第4章集成運算放大器

第一節(jié)基本差動放大器第二節(jié)集成運算放大器本章小結(jié)第一節(jié)基本差動放大器一、直接耦合放大電路需要解決的問題1.各級靜態(tài)工作點之間互相影響、互相牽制輸入端短接（uI=0），其輸出端電壓有忽大忽小緩慢地、無規(guī)則地變化的輸出電壓。這種現(xiàn)象就稱為零點漂移。產(chǎn)生零點漂移的因素：溫度變化、任何元器件參數(shù)的變化，電源的波動。在多級直接耦合放大電路中，又以第一級漂移的影響最為嚴重。抑制零漂的方法很多，如采用高穩(wěn)定度的穩(wěn)壓電源來抑制電源電壓波動引起的零漂；電路元件在安裝前要經(jīng)過篩選和“老化”處理，以確保質(zhì)量和參數(shù)的穩(wěn)定性；選用溫漂小的元器件；采用溫度補償電路；使用恒溫系統(tǒng)來減小溫度變化的影響等。但最常用的方法是利用兩只特性相同的晶體管接成差動放大電路。2.零點漂移問題二、差動放大電路1.基本差動放大電路雙端輸入

雙端輸出溫度T（UBEβ)ΔUo=(UC1-UC2)不變基本差動電路利用電路的對稱性，具有抑制零點漂移的能力。具有公共發(fā)射極電阻的差動放大電路長尾溫度T（UBEβ)IC1IC2UBEUBEIEΔUo=(UC1-UC2)不變RE的主要作用是穩(wěn)定電路的工作點，進一步減小零點漂移。+-+--+在差動電路中，這種左右兩邊輸入端所獲得的對地大小相等，極性相反的信號電壓就稱為差模信號差模信號

IE+-減小增大RE的存在并不影響對差模信號的放大ΔUO=ΔUO1-ΔUO2=ΔUC1-ΔUC2

靜態(tài)時ΔUI1=ΔUI2=0，輸入回路方程：VEE=IBQRB+UBEQ+2IEQRE可得Q點為(忽略IBQ時)電路的差模電壓放大倍數(shù)AuD差動電路雙端輸入雙端輸出結(jié)構(gòu)的電壓放大倍數(shù)和單管共射電路的放大倍數(shù)相同。采用差動放大電路只是為了抑制零點漂移。當在兩個集電極之間接有負載電阻RL時：+-差模地端差模輸入電阻：RiD

≈2(RB

+Rbe)

差模輸出電阻：RO=2RC

若兩個輸入端所加信號為大小相等，極性相同的信號，則這種信號稱為共模信號。共模信號

共模信號是反映溫漂干擾或噪聲等無用的信號。如果電路完全對稱，則在共模信號作用下，兩管電流同時等量增大，結(jié)果輸出電壓ΔUOC

=0若電路完全對稱，則AuC=0共模抑制比：2.其它輸入、輸出方式的差動放大電路當差動放大電路兩個輸入端的實際輸入信號為分別為ΔUI1和ΔUI2時，可以認為同時有差模信號和共模信號輸入。其差模成分ΔUID=ΔUI1-ΔUI2，等于二者的差值；二者的平均值為其共模成分，即則：根據(jù)疊加定理，單端輸入和雙端輸入是等效的，只不過單端輸入時有共模成分輸入（大小為輸入信號二分之一），在理想情況下，共模輸出信號等于零。雙端輸出時，負載RL接在兩個晶體管的集電極之間，此時差模電壓放大倍數(shù)等于單管共射放大電路的放大倍數(shù)。單端輸出時，負載RL接在一個晶體管的集電極與公共端之間，零輸入時輸出端的直流電位不再等于零，同時由于輸出電壓只有雙端輸出時的一半，所以單端輸出的差模電壓放大倍數(shù)和輸出電阻均為雙端輸出時的二分之一。由于差動放大電路有兩種輸入方式和兩種輸出方式，因此差動放大器有四種連接方式。除前面我們介紹的雙端輸入、雙端輸出電路，還有另外三種電路。雙端輸入、單端輸出電路圖（1）雙端輸入、單端輸出電路（2）單端輸入、雙端輸出電路（3）單端輸入、單端輸出電路單端輸入、單端輸出電路圖反相輸出：同相輸出：3.具有恒流源的差動放大電路IC3的恒流特性，大大提高了抑制零漂的效果。

第二節(jié)集成運算放大器一、集成運算放大器的電路結(jié)構(gòu)及符號集成運放組成框圖四部分組成：輸入級、輸出級、中間級和偏置電路集成運放的符號和管腳圖圖形符號μA741的管腳圖正電源端負電源端二、集成運放的特點1.電阻、電容的值一般較小，電路結(jié)構(gòu)上采用直接耦合方式。2.輸入級采用差動放大電路。3.采用晶體管（或場效應管）代替大電阻和二極管。三、集成運放的分類及選擇按特性通用型：專用型：性能參數(shù)比較均衡，可滿足一般應用要求也稱高性能型，按某特性參數(shù)分類，可分為高速型、高阻型、高壓型、大功率型、低功耗型、低漂移型、低噪聲型、高精度型和單電源型。按構(gòu)造雙極型運算放大器結(jié)型場效應晶體管輸入級運算放大器MOS型場效應晶體管輸入級運算放大器CMOS型運算放大器選擇時應從整機的技術要求出發(fā)，只需考慮其中特殊要求的指標，其他指標不必苛求，同時盡量選擇通用型。圖示電路是由集成運放組成的生物電前置放大器，必須采用高精度、低漂移、高共模抑制比的專用型運放，而不能采用通用型運放。運放傳輸特性四、集成運放的電壓傳輸特性和參數(shù)（一）電壓傳輸特性理想運算放大器的條件主要是：開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AuD→∞；開環(huán)輸入電阻RiD→∞；開環(huán)輸出電阻Ro→0；共模抑制比KCMR→∞。舊國標圖形符號新國標圖形符號表示輸出電壓與輸入電壓之間關系的特性曲線稱為電壓傳輸特性線性區(qū)UO=AuD（UP-UN）非線性區(qū)，UO受正、負電源電壓的影響實際特性理想特性（二）主要參數(shù)1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AuD2.輸入失調(diào)電壓UIO3.輸入失調(diào)電流IIO4.輸入偏置電流IIB5.輸入失調(diào)電壓溫度漂移dUIO/dt6.開環(huán)差模輸入電阻RiD7.最大差模輸入電壓ＵIDM8.最大共模輸入電壓ＵICM9.-3db帶寬fh和單位增益帶寬fc10.最大輸出電壓ＵOPP11.轉(zhuǎn)換速率SR本章小結(jié)1.直接耦合放大電路的應用越來越普遍，但存在著零點漂移問題（主要是溫度漂移），差動放大電路可以減小零點漂移。2.差動放大電路有兩個輸入端，如果兩個輸入端輸入大小相等、極性相反的信號，稱為差模輸入信號；如果兩個輸入端輸入大小相等、極性相同的信號，稱為共模輸入信號。理想情況下，差動放大電路對差模信號有放大作用，對共模信號沒有放大作用，即共模電壓放大倍數(shù)等于零。引起零點漂移的因素，相當于在差動放大電路的輸入端引入了共模信號，所以，差動放大電路可以抑制零點漂移。3.加在差動放大電路兩個輸入端之間的信號是差模信號，雙端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)和單管放大電路的電壓放大倍數(shù)相同，單端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)等于雙端輸出時的二分之一。4.差動放大電路兩輸入端如果同時加有信號，則其差值就是其差模成分，平均值就是其共模成分。理想情況下，共模放大倍數(shù)等于零，所以其輸出只有差模成分，等于差模輸入乘以差模放大倍數(shù)。因為雙端輸入（將輸入信號加在差動放大電路兩輸入端之間）和單端輸入（輸入信號加在一個輸入端，另一端接地）的差模成分是一樣的，所以二者是等效的，輸出電壓相等，但單端輸入有共模成分。5.衡量差動放大電路抑制共模信號的能力用共模抑制比來表示，共模抑制比等于差動放大電路的差模放大倍數(shù)和共模放大倍數(shù)的比值。共模抑制比越大，性能越好，抑制共模信號（零點漂移）的能力越強。6．集成運放是用集成電路工藝制成的具有高電壓增益的直接耦合放大器。它一般由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路