第03章 差动放大电路与集成运算放大器.ppt

1、第三章差分放大电路和集成运算放大器、3.1差分放大电路、3.2集成运算放大器、3.1差分放大电路和3.1.1零漂移概念在直接耦合的多级放大电路中，由于各级之间的工作点是相互联系、相互影响的，所以会出现零漂移现象。所谓零漂移，是指当放大电路中没有输入信号时，由于温度变化、电源电压波动、元件老化等原因，放大电路的工作点发生变化，这种变化将被直接耦合的放大电路逐步放大并传输到输出端，使输出电压偏离原来的起点，上下漂移。零漂移的原因是晶体管的参数受温度影响，所以零漂移也叫温度漂移。3.1.2差分放大电路的基本形式差分放大电路是一种双输入对称电路结构的放大电路。它的基本特点是只有当两个输入端的输入信号有

2、差异时才能放大，即差分放大电路放大两个输入信号之间的差异，所以称之为差分放大电路。1.电路组成和特点图3.1显示了差分放大器电路的基本形式，就电路结构而言，它具有以下特点。(1)它由两个完全对称的共发射极电路组成。(2)电路由正负电源供电。图3.1典型基本差分放大器电路2。抑制差分放大器电路零点漂移的原理由于电路的对称性，温度变化对由VT1和VT2组成的左右放大器电路的影响是一致的，这相当于同时给两个放大器电路增加相同大小和极性的输入信号。因此，当电路完全对称时，两个管的集电极电位总是相同的，差分放大电路的输出为零，普通直接耦合放大电路中的漂移电压不会出现。可以看出，差分放大器电路通过使用电路

3、对称性来抑制零漂移现象。静态分析当ui1=ui2=0时，VT1和VT2的静态参数相同，因为电路完全对称。以VT1为例，其静态基环由-UEE、UBE和热组成。然而，应该注意的是，流经Re的电流是VT1和VT2的发射极电流之和，如图3.2所示，那么VT1的输入环路方程为：UEE=UBE 2 E1 Re，即图3.2中基本差分放大器电路的DC路径。在静态下，两个管的集电极等于地电位，即UC1=因此，两个管的集电极之间的电位差为零，即输出电压uo=UC1-UC2=0。4。差模信号和共模信号当两个输入信号ui1和ui2具有相同的大小和极性时，它们被称为共模信号，被记录为uic，即ui1=ui2=uic。当

4、ui1和ui2具有相同的大小但极性相反时，即ui1=-ui2，它被称为差模信号并被记录为uid。在理想情况下，差分放大器对共模信号没有放大能力。输入信号ui1和ui2的幅度和极性总是任意的，既不是一对差模信号，也不是一对共模信号。5.差模特性分析典型的基本差分放大器电路如图3.1所示，当输入差模信号时，双端输出的交流路径如图3.3所示。图3.3基本差分放大器电路差模输入的交流路径。在电路完全对称的条件下，稀土两端这两个交流电流之和产生的交流电压降为零。因此，在图3.3的差模输入交流路径中，发射极电阻re短路。(1)差模电压放大系数Aud (2)差模输入电阻rid (3)差模输出电阻rod，图3

5、.4带负载的差分放大器电路，6。共模特性分析输入共模信号时的交流路径如图3.5所示。图3.5共模输入下基本差分放大器电路的交流路径，流经Re的交流电流是单管发射极电流的两倍，因此共模输入下交流路径中发射极电阻不会短路因此，差动放大电路有四种不同的工作状态：双端输入和双端输出；单端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出。1.单端输入和双端输入没有本质区别，所以可以直接用双端输入公式计算。单端输出单端输出的输出信号可以取自VT1或VT2的集电极。(1)差模电压放大系数Aud1 (2)共模电压放大系数Auc1 (3)共模抑制比KCMR (4)输出电阻棒，3单端输出下的差分放大器电路，

6、3。3.1.4恒流源型差分放大器电路考虑用恒流源代替原环，因为恒流源具有较大的内阻，比较了四种工作条件下差分放大器的性能特性。恒流源型差分放大器电路如图3.8所示。图3.8恒流源型差分放大电路，连接恒流晶体管，抑制共模信号的变化。有时，为了简化起见，通常使用简化的恒流源符号来表示恒流管VT3的具体电路，如图3.9所示。图3.9恒流源差分放大器电路的简化表示，3.2集成运算放大器，3.2.1集成运算放大器的基本组成集成运算放大器本质上是一个具有高电压放大系数的多级直接耦合放大器电路。自20世纪60年代以来，它经历了四代产品，种类和品种相当丰富，但结构基本一致。其内部通常包含四个基本组件：输入级、

7、中间级、输出级和偏置电路，如图3.12所示。图3.12显示了集成运算放大器的基本组件，图3.13显示了集成运算放大器的电路符号。集成运算放大器可以有三种输入模式：同相输入、反相输入和差分输入。图3.13集成运算放大器的电路符号，3.2.2集成运算放大器1的主要性能指标。开环差模电压放大系数Aud 2。输入失调电压UIO 3。输入偏置电流IIB，4。输入失调电流IIO 5。输入失调电压温度漂移UIO/T和输入失调电流温度漂移IIO/T 6。共模抑制比KCMR 7。差模输入电阻rid 8。输出电阻棒，3.2.3集成运算放大器使用中的几个具体问题1。集成运算放大器的选择(1)信号源的性质(2)负载的

8、性质(3)精度要求(4)两个引脚为反相输入端，三个引脚为非反相输入端，七个引脚连接到正电源15V，四个引脚连接到负电源-15V，六个引脚为输出端，零设置电位器应连接在引脚1和5之间。A741的开环电压增益Aud约为94dB(5104倍)。图3.14 A741引脚排列及运算放大器放大能力估算。用万用表估算A741的放大能力时，应连接15V电源。万用表设置为50V，电路如图3.14(b)所示。图3.14 A741的引脚排列和运算放大器放大能力的估计，3。使用集成运算放大器前必须完成的工作(1)集成运算放大器的引脚(2)参数测量(3)零点调整或偏置电压调整，4。集成运算放大器的保护集成运算放大器经常由于以下三个原因而损坏：输入信号过大，使PN结击穿；电源电压极性颠倒或过高；输出端直接连接到“地”或电源。此时，运算放大器将由于输出级的过度功耗而损坏。因此，为了使运算放大器安全工作，有必要从这三个方面对其进行保护。(1)输入保护图3.15(a)显示了防止差模电压过高的保护电路，限制集成运算放大器两个输入端之间的差模输入电压不超过二极管VD1和VD2的正向导通电压。图3.15(b)显示了防止共模电压过高的保护电路，以及当然，任何保护措施都是有限的。如果输出端直接连接到电源，电压调节器将被