1、本章基本要求本章基本要求: :1 1、了解直接耦合放大電路的零點漂移問題；、了解直接耦合放大電路的零點漂移問題；2 2、了解差動放大電路的結構，掌握差動放大電路抑制零點、了解差動放大電路的結構，掌握差動放大電路抑制零點漂移的原理；漂移的原理；3 3、了解差動放大電路的輸入信號；、了解差動放大電路的輸入信號；4 4、了解集成運算放大器的組成和特點；、了解集成運算放大器的組成和特點；5 5、掌握集成運算放大器工作的特點；、掌握集成運算放大器工作的特點；6 6、掌握常用信號運算電路的分析。、掌握常用信號運算電路的分析。本章重點和難點本章重點和難點集成運算放大器工作的特點；集成運算放大器工作的特點；常

2、用信號運算電路的分析。常用信號運算電路的分析。第第 9 章章 直接耦合放大電路和集成運算放大器直接耦合放大電路和集成運算放大器問題問題的的引出引出在測量儀表和自動控制系統中，常常遇到一些變化緩慢的低頻信號（頻率為幾赫茲至幾十赫茲，甚至接近于零），這些低頻信號在多級放大電路中處理時，該怎樣處理？多級放大電路多級放大電路耦合方式耦合方式阻容耦合：阻容耦合：對于低頻信號阻抗大，且電容不能集成。變壓器耦合：變壓器耦合：原邊阻抗小，對信號相當于短路，無法將信號傳遞到副邊，變壓器也不能集成。直接耦合：直接耦合：對信號頻率要求不高，適合用于放大低頻信號，且容易集成。9.1 直接耦合放大電路直接耦合放大電路零

3、點漂移：零點漂移：當輸入信號為0，由于電源波動、溫度變化等原因，使工作點發生變化，使放大器輸出電壓偏離起始點做上下漂動，成為零點漂移。零點漂移現象9.1.1 直接耦合放大電路的零點漂移問題直接耦合放大電路的零點漂移問題0iu1ou2ou)30(A1u)30(A2u)30(A3u0Ui vUO01. 01v3 . 0U2O v9U3O 如下圖中，當如下圖中，當 時，由于某種原因使時，由于某種原因使，設，設 ，則，則 這種緩慢變化這種緩慢變化的信號將淹沒有用的信號，這是不允許的。的信號將淹沒有用的信號，這是不允許的。0Ui V1 . 0Uo1 30AAAu3u2ui V9Uo3 結論：對于直接耦合

4、的多級放大電路由于零漂的存在，容易造成在電路里無法區分有用的信號電壓和零漂電壓。因此，在直接耦合的多級放大電路中，解決零漂問題是非常關鍵的，解決零漂的辦法：采用差動放大電路。抑制零點漂移的原理抑制零點漂移的原理：當溫度變化時，對兩管的影響是一致的，相當給兩管電路同時加入大小相等、極性相同的輸入信號，因此，當電路特性完全對稱的情況下，兩管的集電極電位始終相同，不會出現普通直接耦合放大器那樣的漂移電壓，這就是為什么差動放大電路能夠抑制零點漂移的原因。021o21CCiiVVuuu“有差能動有差能動”9 .1.2 差動放大電路差動放大電路1 iu2iuEEUCCUbRcRbRcR1CV2CV1ou2

5、oueRou021o21CCiiVVuuu差動放大電路輸入信號分析差動放大電路輸入信號分析差動放大電路中輸入信號 和 有三種情況:1 iu2iu1) 這種信號輸入方式稱為共模輸入, 稱為共模輸入信號 。如果差動放大電路完全對稱，則共模輸入產生的輸出電壓為零，完全對稱的差動放大電路對共模信號沒有放大能力，亦即共模電壓放大倍數為零。實際的差動放大電路由于不可能完全對稱，因此存在一定的共模輸出電壓。在差動放大電路中，共模輸入信號一般為噪聲信號(比如零漂信號)，必須盡可能加以抑制！iciiuuu21icu2） ，這種信號輸入方式稱為差模輸入， 稱為差模輸入信號。 2121,)21(,21iiididi

6、idiuuuuuuuidu差模信號輸入差模信號輸入設差動放大電路單側的放大倍數為 ，則有： 1AidooodidoidoUAUUUUAUUAU1211211)21(,211AUUAidodd1 iuEEUbRcR1CV2iuCCUbRcR2CV1ou2oueRou 3）任意輸入信號 在實際應用中，加給差動放大電路輸入信號的大小和極性往往是任意的，既不是一對差模信號，也不是一對共模信號，為了分析方便通常，通常將一對任意輸入信號分解為差模信號 和共模信號 兩部分分別定義差模信號和共模信號為：iduicu)(21,2121iiiciiiduuuuuuicciddouAuAuidodduuA 越大，電

7、路差模放大能力越強icoccuuA 越小，電路抑制共模信號的能力越強共模抑制比共模抑制比icciddouAuAucdAAKCMRR 越大， 越小， 越大，差動放大電路的性能越好。理想情況下， 為 。對實際差動電路， 愈大愈好。dAcACMRRKCMRRKCMRRKA、差動放大電路具有放大差模信號、 抑制共模信號的能力， 因此， 在普遍采用直接耦合的集成運算放大器中， 廣泛采用差動放大電路作為輸入級，以起到抑制零點漂移的作用。 B、差動放大電路的射極電阻不影響差模信號的放大，但射極電阻越大， 抑制共模的能力就越強，一般采用恒流源電路來替代射極電阻， 以獲得較好的共模抑制能力。結論結論 集成運放在

8、發展初期主要用來實現模擬運算功能， 現在成為一種通用器件。 高增益（高放大倍數）、高可靠性、低成本和小尺寸。 集成運算放大器實質上是一個多級直接耦合高電壓放大倍數的放大器，具有輸入電阻大、輸出電阻小的特點。1. 1. 集成運放的特點集成運放的特點9.2 集成運算放大器的結構和指標集成運算放大器的結構和指標9.21 9.21 集成運放的結構特點集成運放的結構特點輸入級中間級偏置 電路輸出級輸入端輸出端輸入級輸入級是具有恒流源的差動放大電路， 用于消除零漂。中間級中間級一般由一級共射極放大電路（或共源極放大電路）或組合放大電路組成， 用以提供高的電壓放大倍數。輸出級輸出級大多為互補推挽電路， 并附

9、有安全保護電路。降低輸出電阻，提高帶載能力。偏置電路偏置電路采用恒流源電路， 為各級電路設置穩定的直流偏置。2. 2. 集成運放內部的電路組成集成運放內部的電路組成12345678引腳引腳符號符號功能說明功能說明1OA1失調調整端2IN-反相輸入端3IN+同相輸入端4V-偏置負電源電壓，負電源端5OA2失調調整端6OUT輸出端7V+偏置正電源電壓，正電源端8NC空閑12435876F007金屬封裝F007雙列直插式封裝3. 3. 集成運放的外部引出端子集成運放的外部引出端子1. 1. 輸入失調電壓輸入失調電壓U UOSOS 當輸入電壓為零時，為了使輸出電壓也為零，兩輸入端之間所加的補償電壓稱輸

10、入失調電壓UOS。它反映了差放輸入級不對稱的程度。UOS值越小，說明運放的性能越好。通用型運放的UOS為毫伏數量級，好的可小于1mV，差的達10mV左右。 2. 2. 輸入失調電流輸入失調電流I IOSOS當集成運放輸出電壓uo =0 時，流入兩輸入端的電流之差： IOS= | IB1-IB2|就是輸入失調電流, IOS反映了輸入級電流參數（如）的不對稱程度, IOS越小越好。通用型運放的IOS為納安(nA) 數量級，好的可小于1nA，差的可大到5A。 9.2.2 9.2.2 集成運放的主要性能指標集成運放的主要性能指標 3. 3. 開環差模電壓放大倍數開環差模電壓放大倍數A Aodod 開環

11、差模電壓放大倍數指運放未外接反饋電路時的空載電壓放大倍數。Aod是決定運放精度的重要因素，其值越大越好。 通用型運放的Aod一般在103107范圍。 4. 4. 差模輸入電阻差模輸入電阻r rid id 差模信號輸入時，運放開環（無反饋）輸入電阻一般在幾十千歐到幾十兆歐范圍。理想運放 rid=。 5. 5. 差模輸出電阻差模輸出電阻r ro o 差模輸出電阻是運放輸入端短路、負載開路時，運放輸出端的等效電阻，一般為20200 左右。 6. 6. 最大輸出電壓最大輸出電壓U Upppp在額定電源電壓（15V）和額定輸出電流時，運放不失真最大輸出電壓的峰峰值可達13V左右。 1. 1. 理想集成運

12、放的技術指標理想集成運放的技術指標 理想狀態下的集成運放的主要技術指標有理想狀態下的集成運放的主要技術指標有 3 3 個：個： (1) (1) 開環電壓放大倍數開環電壓放大倍數 (2) (2) 開環輸入電阻開環輸入電阻 (3) (3) 輸出電阻輸出電阻odAidr0or9.3 集成運放的應用基礎集成運放的應用基礎9.3.1 9.3.1 集成運放的理想化條件集成運放的理想化條件2. 2. 理想集成運放的電路符號理想集成運放的電路符號 uuouou_uu舊電路符號舊電路符號 新電路符號新電路符號 運放輸入和輸出電壓的關系曲線，運放輸入和輸出電壓的關系曲線，稱為稱為傳輸特性傳輸特性。o+Uo(sat

13、)-Uo(sat)實際特性實際特性理想特性理想特性u+ - u-o+Uo(sat)-Uo(sat)實際特性實際特性u+ - u-線性區線性區飽和區飽和區飽和區飽和區( (非線性區非線性區) ) 運放在不同區(線性區和非線性區)工作時的分析方法不同9.3.2 9.3.2 集成運放工作在線性區和非線性區的特點集成運放工作在線性區和非線性區的特點線性區線性區： )(uuAuodo_+1 iu2iuouuuii1 1） 運放同相輸入端與反相輸入端對地電壓相等（運放同相輸入端與反相輸入端對地電壓相等（“虛短虛短”特點特點）。）。 uuAuuuuuAuodAodoodo)(2) 2)理想運放兩個輸入端的電

14、流都等于零（理想運放兩個輸入端的電流都等于零（ “虛斷虛斷”特點特點）。）。0_iirid飽和區：飽和區：)(uuAuodoo+Uo(sat)-Uo(sat)實際特性實際特性u+ - u-線性區線性區飽和區飽和區飽和區飽和區( (非線性區非線性區) )()(,0)2) 1satoosatooUuuuUuuuiiuu在使用集成運算放大器時在使用集成運算放大器時: 1)將集成運算放大器看成理想運放將集成運算放大器看成理想運放,可以簡化分析過程可以簡化分析過程,對分析結果影響不大。對分析結果影響不大。 2)要正確判斷集成運放是工作在線性區還是非線性區。要正確判斷集成運放是工作在線性區還是非線性區。

15、為了保證集成運放工作在線性區而不進入非線性區，在隨后將要介紹的電路中，都引入了深度負反饋深度負反饋。將放大器的輸出量(電壓或電流)的部分或全部反方向送回到放大器的輸入端， 這種反方向傳輸信號的過程叫反饋。 若引入的反饋信號使輸入信號減小，這種反饋叫負反饋。1. 1. 反相輸入比例運算反相輸入比例運算 +-if1iiu1R2RfRouiffRRRRR/.,122響極電流對輸出電壓的影用于消除靜態基平衡電阻反饋電阻9.5 9.5 集成運放在信號運算方面的應用集成運放在信號運算方面的應用9.5.1 9.5.1 比例運算電路比例運算電路 分析分析001uuiiiffofiRuuiRuui,111RRu

16、ufio說明：說明：1 1、式中的負號表示輸出與輸入反相，因此又把反相輸入的、式中的負號表示輸出與輸入反相，因此又把反相輸入的比例運算電路稱為比例運算電路稱為反相器反相器；2 2、如果、如果 和和 的阻值足夠精確，而運放的開環放大倍的阻值足夠精確，而運放的開環放大倍數很高，就可以認為輸出與輸入信號的關系只取決于兩電數很高，就可以認為輸出與輸入信號的關系只取決于兩電阻的比值，而與運放本身的參數無關。因此，保證了比例阻的比值，而與運放本身的參數無關。因此，保證了比例運算的精度和穩定性（深度負反饋）。運算的精度和穩定性（深度負反饋）。 fR1R2 2、同相輸入比例運算、同相輸入比例運算 +-fR2R

17、1R1ifi2iiuoufiiiuuui12,0fff110RuuRuuiRuioioifuRRu)1 (1o9.5.2 加法運算電路加法運算電路 +-2R1R3RfRRRRR/321R fR3i2i1ifi2iu3iu1iuouifofiiifRuiRuiRuiRuiiiiiuui,0,0333222111321)()(321332211321iiifoRRRRifififouuuRRuuRRuRRuRRu9.5.3 減法運算電路減法運算電路 ffRRRR,21當兩個輸入端都有信號輸當兩個輸入端都有信號輸入時，即為差動輸入，可入時，即為差動輸入，可進行減法運算進行減法運算 +-fRfi1iu2iu2RfR 1R1iouuu112212211111111)1(ififffoifffoiiifuRRuRRRRRuu