集成运算放大器资料

3.1多级放大电路*

3.2差分放大电路3.3功率放大电路第3章集成运算放大器3.４集成运算放大器1、多级放大电路的基本概念以及多级放大电路的耦合方式；2、多级放大电路的动态分析；3、直接耦合放大电路的零点漂移现象；4、掌握差分放大电路的共模信号、差模信号、共模放大倍数、差模放大倍数、共模抑制比的概念。5、差分放大电路的组成、抑制零点漂移的原理以及四种接线方式分析方法。6、掌握互补输出级的正确接法和输入输出关系。学习指导3.1.2多级放大电路的动态分析3.1.1多级放大电路的级间耦合方式3.1多级放大电路3.1.3多级放大电路的频率特性3.1.4多级直接耦合放大电路的零点漂移现象

当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如Au＝104、Ri=2MΩ、Ro=100Ω）时，应考虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何“连接”几个单级放大电路，耦合方式即连接方式。常见耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合等。

放大电路的级间耦合必须要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正确。3.1.1多级放大电路的极间耦合方式一.阻容耦合

Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。共射电路共集电路有零点漂吗？利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。二.直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻

能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移第二级第一级1、前一级的输出电压是后一级的输入电压。2、后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。3、总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积4、总输入电阻为第一级的输入电阻5、总输出电阻为最后一级的输出电阻3.1.2多级放大电路的动态分析

对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。一.什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。二、产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。3.1.4多级直接耦合放大电路的零点漂移现象若第一级漂了100uV，则输出漂移1V。若第二级也漂了100uV，则输出漂移10mV。假设第一级是关键漂了100uV漂移

10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。三.减小零漂的措施

在电路中引入直流负反馈

用非线性元件进行温度补偿

采用差分式放大电路*

3.2.1

典型长尾式差分放大电路3.3.2单端输入的差分放大电路3.2差分放大电路

3.3.3具有恒流源的差分放大电路一、电路的组成参数理想对称：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。*

3.2.1

典型长尾式差分放大电路组成特点典型电路在理想对称的情况下：1.克服零点漂移；2.零输入零输出。信号特点？

1.Q点：令uI1=uI2=0二、工作原理分析1.Q点晶体管输入回路方程：通常，Rb较小，且IBQ很小，故2.抑制共模信号

共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即2.抑制共模信号：Re的共模负反馈作用Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电路，Re=?如

T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。

当温度变化或电源电压波动时，都将使集电极电流产生变化，且变化趋势是相同的，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。

差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用，这就意味着差放对由温度变化或电源电压波动所引起的输出漂移有很强的抑制作用。这就是研究共模输入信号的意义。2.研究共模输入信号的意义3.放大差模信号△iE1=－△iE2，差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即iE=iE1+iE2=0Ree上交流压降为0。Re对差模信号无反馈作用。画交流通路时，Re可视为短路，即两管的发射极直接接地为什么？3.差模信号作用时的动态分析差模放大倍数RL的中点应是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2。与单管增益相同4.动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力

和抑制共模信号的能力。差放的特点：输入无差别，输出就不动；输入有差别，输出就变动。

在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。

根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出双端输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出双端输入单端输出双端输入双端输出

5、具有恒流源的差分放大电路

Re越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。

解决方法：采用电流源！恒流源动态电阻大，可提高共模抑制比。恒流源可提供一个稳定的偏流，同时恒流源的管压降只有几伏，可不必提高负电源。5.具有恒流源的差分放大电路等效电阻为无穷大ui1=uic+uid/2ui2=uic-uid/2uic

=uic1=uic2=(ui1+ui2)/2uid=(ui1-ui2)uid1=-uid2=uid/2对于两个任意信号ui1、ui2，分析时可将它们分解成一对共模信号和一对差模信号，然后分别由差模和共模增益来求。例：ui1=10mVui2=8mVuic=(ui1+ui2)/2=9mVuid=(ui1-ui2)=2mVui1=uic1+uid1

=9+1（mV）ui2=uic2+uid2

=9-1（mV）补充1.对任意信号的分析方法讨论一若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV3.3功率放大电路3.3.2提高功率放大电路效率的方法3.3.3互补对称功率放大电路3.3.1功率放大电路的特点

前面已经介绍了一些电子电路，经过这些电路处理后的信号，往往要送到负载，去驱动一定的装置。例如，收音机中扬声器的音圈、电动机控制绕组等。这时我们要考虑的不仅仅是输出电压或电流的大小，而且要有一定的功率输出。

这类主要用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。

1.功率放大电路研究的问题（1）性能指标：输出功率和效率。

最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。

（2）

分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。（3）晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。在功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近最大集电极电流ICM，承受的最大管压降接近c-e反向击穿电压U(BR)CEO，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率PCM。称为工作在尽限状态。3.3.1功率放大电路的特点2.对功率放大电路的要求（1）在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大，即输出功率尽可能大。（2）效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可分为以下几个工作状态：乙类：导通角等于180°甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180°3.3.2提高功率放大电路效率的方法1.静态工作点与放大电路工作状态的关系1.静态工作点与放大电路工作状态的关系甲类:静态IC最大乙类：静态IC＝０甲乙类:静态IC处于两者之间#

用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？2.提高效率的途径降低静态功耗，即减小静态电流。ui=0V

UB=UE=0,

T1、T2均截止，uo=0V

1.特征：由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电(OCL电路)2.静态分析T1的输入特性理想化特性3.3.3互补对称功率放大电路一、双电源乙类互补对称功率放大电路3.动态分析ui正半周，T1导通，T2截止,电流通路为+VCC→T1→RL→地，

uo

=ui两只管子都只在半个周期内交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。ui负半周，T1截止，T2导通,电流通路为地→RL→T2→-VCC，

uo

=ui4.交越失真消除失真的方法：设置合适的静态工作点。信号在零附近两只管子均截止开启电压二、双电源甲乙类互补对称功率放大电路使T1和T2均处于微导通可克服交越失真二、双电源甲乙类互补对称功率放大电路1.晶体管组成的复合管及其电流放大系数复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。目的：增大β，减小前级驱动电流，改变管子的类型。三、采用复合管的互补对称功率放大电路2.晶体管组成的互补型复合管

不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。为了增大T1管和T2管的电流放大系数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。T2和T4类型相同，特性相同，这种输出管为同一类型管的电路称为准互补电路。3.采用复合管的互补对称功率放大电路3.4集成运算放大器3.4.2通用型集成运算放大器3.4.3集成运算放大器的电压传输特性和主要参数3.4.1集成运算放大器的组成和特点3.4.4集成运算放大器的使用

在半导体制造工艺的基础上，将整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。其体积小，而性能却很好。集成电路按其功能分，有模拟集成电路和数字集成电路。模拟集成电路的种类繁多，其中集成运算放大器（简称集成运放）是应用极为广泛的一种。

运算放大器图片

集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。3.4.1集成运算放大器的组成和特点1.集成运算放大器的组成两个输入端一个输出端

若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。差动输入级有两个输入uP、uN，当信号从uN输入，输出uo与uN极性相反，称uN为反相输入端；当信号从uP输入，输出uo与uP极性相同，称uP为同相输入端。集成运放电路四个组成部分的作用输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad大，

Ac小，输入端耐压高。中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。（1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大电路和电流源电路。（2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂并不增加制作工序。（3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。（4）采用复合管。

2.集成运算放大器的特点3.4.2型号为F007的通用型集成运放3.4.3集成运放的符号和电压传输特性uO=f(uP-uN)

由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。在线性区：uO＝Aod(uP－uN)

Aod是开环差模放大倍数。非线性区线性区，曲线斜率为Aod+UOM-UOM非线性区线性区

(uP－uN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是＋UOM

,

就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。+UOM为正向输出饱和电压

-UOM为负向输出饱和电压其数值接近运放的正负电源电压+UOM-UOM分析应用电路的工作原理时，首先要分清运放工作在线性区还是非线性区。集成运放的主要性能指标

指标参数F007典型值理想值

1.开环差模增益Aod106dB∞2.差模输入电阻rid2MΩ∞3.共模抑制比KCMR90dB∞集成运放的主要性能指标

指标参数F007典型值理想值4.输入失调电压UIO

1mV

０

UIO的温漂dUIO/dT(℃)几μV/℃

05.输入失调电流IIO

20nA0

IIO的温漂dIIO/dT(℃)

几nA/℃

0使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。集成运放的主要性能指标

指标参数F007典型值理想值6.最大共模输入电压UIcmax±13V8.-3dB带宽fH10Hz∞9.转换速率SR

0.5V/μS

∞能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。7.最大差模输入电压UIdmax±30V超过此值输入级差分管将损坏。上限截止频率。对大信号的反应速度为什么这么低？集成运放的主要性能指标

指标参数F007典型值理想值