電子技術(shù)第13放

海南風(fēng)光第13章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用第1講13.1差分放大電路13.2集成運(yùn)算放大器清華大學(xué)電機(jī)系電工學(xué)教研室唐慶玉編13集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用13.1差分放大電路

13.1.1直接耦合放大電路

13.1.2差分放大電路

13.1.3差分放大電路的四種接法

13.1.4改進(jìn)型差分放大電路13.2集成運(yùn)算放大器

13.2.1集成運(yùn)放的組成

13.2.2集成運(yùn)放的電壓傳輸特性

13.2.3集成運(yùn)放的主要參數(shù)

13.2.4理想運(yùn)算放大器13.3信號(hào)運(yùn)算電路

13.3.1反相比例運(yùn)算

13.3.2同相比例運(yùn)算及電壓跟隨器

13.3.3反相加法運(yùn)算

13.3.4同相加法運(yùn)算

13.3.5減法運(yùn)算

13.3.6積分運(yùn)算

13.3.7微分運(yùn)算13.3.8儀用放大器

13.3.9信號(hào)運(yùn)算電路的級(jí)聯(lián)13.4有源濾波器

13.4.1一階有源濾波器

13.4.2二階有源濾波器13.5電壓比較器

13.5.1限幅器

13.5.2單限電壓比較器

13.5.3遲滯比較器

13.5.4窗口比較器13.6波形發(fā)生電路

13.6.1方波發(fā)生器

13.6.2三角波和鋸齒波發(fā)生器

13.6.3文氏橋正弦波振蕩器

13.6.4LC正弦波振蕩器13.7電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路不講R1+VCCRCC1C2TRLuo+ui13.1.1直接耦合放大電路

因?yàn)殡娙莸母糁弊饔靡约暗皖l時(shí)容抗加大，所以阻容耦合只適用于放大頻率較高的交流信號(hào)。對(duì)于直流信號(hào)和低頻信號(hào)，阻容耦合已不適用，必須采用直接耦合方式。

能夠放大直流信號(hào)（包括直流慢變信號(hào)和低頻信號(hào)）的放大器稱為直流放大器。13.1差分放大電路建立靜態(tài)工作點(diǎn)R2此電路的問題：當(dāng)輸入為0時(shí)，輸出不為0。1.前后級(jí)Q點(diǎn)互相影響。問題:2.溫度漂移:前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，被一級(jí)級(jí)放大，導(dǎo)致后級(jí)飽和或截止。直接耦合放大器的級(jí)聯(lián)uiRC1R1T1R2++VCC所以此電路不能用！uoRC2T2+

直接耦合的放大器必須增加本級(jí)直流負(fù)反饋和級(jí)間直流負(fù)反饋，以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，致使電路復(fù)雜。+VCC+–C1RC1RC2R2C2uoui+–T1T2RF2RLRE1CER1RE2RF1例如上學(xué)期講過的如下電路：13.1.2差分放大電路1.簡單差分放大電路對(duì)稱性結(jié)構(gòu)ui1+ui2+VC1VC2uo+RCR1T1RB+VCCRCR1T2RB2.優(yōu)點(diǎn)：抑制溫漂當(dāng)ui1

=ui2

=0

時(shí)，當(dāng)溫度變化時(shí)，所以該電路具有抑制溫漂的能力。ui1、ui2

既代表直流信號(hào)，又代表交流信號(hào)。由于對(duì)稱性3.共模電壓放大倍數(shù)Ac

當(dāng)ui1=ui2（大小相等，極性相同），稱為共模輸入信號(hào)

設(shè)ui1，ui2，使VC1，VC2。因ui1=ui2，VC1=VC2uo=0

(理想情況下)。（Ac很小，<1，而且越小越好)ui1+ui2+VC1VC2uo+RCR1T1RB+VCCRCR1T2RB但因兩側(cè)不完全對(duì)稱，uo0共模電壓放大倍數(shù)定義：（uoc代表共模輸入時(shí)的輸出）4.差模電壓放大倍數(shù)Adui1+ui2+VC1VC2uo+RCR1T1RB+VCCRCR1T2RB差模電壓放大倍數(shù)定義：

當(dāng)

時(shí)（大小相等，極性相反），稱為差模輸入信號(hào)

5.共模抑制比(CMRR)的定義CMRR—CommonModeRejectionRatio例ui1+ui2+VC1VC2uo+RCR1T1RB+VCCRCR1T2RB特點(diǎn)：（1）加入射極電阻RE典型差分放大電路：雙電源長尾式差放（1）結(jié)構(gòu)VEERE(+15V)(15V)(3)電路可簡化（2）加入對(duì)稱負(fù)電源-VEE

，采用正負(fù)雙電源供電(RB也可以取消）(2)雙電源長尾式差放中雙電源的作用雙電源的作用：（1）使信號(hào)變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負(fù)電源-VEE提供。IB1IB2ui1+ui2+uo+RCT1+VCCRCT2VEERERBRB(3)雙電源長尾式差放中射極電阻RE的作用（a）RE起直流負(fù)反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)T°CIC1

IC2

IE

=IE1+IE2VE

=IERE+（-VEE）UBE1

、UBE2

IB1、IB2

IC1

IC2

（b）RE對(duì)共模信號(hào)有抑制作用（原理同，即由于RE的負(fù)反饋?zhàn)饔?，使IE基本不變）ui1+ui2+uo+RCT1+VCCRCT2VEERERBRBIE1IEIE2IC2IC1EIE(3)雙電源長尾式差放中射極電阻RE的作用（續(xù)）（c）RE對(duì)差模信號(hào)相當(dāng)于開路ui1=-ui2，設(shè)ui1,ui2ib1,ib2ie1,ie2ie1=-ie2IE不變

ui1+ui2+uo+RCT1+VCCRCT2VEERERBRBE點(diǎn)的電位不變

。所以，對(duì)于差模信號(hào)，E點(diǎn)相當(dāng)于接地。從而，得到對(duì)于差模信號(hào)的等效電路。RE對(duì)直流和共模信號(hào)有抑制作用，IE保持不變；對(duì)于差模信號(hào)，IE也保持不變，即具有恒流特性。E差模放大倍數(shù)的推導(dǎo)ui1+ui2+uo+RCT1RCT2RBRB對(duì)于差模放大信號(hào)的等效電路小信號(hào)等效電路rbe2RCRCRBRBrbe1當(dāng)RB=0時(shí)，相當(dāng)于一邊的放大倍數(shù)帶負(fù)載時(shí)的電壓放大倍數(shù)ui1+ui2+uo+RCT1RCT2RBRBRL

對(duì)于差模輸入信號(hào)，兩集電極電位變化極性相反，大小相等。所以負(fù)載電阻RL的中點(diǎn)電位不變，相當(dāng)于接地。當(dāng)ui1

、ui2為任意輸入時(shí)的輸出電壓ui1+ui2+uo+T1+VCCT2VEERERCRBRBRC共模分量:分解差模分量:結(jié)論:當(dāng)兩輸入端為任意輸入時(shí),相當(dāng)于共模輸入和差模輸入共存。只考慮共模輸入時(shí)的輸出:只考慮差模輸入時(shí)的輸出:

應(yīng)用疊加原理，總輸出:

當(dāng)Ac很小時(shí)，結(jié)論:輸出電壓與兩個(gè)輸入信號(hào)的差值成正比。13.1.3差分放大電路的四種接法ui1+ui2+uo+T1+VCCT2VEERERCRBRBRCRL雙端輸入

雙端輸出ui1+ui2+uo+T1+VCCT2VEERERCRBRBRCRL雙端輸入

單端輸出ui1+uo+T1+VCCT2VEERERCRBRBRCRL單端輸入

單端輸出ui1+uo+T1+VCCT2VEERERCRBRBRCRL單端輸入

雙端輸出同相輸入端，反相輸入端ui1+ui2+uo+T1+VCCT2VEERERCRBRBRC（反相放大器）當(dāng)ui2=0時(shí),所以左輸入端稱為反相輸入端反相輸入端同相輸入端當(dāng)ui1=0時(shí),所以右輸入端稱為同相輸入端13.1.4改進(jìn)型差分放大電路1.射極為恒流源的差分放大電路IC3具有恒流特性u(píng)i1+ui2+uo+T1+VCCT2VEER3RCRBRBRCT3IC3R1R2恒流源電路認(rèn)為VB3溫度穩(wěn)定。也認(rèn)為IC3溫度穩(wěn)定。IC3保持恒流，對(duì)溫漂和共模信號(hào)抑制，對(duì)差模信號(hào)沒有影響。恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。電路改進(jìn)：加溫度補(bǔ)償三極管T4(BE連接，相當(dāng)于二極管）ui1+ui2+uo+T1+VCCT2VEER3RCRBRBRCT3IC3R1R2T4IE4IE4(VCC+VEE-UBE4)/(R1+R2)基本恒定T°CUBE4

iBuBET°CIE4恒定UBE4減小

UBE4

VB3

IC3

設(shè)T°CIC3

結(jié)論:T4穩(wěn)定IC3其他形式的溫度補(bǔ)償電路(1)R2T3R1R3-VEE+VCCui2uoRCT1RCT2ui1+++T4T3R1R3-VEE+VCCui2uoRCT1RCT2ui1+++其他形式的溫度補(bǔ)償電路(2)差分放大器的級(jí)聯(lián)R2T3R1R3-VEE+VCCui2RC1T1RC2T2ui1++T4雙端輸入雙端輸出雙端輸入單端輸出RERC3T3RC4T4如單端輸出,此RC3可去消輸出至下一級(jí)13.2集成運(yùn)算放大器13.2.1集成運(yùn)放的組成（1）采用四級(jí)以上的多級(jí)放大器，輸入級(jí)和第二級(jí)一般采用差分放大器。（2）輸入級(jí)常采用復(fù)合三極管或場效應(yīng)管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器(功率放大器），以進(jìn)行功率放大，提高帶負(fù)載的能力。R2T3R1R3-VEE+VCCui2RC1T1RC2T2ui1++T4為減小IB,提高輸入電阻,T1、T2采用復(fù)合三極管，或采用場效應(yīng)管R2T3R1R3-VEE+VCCui2RC1T1RC2T2ui1++T4+RC3RE2T5T6RC4RE3T7T8T9RE4T10T11RE5輸出端RL集成運(yùn)算放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)舉例第1級(jí)差分放大器第3級(jí)單管放大器第4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器第2級(jí)差分放大器R2T3R1RE1-VEE+VCCRC1T1RC2T2T4極性判斷集成運(yùn)算放大器反相輸入端同相輸入端＋－u－u+uo集成運(yùn)算放大器符號(hào)－＋＋反相輸入端u－同相輸入端u+輸出端uo美國符號(hào)：國內(nèi)符號(hào)：Ao（Ad）：差模電壓放大倍數(shù)（為正），又稱開環(huán)電壓放大倍數(shù)13.2.2集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)(1)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Ao(Ad)(開環(huán)增益)大

Ao=uo/(u+-u-)=105-107倍;(2)共模抑制比高

KCMRR=100db以上;(3)輸入電阻大

ri>1M,有的可達(dá)100M以上;(4)輸出電阻小

ro=幾十1