直流放大器和集成运算放大器课件

1、第五章 直流放大器和集成运算放大器5.1直流放大器及其特点5.2差动放大器5.3集成运算放大器5.4集成运放的应用第1页，共23页。3. 零点漂移零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。uotO产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压 波动、电路元件参数的变化。5.1直流放大器及其特点第2页，共23页。 由于不采用电容，直接耦合放大电路具有良好的低频特性。通频带f|Au |0.707| Auo |OfH| Auo |幅频特性 抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。 适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。第3页，共23页。

2、 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。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。两个输入、两个输出两管静态工作点相同1、差分放大电路的工作原理5.2 差动放大器第4页，共23页。1) 零点漂移的抑制uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0静态时，ui1 = ui2 = 0当温度升高时ICVC （两管变化量相等） 对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。第5页，共23页。温度 RE的作用 第6页，共23页。2) 信号输入两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，(1) 差模信号 ui1 = ui

3、2大小相等、极性相反uo= (VC1VC1 )(VC2 + VC ) =2 VC1 即对差模信号有放大能力。差模信号 是有用信号第7页，共23页。2) 信号输入 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。(2) 共模信号 ui1 = ui2大小相等、极性相同 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。共模信号 需要抑制第8页，共23页。(3) 比较输入 ui1 、ui2 大小和极性是任意的。例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成:

4、 ui1 = 18 mV + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV共模信号差模信号 放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号差动 放大电路。 这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。 第9页，共23页。(Common Mode Rejection Ratio) 全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。差模放大倍数共模放大倍数 KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。3 共模抑制比共模抑制比第10页，共23页。 若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数 Ac = 0 输出电压 uo

5、 = Ad （ui1 ui2 ） = Ad uid 若电路不完全对称，则 Ac 0，实际输出电压 uo = Ac uic + Ad uid 即共模信号对输出有影响 。第11页，共23页。5.3集成运算放大器1.集成电路的英文缩写为IC。它是利用先进的工艺技术，将各种电子元器件构成的功能电路，制造在一块很小的半导体芯片上而形成的微型电子器件。2.特点：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。第12页，共23页。5差动放大电路及集成运

6、算放大器 集成运放的符号如图5-4所示,有用方框式的(a),也有用三角形的(b)。集成运放有两个输入端，“-”端叫反相输入端，“+”端叫同相输入端，输出端的电压与反相输入端反相，与同相输入端同相。图5-4 集成运放符号 5.3.2运放的符号uu+ uo u u+ uoAo国际符号国内符号第13页，共23页。一、开环差模电压放大倍数Aod无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的Aod为。二、共模抑制比KCMMR常用分贝作单位，一般100dB以上。三、差模输入电阻ridri1M, 有的可达100M以上。四、输出电阻roro =几-几十。第14页，共23页。五、最大共模输入

7、电压UIcmax六、最大差模输入电压UIdmax七、-3dB带宽fH运放是直流放大器， 也可放大低频信号，不适用于高频信号。还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。不再一一介绍。关于集成运放的应用下面分三个章节介绍。其中运放都是作为理想运放来处理。第15页，共23页。5.3.4运放的类型及封装外形与符号： 集成运放的外形有圆形、扁平形和双列直插式三种，如图3-14所示。(a)图为圆形，(b)图为扁平形，(c)图为双列直插式。目前常用的双列直插式型号有A741(8端)、LM324(14端)等,采用陶瓷或塑料封装。 图5-6 集成运放外形 第16页，共23页。第五章差动放大电路及集成运算放大器

8、常用集成运算放大器A741与LM324的外引线端子排列图如图3-15所示。其端子排列为:从正面看，带半圆形或其它形的标识端向左,则左下角的端子为1号端子,然后逆时针依次排号,左上角的端子为最后一个,连接电路时注意不能接错。 A741与LM 324 的外引线排列图 第17页，共23页。差动放大电路及集成运算放大器理想运算放大器的条件是： 开环电压放大倍数Au0； 差模输入电阻rid； 开环输出电阻ro0； 共模抑制比KCMR。 图3-17 理想运算放大器的图形符号 理想运算放大器： 在分析运算放大器时，常将它看着一个理想运算放大器。第18页，共23页。差动放大电路及集成运算放大器 图为理想运算放

9、大器的图形符号，它有两个输入端和一个输出端，反相输入端标有“-”号，同相输入端和输出端标有“+”号。它们的对地电压分别为“u-”、“u+”和“uo”。“”表示开环放大倍数。 表示输入电压和输出电压之间关系的特性曲线称为传输特性。如图3-18所示，图中虚线表示实际传输特性，从传输特性看，可分为线性区和饱和区。运算放大器可工作在线性区，也可工作在饱和区，但分析方法不同。 第19页，共23页。差动放大电路及集成运算放大器 当它工作在线性区时，uo和(u+-u-)是线性关系，即 uo=Au0(u+-u-) 这时运算放大器是一个线性元件。由于它的放大倍数很高，即使输入电压为毫伏级，也足以使电路饱和，其饱

10、和电压值为+Uo(sat)或-Uo (sat)，接近电源电压。 图3-18 运算放大器的传输特性 第20页，共23页。差动放大电路及集成运算放大器 运算放大器工作在线性区时，分析依据有两条： （1）由于运算放大器的差模输入电阻rid,故可认为两个输入端的输入电流为零。即 这种由于集成电路内部输入电阻无穷大而使输入电流几乎为零的现象称之为“虚断”。 （2）由于运算放大器的开环电压放大倍数Au0，而输出电压是一有限数值，故： 第21页，共23页。差动放大电路及集成运算放大器即 由于集成开环放大倍数为无穷大，与其放大时的输出电压相比，同、反相的输入电压差值可以忽略不计，同、反相输入电压几乎相等，我们称这种现象为“虚短”。