集成运算放大器

1、4.1 零点漂移零点漂移 4.2 差动放大电路差动放大电路 4.3 差动放大电路的另外几种接法差动放大电路的另外几种接法 4.4 集成运算放大器集成运算放大器 4.5 集成运放的主要参数及其选择集成运放的主要参数及其选择 本章小结本章小结 4.1 4.1 零点漂移零点漂移 把没有输入信号时输出端的直流电压(静态工作 点电压）作为参考电压，称之为“零点”。 若将直接耦合放大器的输入端短路（ui=0）， 输出电压往往偏离初始静态值，出现了缓慢的、无 规则的漂移，这种现象称为零点漂移。 为了表示由于温度变化引起的漂移，常把温度 每升高1时，输出电压的变化量UO按放大电路的 总增益Au折合到输入端的等

2、效输入漂移电压Ui= （UO/AuT）作为温漂指标。 产生零点漂移的原因是电源电压的波动，元器 件参数的变化，特别是环境温度的变化。 4.2 差动放大电路差动放大电路 4.2.1电路组成电路组成 基本差动放大电路如图4.1所示。 图4.1 基本差动放大电路 由图可知，它由两个特性相同的三极管它由两个特性相同的三极管VTVT1 1和和 VTVT2 2组成对称电路，有两个信号输入端，两个信号组成对称电路，有两个信号输入端，两个信号 输出端输出端。 输出信号若从两个集电极取出，则称为双端输 出。 4.2.2 4.2.2 静态特性静态特性 当没有输入信号，即ui1=ui2=0时， e EEEQ R V

3、V I )( Re (4.1) e EE EQEQ R V II 2 21 (4.2) 而 1CQ I 1EQ I 2CQ I 2EQ I 21CQCQ II 则 CCQCCQ RIRI 21 故 0 21 CQCQO UUU 当输入信号电压为零时，其输出信号电压也为 零。如图4.2所示。 4.2.3 4.2.3 对零点漂移的抑制作用对零点漂移的抑制作用 (1)在图4.3中，零输入时，用一只手捏住一只管 子的管壳，电压表的指针会慢慢偏转。 图4.3 一只手捏住管壳 (2)在图4.4中，同时捏住两只三极管的管壳，电 压表的指针回到零位。 图4.4 两只手捏住管壳 在上述实验中，当用手捏住一只管子

4、的管壳时， 由于只给一只管子加热，两管参数变化不同，两管 集电极电压变化不同，所以其输出电压不为零，产 生了零点漂移； 当用两只手同时捏住两只管子的管壳时，由于 给两只管子同时加热，两管参数的变化是相同的， 两管集电极电流ICQ1、ICQ2的变化是相同的，两管集 电极电压的变化也是相同的，所以其输出电压为零， 输出电压没有漂移。 由此可以看出，差动放大电路是利用电路的对差动放大电路是利用电路的对 称性来抑制零点漂移的。称性来抑制零点漂移的。 其过程可以表示为： T IC1 UC1=UC2 Uo=UC1-UC2=0 UC1 IC2 UC2 4.2.4 4.2.4 动态特性动态特性 1.输入信号的

5、类型 在放大器两输入端分别输入大小相等、方向相 反的信号，即ui1=-ui2时，这种输入方式称为差模输这种输入方式称为差模输 入入，此时的输入信号称为差模输入信号，差模输入 信号用uid来表示。 差模输入电路如图4.5所示。 在放大器两输入端分别输入大小相等、极性相 同的信号，即ui1=ui2时，这种输入方式称为共模输这种输入方式称为共模输 入入，此时的输入信号称为共模输入信号，共模输入 信号常用uic来表示。共模输入电路如图4.6所示。 1 i u= 2i u= id u 2 1 (4.3) 由图可知： 图4.6 共模输入等效电路 在放大器两输入端输入的信号大小不等时，可 将其分解为差模信号

6、和共模信号。 由图可得： 21iiic uuu(4.4) 差模信号为两输入信号之差差模信号为两输入信号之差，即： 共模信号为两输入信号的算术平均值共模信号为两输入信号的算术平均值，即： 21iiid uuu (4.5) )( 2 1 21iiic uuu (4.6) 于是，加在两输入端上的信号可分解为 ic id i u u u 2 1 (4.7) ic id i u u u 2 2 (4.8) 例4.1 已知 =10.02V， =9.98V，试求共模 与差模输入电压。 解： 2.对差模信号的放大作用 差模输入时的交流通路如图4.7所示。 )( 2 1 21iiic uuu =10(V) 21

7、iiid uuu =0.04(V)=40(mV) 1 i u 2i u 差模输入时，uid1 =-uid2 。则： be c id od idid odod id od ud r R u u uu uu u u A 1 1 21 21 2 2 (4.9) 当在两个管子的集电极接上负载时： be L ud r R A (4.10) CL RR ( L R / 2) beid rr2 (4.11) cod Rr2(4.12) 3.对共模信号的抑制作用 共模输入时的交流通路如图4.8所示。 共模输入时， 输出电压 其双端输出的共模电压放大倍数为： icicic uuu 21 0 21 ocococ

8、uuu 0 21 ic ococ ic oc uc u uu u u A 在实际中，共模信号是反映温漂干扰或噪声等 无用的信号，因为温度的变化，噪声的干扰对两管 的影响是相同的，可等效为输入端的共模信号。 （4.13） 在电路对称的情况下，其共模输出电压为零。 若电路不完全对称，则可通过发射极电阻Re减 小电路的共模输出电压。 在图4.8中，若从VT1管集电极输出，则其共模电 压放大倍数为： ebe c ic oc uc Rr R u u A 2)1 ( 1 1 1 1 1 同理： ebe C ic oc uc Rr R u u A 2)1 ( 2 2 1 2 2 （4.14） （4.15）

9、由Auc1、Auc2的表达式可看出，为了抑制共模信 号，可将的Re值取得大一些，最好的办法是采恒流 源差动放大电路，如图4.9所示。 图4.9 恒流源差放电路 集成运算放大器 图4.9 恒流源差放电路 4.2.5 4.2.5 共模抑制比共模抑制比 差放电路总的输出电压为： （4.17） 为了表明差动放大器对差模信号的放大能力及对 共模信号的抑制能力，常用共模抑制比作为一项重要 技术指标来衡量。其定义为： icucidudo uAuAu ucudCMR AAK（4.18） 若电路完全对称，则共模电压放大倍数趋于无 穷。 4.2 思考题思考题 u 什么是零点漂移，产生零漂的主要原因是什么？ u 差

10、动放大电路是如何抑制零点漂移的？ u 已知差放电路的输入信号Ui120mv，Ui2 10mv，试求差模和共模输入信号的大小。 u共模抑制比的定义是什么？如何提高共模抑制 比？ 返 回 4.3 差动放大电路的另外几种接法差动放大电路的另外几种接法 1.双端输入、单端输出 若输出信号只从一只管子的集电极对地输出，这 种输出方式叫单端输出，如图4.10所示。 其中 RL=Rc/RL 信号也可以从VT2的集电极输出，此时式中无 负号，表示同相输出。 be L udud r R AA 22 1 1 (4.20) 单端输出时，差模电压放大倍数为： 2.单端输入、双端输出 将差放电路的一个输入端接地，信号只

11、从另一 个输入端输入，这种输入方式称为单端输入，如图 4.11所示。它的交流通路如图4.12所示。 在图中，恒流源的内阻趋于无穷大，故可以看成 开路，所以，输入信号ui均匀地分配给两管的输入回 路。则： ibe uu 2 1 1 ibe uu 2 1 2 故 双端输入的各种结论均适用于单端输入情况双端输入的各种结论均适用于单端输入情况。 3.单端输入、单端输出 电路如图4.13所示。 图4.13 单端输入、单端输出差动放大电路 现将差动放大器的几种接法的性能比较列于 表4.1中：由表4.1可以看出： 差动放大器的几种接法中，其性能指标只取差动放大器的几种接法中，其性能指标只取 决于电路的输出方

12、式，而与输入方式无关。决于电路的输出方式，而与输入方式无关。 例4.2 在图4.9所示的双端输入双端输出的恒 流源差动放大器中，VCC=VEE=12V，RC=10K， 1=2=50，I=1mA，试求： 1. 电路的静态工作点Q 2. 差模电压放大倍数Aud。 3. 差模输入电阻rid。 4. 差模输出电阻rod。 5. 共模抑制比KCMR。 6. 若将输出方式改为图4.10的单端输出，且RL 开路，再计算Aud1、rid、rod。 解： 1. UEQ=-0.7V UCEQ1=UCEQ2=VCCICQ1RcUEQ =7.7V 2 . rbe=300+(1+)26/IEQ 2.95K Aud=-R

13、C/rbe=-169.49 )(10 50 5 . 01 21 A I II CQ BQBQ 2121 5 . 0 2 1 CQCQEQEQ IIImAII 3. rid=2rbe=22.95=5.9K 4. rod=2RC=20K 5. KCMR 6. Aud1=Aud=63.3 rid=5.9K rod=10K 4.3 思考题思考题 u 单端输入差动放大器中，信号从一端输入， 而另一输入端接地，输入端接地的三极管对输 入信号是否仍有放大作用？为什么？ u 差动放大器有几种接法？它们的性能指标 有哪些共同点和不同点？ 返 回 4.4 集成运算放大器集成运算放大器 4.4.1 4.4.1 集成

14、运算放大器件的识读集成运算放大器件的识读 1.外形及管脚功能 常见的集成运算放大器有圆形、扁平型、双列 直插式等，有8管脚、14管脚等，其引线脚号排列顺 序的标记，一般有色点、凹槽、管键及封装时压出 的圆形标记等。其外形如表4.2所示。 对于双列直插式集成块双列直插式集成块引线脚号的识别方法 是：将集成块水平放置，管脚向下，从缺口或标将集成块水平放置，管脚向下，从缺口或标 记开始，按逆时针方向数，依次为记开始，按逆时针方向数，依次为1 1脚、脚、2 2脚、脚、3 3 脚脚。 对于圆形管以管键为参考标记，管脚向下，圆形管以管键为参考标记，管脚向下， 以键为起点，逆时针数以键为起点，逆时针数1 1

15、，2 2，3 3，。 以8管脚通用型集成运算放大器A741为例： 2脚为反相输入端 3脚为同相输入端 6脚为输出端 4脚为负电源端 7脚为正电源端 1脚和5脚为外接零电位器的两个端子 8脚为空脚 2.图形符号 集成运放的代表符号如图4.14所示。 图4.14 集成运放的图形符号 4.4.2 4.4.2 集成运放的组成集成运放的组成 集成运放内部组成原理框图如图4.15所示。 1.输入级：输入级是提高运算放大器质量的关 键部分，要求其输入电阻高。 2.中间级：中间级的主要作用是提供足够大的 电压放大倍数。 3.输出级：输出级的主要作用是输出足够的电 流以满足负载的需要。 4.偏置电路：偏置电路的

16、作用是为各级提供合 适的工作电流。 4.4.3 集成运放的分类集成运放的分类 1.按集成运放的用途分 （1）通用型集成运放 （2）专用型集成运放 a低功耗或微功耗集成运放。 b. 高速集成运放。 c. 宽带集成运放。 d. 高精度集成运放。 e高电压集成运放。 f功率型集成运放。 g. 高输入阻抗集成运放。 h. 电流型集成运放。 i. 跨导型集成运放。 j. 程控型集成运放。 k. 低噪声集成运放。 l. 集成电压跟随器。 2.按运放供电电源分为 （1）双电源集成运放。 （2）单电源集成运放。 3.按运放制作工艺分为 （1）双极型集成运放。 （2）单极型集成运放。 （3）双极单极兼容型集成运

17、放。 4.按单片封装中的运放数可分为 单运放 双运放 三运放 四运放 4.4.4 4.4.4 模拟集成电路的型号命名方法模拟集成电路的型号命名方法 1.国标命名方式 我国半导体集成电路的型号命名按照GB3430 82的规定，由五部分组成： X X XXXX X X 其符号与定义见附录。 2.国内部分厂家自命名方法 国内部分厂家的模拟集成电路型号的字头见附 录。 3.国外模拟集成电路型号的识别 部分国外模拟集成电路的型号前辍及其生产厂 家的代号见附录附录8 8。 u集成电路的管脚是如何排列的？A741各管脚的 用途是什么？ u集成运放符号框内各符号的含义是什么？ u国产半导体集成电路是如何命名的

18、？ 返 回 4.4思考题思考题 4.5 集成运放的主要参数及其选择集成运放的主要参数及其选择 4.5.1 4.5.1 集成运放的主要参数集成运放的主要参数 1.极限参数 （1）供电电压范围 （2）功耗Pc （3）工作温度范围 （4）最大差模输入电压Uidmax （5）最大共模输入电压Uicmax 2.电气参数 （1）输入特性 差模输入电阻rid 输入偏置电流IIB 输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT 输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT (2)输出特性 最大输出电压Uomax 最大输出电流Iomax 输出电阻ro (3)增益特性 差模电压增益Aud 共模电压增益Auc 共模抑制比KCMR KCMR=20lg|Aud/Auc| (4) 频率特性 开环带宽B 单位增益带宽BG 转换速率SR 4.5 思考题思考题 uAud、rid、B、KCMR的物理意义是什么？ u在实际使用中，集成运放的极限参数能否超 过所规定的值？为什么？ u如何选择你所需要的集成