电子技术基础(张龙兴版)全套课件-(3)

5.1直流放大器5.2差分放大电路5.3集成运算放大器本章小结第五章集成运算放大器直流放大器：用来放大缓慢变化的信号或某个直流量的变化的放大电路。5.1直流放大器直流放大器比阻容耦合放大器在低频端有更好的幅频特性。直流放大器也可放大交流信号。直流放大器的幅频特性如图（a）所示。阻容耦合放大器的幅频特性如图（b）所示。（a）（b）两级直接耦合放大器工作点相互影响示意图如图所示。5.1.1前后级静态工作点的相互影响（1）C1、B2断开。计算放大器的静态工作点。V1管处于放大状态。μA40k300V12b1CCBQ1RVImA2μA4050BQ1CQ1βIIV6V3)2(12cCQ1CCCEQ1RIVV5.1直流放大器（2）C1、B2连接。VBE2=0.7V，迫使VCE1=VBE2=0.7V，V1管处于饱和状态，失去放大功能，V2而处于深饱和状态。5.1直流放大器图（a）中在射极上加了电阻Re2，可抬高V2管的射极电位，因VCE1=VBE2+VE2，这样，前级的VCE1提高了。后级的VBE2也有了合适的值，信号就可以放大并耦合到后级，不过，由于引入了电流负反馈，使放大器增益下降。改善电路如图所示。图（b）采用硅稳压管代替电阻，其电流负反馈作用减小。5.1直流放大器图（c）采用NPN管和NPN管组成互补耦合电路，也能改善前后级工作点互相牵制。5.1直流放大器结论：1．什么是零点漂移2．零点漂移的表示方法输入零漂：把输出端零点漂移电压除以放大器放大倍数，得到的数就是等效到输入端的零点漂移电压，简称输入零漂。（1）第一级零漂所产生的作用最显著，因为它受到后面各级放大器放大。要减小零漂必须着重解决第一级。（2）放大器的总的放大倍数越高，输出电压的漂移越严重。输入零漂确定了直流放大电路正常工作时，所能放大的有用信号的最小值。5.1.2零点漂移现象5.1直流放大器3．抑制零漂的措施（2）采用单级或级间负反馈来稳定工作点，以减小零点漂移。（4）采用差分放大电路抑制零漂。（3）采用直流稳压电源，减小由于电源电压波动所引起的零点漂移。（1）选用稳定性能好的硅三极管作放大管。5.1直流放大器作业：1、什么叫直流放大器？2、什么叫零点漂移？零点漂移现象的两个结论是什么？3、抑制零点漂移的措施有哪些？（1）对共模信号的抑制作用原理：温度变化时，两集电极电流增量相等，即IC1=IC2使极电集电压变化量相等。因此，该电路能有效抑制零漂。输出电压变化量：0C2C1OVVV0C2C1OVVV5.2差分放大电路电路有效地抑制零点漂移。若电源电压升高时，仍有特点：左右电路完全对称。差分放大电路如图所示。共模信号：大小相等，极性相同的输入信号称为共模信号。差模信号：大小相等，极性相反的信号称为差模信号。（2）对差模信号的放大作用差模输入：输入差模信号的输入方式称为差模输入。共模输入：输入共模信号的输入方式称为共模输入。5.2差分放大电路放大器为差模输入I2I1I21vvvIvC21C21vAvv放大器双端输出电压IvIvIvC2C1o)21(21vAvAvAvvv差分放大电路的电压放大倍数为becIIIOvdrRAvvAvvAVv可见它的放大倍数与单级放大电路相同。5.2差分放大电路（3）共模抑制比共模抑制比：差模放大倍数与共模放大倍数的比值称为共模抑制比。，KCMR越大，抑制零漂的能力越强第一，要做到电路完全对称是十分困难的。cdCMRvvAAK第二，若需要单端输出，输出端的零点漂移仍能存在，因而该电路抑制零漂的优点就荡然无存了。5.2差分放大电路左图不能作为实际电路的原因：改进电路如图（b）所示。在两管发射极接入稳流电阻Re。使其即有高的差模放大倍数，又保持了对共模信号或零漂强抑制能力的优点。在实际电路中，一般都采用正负两个电源供电，如图所示（c）所示。5.2差分放大电路作业：1、什么叫共模输入？什么叫差模输入？2、在实用型差分放大电路中，两个单管放大器放大倍数相等，Av1=Av2=-50，试求：（1）该差分放大器的差模放大倍数AVD？（2）若已知差分放大器的共模抑制比KCMR=1000，求AVC？5.3.1集成运算放大器的基础知识1．集成运放的组成和电路符号集成运放电路主要由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分组成，如图所示。5.3集成运算放大器②反相输入端：输入信号在该端输入时，输出信号与输入信号相位相反。（2）中间级：由高增益的电压放大电路组成。（3）输出级：由三极管射极输出器互补电路组成。（4）偏置电路：为集成运放各级电路提供合适而稳定的静态工作点。集成运放电路符号如图所示。①同相输入端：输入信号在该端输入时，输出信号与输入信号相位相同。（1）输入级：由差分放大电路组成，有两个输入端。5.3集成运算放大器新标准旧标准（1）开环差模电压放大倍数AVO2．集成运放的主要参数无反馈时集成运放的放大倍数。（2）输入失调电压VIO当输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电压，反映了运放的失调程度。VIO越小，输入级对称性越好。（3）输入失调电流IIO输入信号为零时，运放两输入端的基极静态电流不相等，其差值称为输入失调电流IIO。数值越小，表明输入级管子的对称性越好。5.3集成运算放大器（4）共模抑制比KCMR开环情况下，差模放大倍数AVD与共模放大倍数AVC之比，KCMR越大，运放对零漂的抑制能力越强。（5）输出电压峰峰值VOPP放大器在空载情况下，输出的最大不失真电压的峰峰值。5.3集成运算放大器3．理想集成运放理想运放的条件：（1）开环电压放大倍数DVA（2）输入电阻=；ir（3）输出电阻0or（4）共模抑制比=；CMRK结论：①理想运放的两输入端电位差趋于零。②理想运放的输入电流趋于零。5.3集成运算放大器=；1．反相比例运算放大器（1）电路结构反相比例运算放大器电路及其等效电路如图所示。Rf引入电压负反馈。5.3.2集成运算放大器构成的基本运算电路5.3集成运算放大器虚短：N、P两点电位相同，相当于短路，但内部并未短路，称为“虚假短路”。虚地：N端称“虚地”。并非真正“接地”。是反相输入运放的一个重要特点。5.3集成运算放大器（2）闭环放大倍数FVA1fIOFRRvvAV只取决于外接反馈电阻（3）结论：反相输入比例运算电路的闭环放大倍数FVAfR1R之比，与集成运放本身参数无关；输出电压与输入电压成比例关系，相与输入端电阻5.3集成运算放大器位相反。作业：1、画出集成运算放大器的组成部分以及新标准图形符号？2、一个理想集成运放，须具备哪些条件？3、根据理想运放条件能推导出那些结论？4、画出输入电压VI与输出电压Vo符合下列关系的运放电路图：Vo=-5VI，Rf=200KΩ引入电压串联负反馈。fR2．同相比例运算放大器（1）电路结构相比例运算放大器电路如图所示。5.3集成运算放大器（3）结论：同相输入比例运算电路的放大倍数与无关，只取决于VA与fR的比值；输出电压与输入电压同相且成比例关系。1R（2）闭环放大倍数AVF5.3集成运算放大器1f1f1IOF1)(RRRRRvvAV作业：1、画出同相比例运算放大器的电路图？2、画出输出电压Vo与输入电压VI符合下列关系的运放电路图：Vo=3VIRf=120KΩ1．运算电路5.3.3集成运算放大构成的应用电路（1）加法运算电路（加法器）①电路组成5.3集成运算放大器②加法运算关系在虚地点N，因整理可得0Ii所以有nnRvRvRvRvRvI33I22I1I1fO若取RRRRRn321，则)(II3I2I1fOnvvvvRRv若取fR=R，则)(II3I2I1Onvvvvv③结论：电路的输出电压等于各输入电压之和，完成了加法运算。5.3集成运算放大器niiiii321F减法运算电路是一个既有反相输入信号又有同相输入信号的双端输入的运算放大器电路。（2）减法运算电路（减法器）①电路组成5.3集成运算放大器因为0Ii，则F1ii，22'ii于是有fON1NI1RvvRvv'RvRvv2P2PI2和上式中f11OfI1NRRRvRvv和因PNvv，故2I222f11OfI1vRRRRRRvRv''为使电路平衡，选择21RR'RR2f，得②减法运算关系)(I1I21fOvvRRv5.3集成运算放大器I2'22'2PvRRRv③结论：输出电压正比于两个输入电压之差，该电路完成了减法运算。该电路又可以看成差分运放电路。可由图（b）和（c）输出电压可看成是两个输入电压分别作用于差分式减法运算器又叠加而成。故电路又称为减法器。如果fR=1R，则I2I1Ovvv5.3集成运算放大器[例5-1]试写出图示电路的运算关系，已知第二运放为差分输入减法器，运用叠加原理。解第一运放为同相比例运放。所以2f1f21RRRRI1I11f1o12)1(vvRRv'''vvvOOOI1O12f2O2vvRRv'I2I22f2O2)1(vvRRv'')(222I1I2I1I2Ovvvvv5.3集成运算放大器作业：1、画出加法器以及减法器的电路图？2、电路如下图，试求：（1）前级由A1等构成的电路称为什么电路？当R1=R2时写出Vo1与VI1之间的关系式？（2）当R1=R2时，写出Vo与VI1、VI2之间的关系式，且R3=R4=R5时，若VI1=1V，VI2=0.2V，求Vo?∞∞R5R2R3R1R6R7R4VI1VI2V0V01A1A2[例5-2]集成运算能作为反相器或电压跟随器使用吗？集成运放能作为反相器使用，如图（a）所示。集成运放也可作为电压跟随器，如图（b）所示。5.3集成运算放大器2．信号转换电路①电路组成为输入端电阻；1R为负载电阻；LR为平衡电阻。2R②信号转换原理输入电路中，1I1LRvii，负载电流与输入电压成正比。保持输入电压Iv恒定，则输出电流Li也就稳定不变。5.3集成运算放大器（1）电压/电流转换器同相输入式电压/电流转换器电路如图所示。由有电路如图所示。输出电压与输入电流成正比，如果输入电流恒定，只要阻值稳定，则输出电压也是恒定的。（2）电流/电压转换器5.3集成运算放大器1Fiif1fFoRiRiv1C、2C为隔直电容，其容量足够大，近似交流短路。（3）交流耦合放大器反相交流耦合放大器如图（a）所示。同相交流耦合放大器如图（b）所示。5.3集成运算放大器5.3集成运算放大器高输入电阻交流放大器如图所示。用途：由集成运放构成的交流耦合放大器，在音频范围内有着广泛的用途。具有组装简单，调整方便等优点。特点：这种放大器的直流工作点非常稳定，放大器的增益取决于元件的参数，反相交流放大器的放大倍数为；同相交流放大器的放大倍数为。RRAVfFRRAVfF1（4）集成运放正弦波振荡器用集成运放可组成性能优良的正弦波振荡器。图示为RC文氏电桥振荡器。5.3集成运算放大器5.3集成运算放大器由于功放电路后级通常工作在大电流、高电压状态，因此在输出功率管的芯片内，由于过热而易遭损坏，目前常采用将功率管从芯片内搬走，而采用驱动电路的办法，使电路故障率明显下降。图示为典型的功率驱动电路。（5）集成运放功率驱动电路（1）电源极性接反的保护1．集成运放的保护措施5.3.4集成运算放大器使用常识5.3集成运算放大器保护原理：利用二极管的单向导电性，当电源极性正确时，它正常导通；一旦电源极性接反，二极管反偏截止，电源不通，保护了运放。如图所示。主要用于高电源电压的场合。无论是输入信号的极性是正是负只要超过二极管导通电压，则VD1或VD2中就会有一个导通，导通压降为0.7V从而限制了输入信号的幅度，起到了保护作用。5.3集成运算放大器（2）输入保护保护电路如图所示。（3）输出保护若输入端出