大学物理课件：集成运算放大电路

4.1直接耦合放大器在自动控制和自动测量等装置中，首先将一些参数（如温度、转速等）用传感器（热电偶、测速装置、光电元件等）转变为电信号，而这些电信号是很微弱的，一般只有毫伏级，且变化极为缓慢或极性往往固定不变（直流信号），必须加以放大才能输出至控制机构，对于这些信号必须通过直接耦合放大器放大。4.1直接耦合放大器1．频率响应好，可以放大变化缓慢的交流信号，也可以放大直流信号。4.1.1直接耦合放大器的特点2．前后级静态工作点相互影响，前后级直流电平必须正确配合才能保证三极管工作在放大区。4.1直接耦合放大器解决前后级直流电平配合的方法:4.1直接耦合放大器解决前后级直流电平配合的方法:4.1.2零点漂移4.1直接耦合放大器在直流放大器中，将放大器的输入端短路（无输入信号），放大器的输出电压也会偏离原来的起始值而发生忽大忽小、忽快忽慢的电压波动，这种现象称零点漂移。而且放大器级数愈多，放大倍数愈大，零点漂移现象也愈严重。衡量一个放大器零点漂移的大小，只看其输出端漂移电压的大小是不全面的，还必须考虑放大器的放大倍数。因此零漂一般都是将放大器的输出漂移电压折合到输入端来衡量的。即：4.1.2零点漂移uodidAUU4.1直接耦合放大器4.1.2零点漂移产生零点漂移的原因很多，例如电源电压的波动，三极管参数随温度变化等。实践证明，三极管参数随温度变化是造成零点漂移的主要因素。4.1直接耦合放大器由于硅管的反向饱和电流比锗管小得多，热稳定性能较好，因此在直流放大器中多采用硅管。在多级直流放大器中，第一级的零点漂移对整个放大器的零点漂移影响最大，故减小前级放大器的零点漂移是至关重要的，而克服零点漂移最有效的电路为差动放大电路。4.2差动放大电路4.2.1基本差动放大电路由于电路对称，当输入信号为0时，两管电流相等，两管的集电极电位也相等，所以输出电压为0。当温度变化时引起三极管参数变化，使每个三极管集电极电位同时发生漂移，两集电极电压的变化是相互抵消的。1．差模输入差模输入是指两输入信号大小相等而极性相反4.2差动放大电路4.2.1基本差动放大电路4.2差动放大电路4.2.1基本差动放大电路iiiuoAuAuuAu211111iiiuoAuAuuAu212222iiioooAuAuAuuuu)21(21212．共模输入共模输入是指两个输入信号大小相等且极性也相同4.2差动放大电路4.2.1基本差动放大电路4.2差动放大电路4.2.1基本差动放大电路在电路完全对称的情况下，差动放大电路双端输出时共模电压放大倍数等于零，即差动放大电路对共模信号无放大作用。为了衡量差动放大电路抑制零漂的效果，我们引入共模抑制比这一定量指标。cdAACMRR2．共模输入4.2差动放大电路4.2.1基本差动放大电路3．任意输入信号11ioAuu22ioAuu；)(2121iiooouuAuuu4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路4.2差动放大电路1．静态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路2EEBEEEUUIRCBBIII21EECCEECCCECECERIRIUUUUU2214.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路求静态工作点。解：mARUUIIEBEEEEC5.03.1427.0152AIICB331505.0VRIRIUUUEECCEECCCE7.103.145.02105.015152〖例4-1〗如图所示，已知：，VUUEECC15。＝，，，1503.14104kRkRkRECB2．动态分析（1）共模输入信号4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路由于电路对称，因此长尾式差动放大电路双端输出时，其共模输出电压等于零。ER2若长尾式差动放大电路单端输出，相当每管发射极接ER24.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路])1(2[2)(EBbebEeBbebicRRrIRIRrIUcbccocRIRIUEBbeCucucucRRrRAAA)1(2212．动态分析2．动态分析（2）差模输入信号4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路输入差模信号时，因两管输入信号大小相等而极性相反，当一管的发射极电流增大时，另一管的发射极电流就减小，且增大的量与减小的量是相同的，因此在共模电阻上电流的变化量为零，即发射极电阻对差模输入信号相当于短接，故双端输出的差模放大倍数仍为单管放大倍数。若双端输出时接负载电阻，因电路对称，且一只管子电位下降而另一只管子的电位升高，故负载电阻中点即处的电位不变，可以认为该点对地交流短路，相当于每边接负载电阻：2．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路（2）差模输入信号2LR2．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路（2）差模输入信号2．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路（2）差模输入信号idiidididoooduAuuAuAuAuuu1211221121)('LdBbeRARr2//LCLRRR双端输出：2．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路（2）差模输入信号单端输出：反相输出011()2dcdiBbeuRAuRr同相输出021()2dcdiBbeuRAuRr2．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路（2）差模输入信号CodRr单端差模输出电阻为：CodRr2双端差模输出电阻为：)(2beBidrRr差模输入电阻为：2．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路（3）一般输入信号情况1212iiiduuu1222iiiduuu221iiicuuu21idiciuuu22idiciuuu2．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路〖例4-2〗如图所示，已知：VUUEECC12KRB20,,50KRREC10,,,300bbrVUBE6.0。求:;⑴双端输出时差模空载电压放大倍数;⑵双端输出带负载时差模电压放大倍数）（KRL10，、mVumVuii61021⑶若双端输出时输出电压是多少？⑷差模输入电阻及双端输出电阻。2．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路解：⑴120.60.572210EEBEEEUUImARKIrEbe63.257.0265130026)1(300501022202.63CdBbeRARr2．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路解：⑵'//10//53.332LLCRRRk'503.337.36202.63LdBbeRARr⑶mVui)28(1mVui)28(2mVuid4mVAuudidod882．动态分析4.2差动放大电路4.2.2长尾式差动放大电路⑷KrRrbeBid26.45)63.220(2)(2KRrCod2024.2差动放大电路4.2.3恒流源式差动放大电路共模负反馈电阻愈大，对零点漂移的抑制能力愈强。4.2差动放大电路恒流源差放电路静态工作点的估算：4.2.3恒流源式差动放大电路2312BEERUURR33333BBECEUUIIR2321CQCQCIIICQQBQBIII21CCQEECCQCEQCERIUUUU214.2差动放大电路4.2.4差动放大电路传输特性11beTuUESiIe22beTuUESiIe1212bebeTuuUEEiei2121bebeTuuUEEiei4.2差动放大电路4.2.4差动放大电路传输特性)1()1()1(12112112121TbebeUuuCEECEEEEEEEeiiiiiiiiii)1()1()1(21221221221TbebeUuuCEECEEEEEEEeiiiiiiiiii11idTEECuUIie21idTEECuUIie4.2差动放大电路4.2.4差动放大电路传输特性4.3集成运算放大器集成电路就是利用半导体制造工艺把整个电路的各个元件以及相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体，实现了材料、元件和电路的三结合。集成电路与分立元件电路相比，具有体积小、重量轻、功耗小、成本低等特点，且由于焊点的减少，使集成电路的可靠性大大高于分立元件电路。1．集成运算放大电路的基本组成4.3.1集成电路的特点输入级：为抑制零漂并提高输入电阻，输入级采用差放电路。4.3集成运算放大器中间级：其主要作用是提供很高的电压放大倍数。输出级：要求其输出电阻低及有足够大的带负载能力。偏置电路：为各级放大电路提供合适的偏置电流。2．集成运算放大器的外形及表示符号4.3集成运算放大器4.3.1集成电路的特点3．集成运算放大器的性能指标（1）输入特性参数4.3集成运算放大器4.3.1集成电路的特点①输入失调电压：使输出为零，须在输入端加的补偿电压。②输入失调电压温度系数：输入失调电压对温度的变化率。③输入偏置电流：输出为零时，两输入端静态电流平均值。BI④输入偏置电流温度系数：输入偏置电流与温度的变化比。⑤输入失调电流：补偿后输出为零时，两管基极电流之差。⑥输入失调电流温度系数：输入失调电流与温度的变化比。（2）输出特性参数4.3集成运算放大器4.3.1集成电路的特点3．集成运算放大器的性能指标①最大输出电压幅度；②最大输出电流幅度；③输出短路电流；④输出电阻。（3）传输特性参数4.3集成运算放大器4.3.1集成电路的特点3．集成运算放大器的性能指标①开环差模电压放大倍数；②带宽，增益带宽积；③单位增益带宽；④全功率带宽；⑤转换速率。（4）电源特性参数4.3集成运算放大器4.3.1集成电路的特点3．集成运算放大器的性能指标①额定电源电压；②电源电压抑制比；③静态功耗。（5）极限特性参数①极限电源电压；②最大差模输入电压；③最大共模输入电压；④允许总功耗；⑤工作温度范围；⑥贮存温度范围。4．集成运算放大器的传输特性4.3集成运算放大器4.3.1集成电路的特点4.3.2通用型集成运算放大器简介集成运放分为通用型和专用型。通用型集成运的特点是开环放大倍数高、参数比较均衡，适应范围广，适用于对电路性能无特殊要求的场合。专用型集成运算放大电路是一种在某个性能上具有特殊要求的运算放大电路，它的某个性能指标往往比通用型集成运算放大电路的对应指标高出很多，以适应特殊要求，而它的其他性能指标也可能不如通用型集成运算放大电路。专用型集成运算放大电路种类也很多，从性能上可分为高阻型、高速型、高精度型、宽带型低功耗型、高电压以及大功率型等。4.3集成运算放大器F007集成运放工作原理