不便于集成。同時(shí)頻率特性也差，也不能傳送直流和變化非常緩慢的信號(hào)。2.6.2多級(jí)放大電路的性能指標(biāo)估算

1．電壓放大倍數(shù)根據(jù)電壓放大倍數(shù)的定義式阻容耦合中，由于故:因此，可推廣到n級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)為2．輸入電阻多級(jí)放大電路的輸入電阻，就是輸入級(jí)的輸入電阻。計(jì)算時(shí)要注意：當(dāng)輸入級(jí)為共集電極放大電路時(shí),要考慮第二級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)負(fù)載時(shí)對(duì)輸入電阻的影響。

3．輸出電阻多級(jí)放大電路的輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻。計(jì)算時(shí)要注意：當(dāng)輸出級(jí)為共集電極放大電路時(shí),要考慮其前級(jí)對(duì)輸出電阻的影響。9.8功率放大器9.8.1功率放大器的特點(diǎn)和分類1.電路特點(diǎn)（1）由于功率放大器的主要任務(wù)是向負(fù)載提供一定的功率，因而輸出電壓和電流的幅度足夠大；（2）由于輸出信號(hào)幅度較大，使三極管工作在飽和區(qū)與截止區(qū)的邊沿，因此輸出信號(hào)存在一定程度的失真；（3）功率放大器在輸出功率的同時(shí)，三極管消耗的能量亦較大，因此，不可忽視管耗問題。2.電路要求首先要求它輸出功率大、非線性失真小、效率高。其次，由于三極管工作在大信號(hào)狀態(tài)，要求它的極限參數(shù)ICM、PCM、U（BR）CEO等應(yīng)滿足電路正常工作并留有一定余量，同時(shí)還要考慮三極管有良好的散熱功能，以降低結(jié)溫，確保三極管安全工作。

3．功率放大器的分類甲類、乙類和甲乙類三種甲類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。在工作過程中，晶體管始終處在導(dǎo)通狀態(tài)。這種電路功率損耗較大，效率較低，最高只能達(dá)到50％。乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的截止點(diǎn)，晶體管僅在輸入信號(hào)的半個(gè)周期導(dǎo)通。這種電路功率損耗減到最少，使效率大大提高。甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)介于甲類和乙類之間，晶體管有不大的靜態(tài)偏流。其失真情況和效率介于甲類和乙類之間。9.8.2乙互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1．OCL功率放大電路（1）靜態(tài)分析當(dāng)輸入信號(hào)ui=0時(shí)，兩個(gè)三極管都工作在截止區(qū)，此時(shí)IBQ、ICQ、IEQ均為零，負(fù)載上沒有電流通過，輸出電壓uo=0。（2）動(dòng)態(tài)分析當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)，ui>0,三極管V1導(dǎo)通，V2截止，V1管的射極電流ie1經(jīng)＋ＵCC自上而下流過負(fù)載，在RL上形成正半周輸出電壓,uo>0。當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，ui<0,三極管V2導(dǎo)通，V1截止，V2管的射極電流ie2經(jīng)－ＵCC自下而上流過負(fù)載，在RL上形成負(fù)半周輸出電壓,uo<0。2.功率和效率的估算（1）輸出功率Po當(dāng)輸入正弦信號(hào)時(shí)，每只三極管只在半周期內(nèi)工作，忽略交越失真，并設(shè)三極管飽和壓降UCES=0，在Uom≈UCC時(shí)輸出電壓幅度最大。最大交流輸出功率為：（2）直流電源提供的功率PDC

電源提供的功率也最大，其值為：（3）效率：（4）管耗PC

Uom=0.63UCC

時(shí)消耗的功率最大，其值為：每個(gè)管子的最大功耗為：9.8.3單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（OTL電路）采用單電源供電，只需在兩管的發(fā)射極與負(fù)載之間接入一個(gè)大容量電容C2即可。這種電路通常又稱無輸出變壓器的電路，簡(jiǎn)稱OTL電路，如圖9.37如圖9.37在輸入信號(hào)正半周，V3導(dǎo)通，V4截止，V3以射極輸出器形式將正向信號(hào)傳送給負(fù)載，同時(shí)對(duì)電容C2充電；在輸入信號(hào)負(fù)半周時(shí)，V3截止，V4導(dǎo)通，電容C2放電，充當(dāng)V4管的直流工作電源，使V4也以射極輸出器的形式將負(fù)向信號(hào)傳送給負(fù)載。這樣，負(fù)載RL上得到一個(gè)完整的信號(hào)波形。電容C2的容量應(yīng)選得足夠大，使電容C2的充放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于信號(hào)周期，由于該電路中的每個(gè)三極管的工作電源已變?yōu)閁CC/2，已不是OCL電路的UCC了，請(qǐng)同學(xué)們自行推導(dǎo)出該電路的最大輸出功率的表達(dá)式。9.9差動(dòng)放大電路放大變化緩慢的信號(hào)，只能用直接耦合放大電路。9.9.1直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移問題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(gè)固定值不變。然而，實(shí)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(diǎn)漂移。放大器的級(jí)數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，零漂現(xiàn)象越嚴(yán)重。嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移將使放大電路不能工作。減小零漂常用的一種方法，是利用兩只特性相同的三極管，接成差動(dòng)式電路

.9.2差動(dòng)放大電路的基本工作原理（可抑制零點(diǎn)漂移

）

1.電路組成和抑制零漂原理，圖9.38所示電路兩側(cè)的三極參數(shù)相同，兩射極相連接電阻Re圖9.38差動(dòng)放大電路在靜態(tài)時(shí)，Ui=0，三極管集電極電壓Uc1=Uc2，Uo=Uc1-Uc2=0，實(shí)現(xiàn)了零輸入、零輸出的要求。如果溫度升高，Ic1和Ic2同時(shí)增大，Uc1和Uc2同時(shí)下降，兩管集電極電壓變化量相等。所以ΔUo=ΔUc1-ΔUc2=0，輸出電壓仍然為零，這就說明，零點(diǎn)漂移因?yàn)殡娐穼?duì)稱而抵消了。

2.差模信號(hào)和差模放大倍數(shù)在圖9.38中，輸入信號(hào)uid分成幅度相同的兩個(gè)部分：ui1和ui2對(duì)地大小相等、極性（或相位）相反的電壓信號(hào)叫差模信號(hào)，用uid表示為uid=ui1-ui2

在它的作用下，一只三極管內(nèi)電流上升，另一只管內(nèi)電流下降，于是輸出端將有電壓輸出。所以差動(dòng)放大電路對(duì)差模信號(hào)能進(jìn)行放大設(shè)差動(dòng)放大電路單側(cè)的放大倍數(shù)為A1

，由于電路對(duì)稱，所以輸出電壓Uod=Uo1-Uo2=A1·Uid差動(dòng)放大電路的電壓放大倍數(shù)為差動(dòng)式放大電路（兩管）的電壓放大倍數(shù)和單管放大電路的放大倍數(shù)相同，可有效抑制零漂。3.共模信號(hào)和共模抑制比KCMRR差動(dòng)放大電路由于電路對(duì)稱，當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，uic1=uic2

，三極管V1和三極管V2各電量同時(shí)等量變化，輸出端uoc1=uoc2

，所以共模輸出uoc=uoc1-uoc2=0，表明差動(dòng)電路對(duì)共模信號(hào)無放大能力。為了表示一個(gè)電路放大有用的差模信號(hào)和抑制無用的共模信號(hào)的能力，引用了一個(gè)叫抑制比的指標(biāo)KCMRR，它定義為：其中，Ad為差模信號(hào)放大倍數(shù)，Ac為共模信號(hào)放大倍數(shù)。KCMRR對(duì)理想的差動(dòng)放大電路為無窮大，對(duì)實(shí)際差動(dòng)電路，KCMRR愈大愈好。9.10集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放）是模擬集成電路中品種最多、應(yīng)用最廣泛的一類組件，它幾乎可以實(shí)現(xiàn)以往各種由分立元器件組成的模擬電子電路的功能。9.10.1集成運(yùn)放的組成及其符號(hào)差動(dòng)輸入級(jí)電壓放大級(jí)輸出級(jí)偏置電路+-uiduo輸入級(jí):要求其輸入電阻高，為了能減小零點(diǎn)漂移和抑制共模干擾信號(hào)，輸入級(jí)都采用具有恒流源的差動(dòng)放大電路，也稱差動(dòng)輸入級(jí)中間級(jí):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(jí)。要求中間級(jí)本身具有較高的電壓增益。輸出級(jí):主要作用是輸出足夠的電流以滿足負(fù)載的需要，同時(shí)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(jí)和負(fù)載相互隔離的作用。偏置電路:是為各級(jí)提供合適的工作電流，一般由各種恒流源電路組成?，F(xiàn)以通用型集成運(yùn)算放大器μA741作為模擬集成電路的典型例子，其原理電路圖如圖9.40所示從原理電路圖可以看出，這種運(yùn)放有7個(gè)端點(diǎn)需要與外電路相連接，通過7個(gè)管腳引出，各管腳的用途是：2腳為反相輸入端，由此端接輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位是反相的；3腳為同相輸入端，由此端接輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位是同相的；6腳是輸出端；4腳為負(fù)電源端，接–3～–18V電源；7腳為正電源端，接+3～+18V電源；1腳和5腳為外接調(diào)零電位器的兩個(gè)端子，一般只需在這兩個(gè)引腳上接入幾千歐的線繞電位器，即可調(diào)零；8腳為空腳。集成運(yùn)算放大器的代表符號(hào)如圖9.41所示圖9.41集成運(yùn)放的符號(hào)圖中“”表示信號(hào)的傳輸方向，“∞”表示放大倍數(shù)為理想條件。兩個(gè)輸入端中，“―”號(hào)表示反相輸入端，電壓用“u

”表示，“―”號(hào)表示反相輸入端，電壓用“u

”表示，符號(hào)“+”號(hào)表示反相輸入端，電壓用“u+”表示。輸出端的“+”號(hào)表示輸出電壓為正極性，輸出端電壓用“uO”表示。9.10.2集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)1.輸入失調(diào)電壓UOS當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，為了使輸出電壓也為零，兩輸入端之間所加的補(bǔ)償電壓稱輸入失調(diào)電壓UOS為毫伏數(shù)量級(jí)，越小越好2.輸入失調(diào)電流IOS

當(dāng)集成運(yùn)放輸出電壓uo=0時(shí)，流入兩個(gè)輸入端的電流之差，IOS越小越好。通用型運(yùn)放的IOS為納安(nA)數(shù)量級(jí)，越小越好3.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod

指運(yùn)放未外接反饋電路時(shí)的空載電壓放大倍數(shù)。Aod是決定運(yùn)放精度的重要因素，其值越大越好。通用型運(yùn)放的Aod一般在103～107范圍。4.差模輸入電阻rid差模信號(hào)輸入時(shí)，運(yùn)放開環(huán)（無反饋）輸入電阻一般在幾十千歐到幾十兆歐范圍。理想運(yùn)放rid=∞5.差模輸出電阻ro

是運(yùn)放輸入端短路、負(fù)載開路時(shí)，運(yùn)放輸出端的等效電阻，一般為20～200Ω左右

6.最大輸出電壓Upp在額定電源電壓（±15V）和額定輸出電流時(shí)，運(yùn)放不失真最大輸出電壓的峰峰值可達(dá)±13V左右。9.10.3集成運(yùn)算放大器的選擇根據(jù)集成運(yùn)放的分類及國內(nèi)外常用集成運(yùn)放的型號(hào)，查閱集成運(yùn)放的性能和參數(shù)，選擇合適的集成運(yùn)算放大器。9.11集成運(yùn)放的應(yīng)用理想狀態(tài)下的集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)有3個(gè)：（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=∞；（2）開環(huán)輸入電阻rid=∞；（3）輸出電阻ro=0。理想運(yùn)放內(nèi)部差動(dòng)簡(jiǎn)化等效電路如圖9.42所示通常在電路分析中集成運(yùn)放作為一個(gè)理想化器件來處理，從而使集成運(yùn)放的電路分析大為簡(jiǎn)化。圖9.42理想運(yùn)放內(nèi)部差動(dòng)簡(jiǎn)化等效電路

9.11.1集成運(yùn)放工作在線性區(qū)和非線性區(qū)的特點(diǎn)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，運(yùn)放兩輸入端之間為“虛短”或“虛斷”，其連接圖如圖9.43所示。圖9.43工作在線性區(qū)的理想運(yùn)放（1）運(yùn)放同相輸入端與反相輸入端對(duì)地電壓相等（“虛短”特點(diǎn)）。當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，作為一個(gè)線性放大元件，它的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)應(yīng)滿足以下關(guān)系：則：因?yàn)槔硐脒\(yùn)放Aod=∞，當(dāng)Uo等于某一有限電壓值時(shí)，由上式得：即：（2）理想運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流都等于零（“虛斷”特點(diǎn)）。因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的rid=∞，所以在輸入端的A點(diǎn)或A′點(diǎn)沒有電流流入運(yùn)放，即：

2.非線性區(qū)當(dāng)集成運(yùn)放的工作范圍超出線性區(qū)時(shí)，輸出電壓Uo和輸入電壓UA′－UA之間將不再滿足式（9.32）表示的關(guān)系，即：Uo≠Aod(UA′-UA)理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，有如下特點(diǎn)：（1）輸出電壓Uo只有兩種可能