第三章差動放大電路及集成運放電路授課教師：葉波1.直接耦合放大電路可以放大直流信號2.直接耦合放大電路的零點漂移零漂：主要原因：溫漂指標：#為什么一般的集成運算放大器都要采用直接耦合方式？溫度變化引起，也稱溫漂。溫度每升高1度時，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。電源電壓波動也是原因之一直接耦合放大電路及其特殊問題輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電壓產生例如若第一級漂了100uV，則輸出漂移1V。若第二級也漂了100uV，則輸出漂移10mV。假設第一級是關鍵3.減小零漂的措施用非線性元件進行溫度補償調制解調方式。采用差分式放大電路漂了100uV漂移10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV第三章集成運算放大電路3.1直接耦合放大電路及其特殊問題3.2典型差動式放大電路3.3差動式放大電路的輸入輸出方式3.4集成運算放大電路的概述差分電路的組成

由兩個結構完全對稱的共射電路組成，通過射極公共電阻Ree耦合構成。?1=?

2=?

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=rbe

ICBO1=ICBO2=ICBO

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb典型差動式放大電路差分電路的輸入輸出方式輸入方式Ui單端輸入雙端輸入Ui1Ui2UoUoUo輸出方式單端輸出雙端輸出差模信號和共模信號+--+差模信號一對大小相等，極性相反的信號，用Uid1、Uid2表示，Uid1=-Uid2共模信號+--+一對大小相等，極性相同的信號，用Uic1、Uic2表示，Uic1=Uic21.靜態分析2IeQ由于電路結構對稱，管子特性一致。IBQ1=IBQ2=

IBQICQ1=ICQ2=ICQUC1=UC2=UCUo+-+-Uid1=-Uid2即相當于輸入一對差模信號Ie1Ie2Ib1=-Ib2Ie1=-Ie2Uc1=-Uc2流過Ree上的交流總電流：Ie=Ie1+Ie2=0Ree上交流壓降為0。因此，畫交流通路時，Ree可視為短路，即兩管的發射極直接接地。由Uc1=-Uc2可知RL兩端電位一端為正，一端為負，RL的中點應是地電位，即每管對地的負載電阻為RL/2.2.對差模信號的放大作用分析RbRcUid1Uo2.對差模信號的放大作用分析T1RbRcUid2T2R'L=Rc//(RL/2)rid=2(Rb+rbe)Uidrod≈2Rc與單管增益相同雙端輸入—雙端輸出rid=2(Rb+rbe)rod≈2Rc雙端輸入—單端輸出是單管增益的一半rid=2(Rb+rbe)rod≈Rc2.對差模信號的放大作用分析C1為反向輸出端,C2為同向輸出端工作原理3.對共模信號的抑制作用分析Iec1Iec2Uic1=Uic2=UicIbc1=Ibc2Iec1=Iec2流過Ree上的電流：Iec=Iec1+Iec2=2Iec1Ree上的電壓：URee=Iec12Ree畫交流通路時，單管射極電阻應為2Ree。RcT12ReeIec1Uoc1Uic1RbUocRcUic1T1Rb2ReeIec1Uoc1RcUic2T2Rb2ReeIec2Uoc2差放的特點：輸入無差別，輸出就不動；輸入有差別，輸出就變動。3對共模信號的抑制作用分析共模抑制比CMRR—衡量差放的一個重要指標。或雙端輸出4.抑制零點漂移

當溫度變化或電源電壓波動時，都將使集電極電流產生變化，且變化趨勢是相同的，其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。差分放大電路對共模信號有很強的抑制作用，這就意味著差放對由溫度變化或電源電壓波動所引起的輸出漂移有很強的抑制作用。這就是研究共模輸入信號的意義。Iec1Iec25.幾種方式指標比較輸出方式雙出單出雙出單出5.2集成運算放大器集成電路的類型：以集成度即管子和元件數量可分為一百以下的小規模集成電路；一百至一千個之間的中規模集成電路；一千至十萬個之間的大規模集成電路；十萬以上的超大規模集成電路。按所用器件又可分為雙極型器件組成的雙極型集成電路；單極型器件組成的單極型集成電路；雙極型器件和單極型器件兼容組成的集成器件。此外，還有線性集成電路和數字集成電路等。

集成電路：把晶體管、電阻、電容以及連接導線等集中制造在一小塊半導體基片上而形成具有電路功能的器件。集成電路的優點：體積小、重量輕、安裝方便、功耗小、工作可靠等。集成運算放大器（簡稱集成運放）：直接耦合的高放大倍數的線性集成電路。

1.集成電路的外形：國產集成運放的封裝外形主要采用圓殼式和雙列直插式。5.2.1集成運算放大器的外形和符號

2.集成運放的型號國家標準（GB3430-82）規定，由字母和阿拉伯數字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示國家標準，F表示運算放大器，阿拉伯數字表示品種。國產第二代集成運放CF741接線如圖所示。雙列直插式集成運放的管腳順序是，管腳向下，標志于左，序號自下而上逆時針方向排列。管腳功能如下：3.集成運放的管腳順序及功能CF741外接線圖接正電源(+9~+18)V接負電源（-9~-18）V為同相輸入端（輸出信號與輸入信號同相位）為反相輸入端（輸出信號與輸入信號反相位）為空腳為輸出端腳1、4、5外接調零電位器國產第一代集成運放F004接線如圖所示。圓殼式集成運放的管腳順序是，管腳向上，序號自標志起從小到大按順時針方向排列。管腳功能如下：

不同類型運放的管腳排列和管腳功能是不同的，應用時可查閱產品手冊來確定。

腳7接正電源（+15）V，腳4接負電源（-15）V，腳6為輸出端，腳1、4、8接調零電位器，腳3為同相輸入端，腳2為反相輸入端，腳5、6之間的300k電阻及RP、CP的作用是消除自激，可通過調試決定數值。圖（a）是國家新標準（GB4728?13—85）規定的符號；圖（b）是曾用過的符號。畫電路時，通常只畫出輸入和輸出端，輸入端標“+”號表示同相輸入端，標“-”號表示反相輸入端。4.集成運放的圖形符號閉環放大倍數：有反饋時集成運放的放大倍數稱為閉環放大倍數。其數值根據具體電路的反饋情況來計算。5.2.2集成運算放大器的放大倍數和參數一、兩種放大倍數1.

開環放大倍數AVO開環放大倍數AVO：無反饋時集成運放的放大倍數。（5.2.1）2.

閉環放大倍數AVF輸入電壓為零時，兩個輸入端靜態基極電流的平均值。一般為微安數量級，IIB越小越好。二、主要參數1.輸入失調電壓VIO輸入電壓為零時，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補償電壓。一般為毫伏級。它表征電路輸入部分不對稱的程度，VIO越小，運放性能越好。2.輸入失調電流IIO輸入電壓為零時，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補償電流。其值為兩個輸入端靜態基極電流之差。3.輸入偏置電流IIB電路開環情況下，輸出電壓與輸出電流之比。ro越小，運放性能越好。一般在幾百歐左右。4.開環電壓放大倍數AVO電路開環情況下，輸出電壓與輸入差模電壓之比。AVO越大，集成運放運算精度越高。一般中增益運放的AVO可達105倍。5.開環輸入阻抗ri指電路開環情況下，差模輸入電壓與輸入電流之比。ri越大，運放性能越好。一般在幾百千歐至幾兆歐。6.開環輸出阻抗ro開環電壓放大倍數隨信號頻率升高而下降3dB所對應的頻寬。以上參數可根據集成運放的型號，從產品說明書等有關資料中查閱。7.共模抑制比KCMR電路開環情況下，差模放大倍數AVD與共模放大倍數AVC之比。KCMR越大，運放性能越好。一般在80dB以上。8.輸出電壓峰-峰值VOPP放大器在空載情況下，最大不失真電壓的峰-峰值。9.靜態功耗PD電路輸入端短路、輸出端開路時所消耗的功率。10.開環頻寬BW通用型集成運放的特點是：最大差模輸入電壓和最大共模輸入電壓大；輸出有短路保護功能；電源電壓適用范圍寬；不需外接補償電容。如性能較好的CF741等。三、集成運放產品分類簡介1.通用型2.特殊型特殊型集成運放的特點是突出某項性能指標。如：（1）高輸入阻抗型差模輸入電阻不小于109Ω。（2）高精度型ΔVIO∕ΔΤ小于2μV∕οС。（3）寬帶型增益帶寬大。（4）低功耗型當電源電壓時，最大功耗不大于6mW。（5）高速型轉換速率大于30Vμs。（6）高壓型輸出電壓較高。在實際應用和分析集成運放電路時，可將實際運放視為理想運放，以簡化分析。5.2.3集成運算放大器的理想特性集成運放的理想特性為：1.輸入信號為零時，輸出端應恒定為零；2.輸入阻抗ri=∞；3.輸出阻抗ro=0；4.頻帶寬度BW應從0→∞；5.開環電壓放大倍數ΑVO=∞。

（集成運放的理想特性）

3.LM324組成的電平指示電路（1）LM324簡介LM324是含有四個運放的集成組件。簡稱四運放集成電路。GND為接地端，VCC為電源正極端（6V），每個運放的反相輸入端、同相輸入端、輸出端均有編號。例如，等等。端及輸出端。依此類推，、、是表示2號運放器的，、、分別表示1號運放的反相輸入端、同相輸入四個運放的同相輸入端連接于由V（2AP9）、R10、C2組成的整流電路輸出端，作為信號的輸入端。輸出端分別通過限流電阻R6、R7、R8、R9接有發光二極管V1、V4、V3、V2。反相輸入端分別經電阻分壓網絡RP1、R2、R3、R4、R5分壓后加上量值不等的正電壓。（2）LM324組成的電平指示器5.2.5集成運放使用常識方法：加阻容補償網絡。具體參數和接法可查閱使用說明書。目前，由于大部分集成運放內部電路的改進，已不需要外加補償網絡。一、零點調整方法：將輸入端短路接地，調整調零電位器，使輸出電壓為零。二、消除自激振蕩利用二極管的單向導電特性防止由于電源極性接反而造