第5章 集成运算放大器及应用

1、重点：重点： 5.1 差差 动动 放放 大大 电电 路路v5.1.1. 直流放大器的基本概念直流放大器的基本概念v直接耦合放大器直接耦合放大器直接耦合放大电路与阻容耦合放大电路相比，具有以直接耦合放大电路与阻容耦合放大电路相比，具有以下特点：下特点：(1) 电路中只有晶体管和电阻，没有大电容，级电路中只有晶体管和电阻，没有大电容，级与级之间直接连接，便于集成化。与级之间直接连接，便于集成化。(2) 由于级间采用直接耦合，因此电路对于低频由于级间采用直接耦合，因此电路对于低频信号甚至直流信号都能放大。信号甚至直流信号都能放大。(3) 前后级的静态工作点互不独立，互相影响。前后级的静态工作点互不独

2、立，互相影响。由图由图9-4可见，前级的集电极电位恒等于后级的基极可见，前级的集电极电位恒等于后级的基极电位，前级的集电极电阻电位，前级的集电极电阻RC1同时又是后级的基极偏同时又是后级的基极偏流电阻，以致造成前后级的工作点互相影响，互相牵流电阻，以致造成前后级的工作点互相影响，互相牵制。制。v5.1.2 零点漂移零点漂移v 1.什么是零点什么是零点:当输入当输入Ui=0时时,Uo0,称零点漂移称零点漂移.零点漂移是直接耦合放大电路存在的一个特殊问题。在实验零点漂移是直接耦合放大电路存在的一个特殊问题。在实验中，令输入电压为零，用灵敏度高的电压表或示波器测量输中，令输入电压为零，用灵敏度高的电

3、压表或示波器测量输出电压，会发现输出电压不为零，且发生缓慢、无规则的变出电压，会发现输出电压不为零，且发生缓慢、无规则的变化，这种现象称为零点漂移，简称零漂，如图所示。化，这种现象称为零点漂移，简称零漂，如图所示。v2.零点漂移的危害及抵制方法零点漂移的危害及抵制方法放大电路的零点漂移不能单从输出电压漂移的绝放大电路的零点漂移不能单从输出电压漂移的绝对大小来评定，必须考虑到电路的放大倍数。通对大小来评定，必须考虑到电路的放大倍数。通常把输出漂移电压折算到输入端以与输入信号相常把输出漂移电压折算到输入端以与输入信号相比较，即将输出漂移电压比较，即将输出漂移电压uod除以放大倍数除以放大倍数Au后

4、后所得到的等效输入漂移电压所得到的等效输入漂移电压uid，作为衡量一个，作为衡量一个放大电路零点漂移的指标放大电路零点漂移的指标(uid越小越好越小越好)，即，即5.1、差动放大电路 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。应电阻元件的参数值都相等。两个输入、两个输入、两个输出两个输出两管两管静态工静态工作点相同作点相同uO= uC1 uC2 = 0uo= (uC1 + uC1 ) (uC2 + uC2 ) = 02.抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理静态时，静态时，ui1 = ui2 = 0当温度升高时当温度升高时ICV

5、C （两管变化量相等）（两管变化量相等）两个输入电压大小相等、极性相反。两个输入电压大小相等、极性相反。两个输入电压大小相等、极性也相同。两个输入电压大小相等、极性也相同。例例5.3.2 uI1 = 5 mV, uI2 = 1 mV 则则: : uId = 4 mV uIc = 3 mV IdI1I2uuuIcI1I21()2uuu牺牲一个放大管的放大倍数换取对零点漂移的抑制，牺牲一个放大管的放大倍数换取对零点漂移的抑制，但不理想，因电路不可能完全对称，但不理想，因电路不可能完全对称，单端输出时失去对零点漂移的抑制能力。单端输出时失去对零点漂移的抑制能力。dCMRcAKAdCMRc(dB)20

6、lg( )AKA分贝 5.2、集成运算放大器的组成和主要参数集成运算放大器的组成和主要参数v v 引引 言言 集成运算放大器是一个直接耦合的多级放大电路，集成运算放大器是一个直接耦合的多级放大电路，它由输入级、中间级、输出级和偏置电路四个基本它由输入级、中间级、输出级和偏置电路四个基本组成部分构成。组成部分构成。 将组成多级放大电路的三极管等所有元器件集将组成多级放大电路的三极管等所有元器件集成在一块芯片上形成集成电路称为集成运算放大器成在一块芯片上形成集成电路称为集成运算放大器.简称运放。简称运放。 特点与功能：放大倍数高，可靠价格低等优点，特点与功能：放大倍数高，可靠价格低等优点，用途广，

7、主要用在自动控制等领域中。用途广，主要用在自动控制等领域中。运算放大器组成方框图1. 集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成5.2、集成运算放大器的组成和主要参数2、 集成运放的符号3、 集成运放的主要参数（1）. 输入失调电压输入失调电压（2 2）. . 输入失调电流输入失调电流(3). (3). 输入偏置电流输入偏置电流(4). (4). 差模输入电阻差模输入电阻(5). (5). 共模抑制比共模抑制比(6). (6). 最大共模输入电压最大共模输入电压（7）. 开环差模电压增益开环差模电压增益4、集成运放的特点v5.2.3 集成运放的应用基础集成运放的应用基础v1.集成运放的传输特性集

8、成运放的传输特性v 它有两个输入端和一个输出端。它们对地的电压它有两个输入端和一个输出端。它们对地的电压(即各端的电位即各端的电位)分别用分别用u、u+和和uo表示。表示输出电压与输入电压之间关系的表示。表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特性。运算放大器的传输特性曲线特性曲线称为传输特性。运算放大器的传输特性曲线(图中，实线图中，实线部分为理想运算放大器的特性曲线，虚线部分为实际运算放大器部分为理想运算放大器的特性曲线，虚线部分为实际运算放大器的特性曲线的特性曲线)可分为线性区和非线性区可分为线性区和非线性区实线部分为理想运算放大器的特性曲线实线部分为理想运算放大器的特性曲线虚线

9、部分为实际运算放大器的特性曲线虚线部分为实际运算放大器的特性曲线)可分为线性区和非线性区可分为线性区和非线性区2、集成运放的线性应用集成运放的线性应用 1).1).无反馈无反馈 理想状态理想状态, ,开环电压放大倍数开环电压放大倍数 2).2).深度负反馈的线性工作区深度负反馈的线性工作区当运算放大器工作在线当运算放大器工作在线性区时，其输出电压性区时，其输出电压uo和输入电压和输入电压u、u+之之间必须满足间必须满足:uo=Aud(u+u) 由于由于uo为有限值，因此为有限值，因此对于理想运算放大器，对于理想运算放大器，Aud=，即使输入毫伏，即使输入毫伏级以下的信号，也足以级以下的信号，也

10、足以使输出电压达到正向饱使输出电压达到正向饱和电压和电压Uo+或负向饱和或负向饱和电压电压Uo。所以，为了。所以，为了使运算放大器工作在线使运算放大器工作在线性区，需要引入深度负性区，需要引入深度负反馈反馈(即通过引入负反馈即通过引入负反馈使使uu较小较小)。 运算放大器工作在线性区，需要引入深度负运算放大器工作在线性区，需要引入深度负反馈反馈(即通过引入负反馈使即通过引入负反馈使uu较小较小v3). 工作在线性区时，工作在线性区时， “虚短虚短”和和 “虚断虚断”的概的概念念(1)什么叫什么叫“虚短虚短” ？ 运算放大器同相输入端和反相输入端的电位近似相运算放大器同相输入端和反相输入端的电位

11、近似相等，等，即即u+u，又称为，又称为“虚短虚短”。 如果同相输入端接地，即如果同相输入端接地，即u+= 0，则反相输入端的，则反相输入端的电位电位u0，即反相输入端也相当于接地，是一个不，即反相输入端也相当于接地，是一个不接地的地电位端接地的地电位端.集成运放的电压和电流u+u，(2) “虚断虚断” 运算放大器的净输入电流约等于零，即运算放大器的净输入电流约等于零，即Iid0，又称为又称为“虚断虚断”。集成运放的电压和电流 运放的输入电流等于零。即即Iid0，又称为，又称为“虚断虚断”3、集成运放的非线性应用(略)1. 运放输出电压的值只有两种可能：2. 运放的输入电流等于零。虚断不再存在

12、虚短现象集成运放的电压和电流5.2.4、*集成运放应用简介VT1VT2R2VT8 VT9VT12VT13VT14VT3VT4VT7VT5VT6VT15VT16VT18VT10VT11VT17VT19VT20R3R1R7R4R5R8R10R9R12R1150k1k1k7.5k4.5k50k5k5039k5025C130pF3521467VV调零端调零端 反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端空空输出端输出端调零端调零端 81756432引脚引脚VV1234567连接示意图连接示意图v作业：p96 2,(画出框图) 3 5.3、 负反馈放大电路负反馈放大电路一、什么是反馈反馈：将放大电路的输出量

13、（输出电压或输出电流）的一部分或全部，通过一定的方式，反送到输入回路中。iC5.3、负反馈放大电路二、反馈的分类引入的反馈信号增强了外加输入信号的作用， 从而使放大电路的放大倍数提高。引入的反馈信号削弱了外加输入信号的作用， 从而使放大电路的放大倍数降低。瞬时极性法。表示瞬时极性的正，该点瞬时信号的变化为增大。表示瞬时极性的负，该点瞬时信号的变化为减小。iC反馈信号取自输出电压，与输出电压成正比。电压负反馈可稳定输出电压，降低输出电阻。反馈信号取自输出电流，与输出电流成正比。电流负反馈可稳定输出电流，提高输出电阻。可假设将输出端交流短路（即令输出电压等于零），若反馈信号不复存在，则为电压反馈，

14、否则就是电流反馈。反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和。串联负反馈可提高输入电阻。反馈信号与输入信号在输入回路中以电流形式求和。并联负反馈降低输入电阻。1、提高放大倍数的稳定性FAAA 1ff221ddd(1)(1)AFAFAAAAFAFffd1d1AAAAFA如果放大电路工作在中频范围，且反馈网络为纯电如果放大电路工作在中频范围，且反馈网络为纯电阻性，则上式可表示为阻性，则上式可表示为f1AAA F三、负反馈对放大器性能的影响2、减小非线性失真和抑制干扰负反馈对与输入信号同时混入的干扰无作用。AAF3、改变输入电阻和输出电阻iif)1(RFAR AFiUiUfUiRifRoUoIiI

15、iiiURIiifiiiUUURIIfiUAFU ifbif/ RRR )1/(iifFARR AFsUiUiRifRoUoIiIiIfIiiiURIiiiiifUURIIIfiIAFI)1/(ooofFARR oAooof)1(RFAR ofcof/ RRR 5.4、 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用1、 反相比例运算电路（1）. 电路组成电路组成5.4、集成运算放大器的线性应用（2）. 工作原理工作原理输入与输出成比例并反相放大信号输入与输出成比例并反相放大信号2、 反相求和电路3、同相输入求和电路(熟悉了解)uC基本积分电路4、积分电路5、微分电路uC基本微分电路由于由于“虚断虚断”，则，则CRii 因反相输入端因反相输入端“虚地虚地”