第4章集成運(yùn)算放大器

第一節(jié)基本差動(dòng)放大器第二節(jié)集成運(yùn)算放大器本章小結(jié)第一節(jié)基本差動(dòng)放大器一、直接耦合放大電路需要解決的問(wèn)題1.各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)之間互相影響、互相牽制輸入端短接（uI=0），其輸出端電壓有忽大忽小緩慢地、無(wú)規(guī)則地變化的輸出電壓。這種現(xiàn)象就稱(chēng)為零點(diǎn)漂移。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的因素：溫度變化、任何元器件參數(shù)的變化，電源的波動(dòng)。在多級(jí)直接耦合放大電路中，又以第一級(jí)漂移的影響最為嚴(yán)重。抑制零漂的方法很多，如采用高穩(wěn)定度的穩(wěn)壓電源來(lái)抑制電源電壓波動(dòng)引起的零漂；電路元件在安裝前要經(jīng)過(guò)篩選和“老化”處理，以確保質(zhì)量和參數(shù)的穩(wěn)定性；選用溫漂小的元器件；采用溫度補(bǔ)償電路；使用恒溫系統(tǒng)來(lái)減小溫度變化的影響等。但最常用的方法是利用兩只特性相同的晶體管接成差動(dòng)放大電路。2.零點(diǎn)漂移問(wèn)題二、差動(dòng)放大電路1.基本差動(dòng)放大電路雙端輸入

雙端輸出溫度T（UBEβ)ΔUo=(UC1-UC2)不變基本差動(dòng)電路利用電路的對(duì)稱(chēng)性，具有抑制零點(diǎn)漂移的能力。具有公共發(fā)射極電阻的差動(dòng)放大電路長(zhǎng)尾溫度T（UBEβ)IC1IC2UBEUBEIEΔUo=(UC1-UC2)不變RE的主要作用是穩(wěn)定電路的工作點(diǎn)，進(jìn)一步減小零點(diǎn)漂移。+-+--+在差動(dòng)電路中，這種左右兩邊輸入端所獲得的對(duì)地大小相等，極性相反的信號(hào)電壓就稱(chēng)為差模信號(hào)差模信號(hào)

IE+-減小增大RE的存在并不影響對(duì)差模信號(hào)的放大ΔUO=ΔUO1-ΔUO2=ΔUC1-ΔUC2

靜態(tài)時(shí)ΔUI1=ΔUI2=0，輸入回路方程：VEE=IBQRB+UBEQ+2IEQRE可得Q點(diǎn)為(忽略IBQ時(shí))電路的差模電壓放大倍數(shù)AuD差動(dòng)電路雙端輸入雙端輸出結(jié)構(gòu)的電壓放大倍數(shù)和單管共射電路的放大倍數(shù)相同。采用差動(dòng)放大電路只是為了抑制零點(diǎn)漂移。當(dāng)在兩個(gè)集電極之間接有負(fù)載電阻RL時(shí)：+-差模地端差模輸入電阻：RiD

≈2(RB

+Rbe)

差模輸出電阻：RO=2RC

若兩個(gè)輸入端所加信號(hào)為大小相等，極性相同的信號(hào)，則這種信號(hào)稱(chēng)為共模信號(hào)。共模信號(hào)

共模信號(hào)是反映溫漂干擾或噪聲等無(wú)用的信號(hào)。如果電路完全對(duì)稱(chēng)，則在共模信號(hào)作用下，兩管電流同時(shí)等量增大，結(jié)果輸出電壓ΔUOC

=0若電路完全對(duì)稱(chēng)，則AuC=0共模抑制比：2.其它輸入、輸出方式的差動(dòng)放大電路當(dāng)差動(dòng)放大電路兩個(gè)輸入端的實(shí)際輸入信號(hào)為分別為ΔUI1和ΔUI2時(shí)，可以認(rèn)為同時(shí)有差模信號(hào)和共模信號(hào)輸入。其差模成分ΔUID=ΔUI1-ΔUI2，等于二者的差值；二者的平均值為其共模成分，即則：根據(jù)疊加定理，單端輸入和雙端輸入是等效的，只不過(guò)單端輸入時(shí)有共模成分輸入（大小為輸入信號(hào)二分之一），在理想情況下，共模輸出信號(hào)等于零。雙端輸出時(shí)，負(fù)載RL接在兩個(gè)晶體管的集電極之間，此時(shí)差模電壓放大倍數(shù)等于單管共射放大電路的放大倍數(shù)。單端輸出時(shí)，負(fù)載RL接在一個(gè)晶體管的集電極與公共端之間，零輸入時(shí)輸出端的直流電位不再等于零，同時(shí)由于輸出電壓只有雙端輸出時(shí)的一半，所以單端輸出的差模電壓放大倍數(shù)和輸出電阻均為雙端輸出時(shí)的二分之一。由于差動(dòng)放大電路有兩種輸入方式和兩種輸出方式，因此差動(dòng)放大器有四種連接方式。除前面我們介紹的雙端輸入、雙端輸出電路，還有另外三種電路。雙端輸入、單端輸出電路圖（1）雙端輸入、單端輸出電路（2）單端輸入、雙端輸出電路（3）單端輸入、單端輸出電路單端輸入、單端輸出電路圖反相輸出：同相輸出：3.具有恒流源的差動(dòng)放大電路IC3的恒流特性，大大提高了抑制零漂的效果。

第二節(jié)集成運(yùn)算放大器一、集成運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)及符號(hào)集成運(yùn)放組成框圖四部分組成：輸入級(jí)、輸出級(jí)、中間級(jí)和偏置電路集成運(yùn)放的符號(hào)和管腳圖圖形符號(hào)μA741的管腳圖正電源端負(fù)電源端二、集成運(yùn)放的特點(diǎn)1.電阻、電容的值一般較小，電路結(jié)構(gòu)上采用直接耦合方式。2.輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路。3.采用晶體管（或場(chǎng)效應(yīng)管）代替大電阻和二極管。三、集成運(yùn)放的分類(lèi)及選擇按特性通用型：專(zhuān)用型：性能參數(shù)比較均衡，可滿足一般應(yīng)用要求也稱(chēng)高性能型，按某特性參數(shù)分類(lèi)，可分為高速型、高阻型、高壓型、大功率型、低功耗型、低漂移型、低噪聲型、高精度型和單電源型。按構(gòu)造雙極型運(yùn)算放大器結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸入級(jí)運(yùn)算放大器MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸入級(jí)運(yùn)算放大器CMOS型運(yùn)算放大器選擇時(shí)應(yīng)從整機(jī)的技術(shù)要求出發(fā)，只需考慮其中特殊要求的指標(biāo)，其他指標(biāo)不必苛求，同時(shí)盡量選擇通用型。圖示電路是由集成運(yùn)放組成的生物電前置放大器，必須采用高精度、低漂移、高共模抑制比的專(zhuān)用型運(yùn)放，而不能采用通用型運(yùn)放。運(yùn)放傳輸特性四、集成運(yùn)放的電壓傳輸特性和參數(shù)（一）電壓傳輸特性理想運(yùn)算放大器的條件主要是：開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AuD→∞；開(kāi)環(huán)輸入電阻RiD→∞；開(kāi)環(huán)輸出電阻Ro→0；共模抑制比KCMR→∞。舊國(guó)標(biāo)圖形符號(hào)新國(guó)標(biāo)圖形符號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的特性曲線稱(chēng)為電壓傳輸特性線性區(qū)UO=AuD（UP-UN）非線性區(qū)，UO受正、負(fù)電源電壓的影響實(shí)際特性理想特性（二）主要參數(shù)1.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AuD2.輸入失調(diào)電壓UIO3.輸入失調(diào)電流IIO4.輸入偏置電流IIB5.輸入失調(diào)電壓溫度漂移dUIO/dt6.開(kāi)環(huán)差模輸入電阻RiD7.最大差模輸入電壓ＵIDM8.最大共模輸入電壓ＵICM9.-3db帶寬fh和單位增益帶寬fc10.最大輸出電壓ＵOPP11.轉(zhuǎn)換速率SR本章小結(jié)1.直接耦合放大電路的應(yīng)用越來(lái)越普遍，但存在著零點(diǎn)漂移問(wèn)題（主要是溫度漂移），差動(dòng)放大電路可以減小零點(diǎn)漂移。2.差動(dòng)放大電路有兩個(gè)輸入端，如果兩個(gè)輸入端輸入大小相等、極性相反的信號(hào)，稱(chēng)為差模輸入信號(hào)；如果兩個(gè)輸入端輸入大小相等、極性相同的信號(hào)，稱(chēng)為共模輸入信號(hào)。理想情況下，差動(dòng)放大電路對(duì)差模信號(hào)有放大作用，對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大作用，即共模電壓放大倍數(shù)等于零。引起零點(diǎn)漂移的因素，相當(dāng)于在差動(dòng)放大電路的輸入端引入了共模信號(hào)，所以，差動(dòng)放大電路可以抑制零點(diǎn)漂移。3.加在差動(dòng)放大電路兩個(gè)輸入端之間的信號(hào)是差模信號(hào)，雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)和單管放大電路的電壓放大倍數(shù)相同，單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)等于雙端輸出時(shí)的二分之一。4.差動(dòng)放大電路兩輸入端如果同時(shí)加有信號(hào)，則其差值就是其差模成分，平均值就是其共模成分。理想情況下，共模放大倍數(shù)等于零，所以其輸出只有差模成分，等于差模輸入乘以差模放大倍數(shù)。因?yàn)殡p端輸入（將輸入信號(hào)加在差動(dòng)放大電路兩輸入端之間）和單端輸入（輸入信號(hào)加在一個(gè)輸入端，另一端接地）的差模成分是一樣的，所以二者是等效的，輸出電壓相等，但單端輸入有共模成分。5.衡量差動(dòng)放大電路抑制共模信號(hào)的能力用共模抑制比來(lái)表示，共模抑制比等于差動(dòng)放大電路的差模放大倍數(shù)和共模放大倍數(shù)的比值。共模抑制比越大，性能越好，抑制共模信號(hào)（零點(diǎn)漂移）的能力越強(qiáng)。6．集成運(yùn)放是用集成電路工藝制成的具有高電壓增益的直接耦合放大器。它一般由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路