第7講集成運(yùn)算放大器-1

第6章多級(jí)放大電路6.1多級(jí)放大電路6.2集成運(yùn)算放大電路簡(jiǎn)介6.3差分放大電路6.4功率放大電路6.5功率放大電路6.6集成運(yùn)算放大電路

6.1多級(jí)放大電路耦合方式：信號(hào)源與放大電路之間、兩級(jí)放大電路之間、放大器與負(fù)載之間的連接方式。常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動(dòng)態(tài):傳送信號(hào)減少壓降損失靜態(tài)：保證各級(jí)有合適的Q點(diǎn)波形不失真第二級(jí)

推動(dòng)級(jí)

輸入級(jí)輸出級(jí)輸入輸出多級(jí)放大電路的框圖對(duì)耦合電路的要求1

阻容耦合第一級(jí)第二級(jí)負(fù)載信號(hào)源兩級(jí)之間通過(guò)耦合電容

C2與下級(jí)輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2阻容耦合

Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號(hào)，低頻特性差，不能集成化。共射電路共集電路有零點(diǎn)漂移嗎？

利用電容連接信號(hào)源與放大電路、放大電路的前后級(jí)、放大電路與負(fù)載，為阻容耦合。2

直接耦合直接耦合：將前級(jí)的輸出端直接接后級(jí)的輸入端。優(yōu)點(diǎn)：可用來(lái)放大緩慢變化的信號(hào)或直流量變化的信號(hào)。便于集成化。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE2直接耦合既是第一級(jí)的集電極電阻，又是第二級(jí)的基極電阻

能夠放大變化緩慢的信號(hào)，便于集成化，Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。

當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，前級(jí)由溫度變化所引起的電流、電位的變化會(huì)逐級(jí)放大。第二級(jí)第一級(jí)Q1合適嗎？直接連接輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為零點(diǎn)漂移求解Q點(diǎn)時(shí)應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？對(duì)哪些動(dòng)態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？

用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的Q點(diǎn)，又可使第二級(jí)放大倍數(shù)不至于下降太多？若要UCEQ＝5V，則應(yīng)怎么辦？用多個(gè)二極管嗎？二極管導(dǎo)通電壓UD≈？動(dòng)態(tài)電阻rd特點(diǎn)？Re必要性？穩(wěn)壓管伏安特性

UCEQ1太小→加Re（Au2數(shù)值↓）→改用D→若要UCEQ1大，則改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用

在用NPN型管組成N級(jí)共射放大電路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后級(jí)集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＜

UCQ1

UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＞

UCQ1

2.零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移：指輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無(wú)規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uotO產(chǎn)生的原因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓波動(dòng)、電路元件參數(shù)的變化。直接耦合存在的兩個(gè)問(wèn)題：1.前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響零點(diǎn)漂移的危害：直接影響對(duì)輸入信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確程度和分辨能力。嚴(yán)重時(shí)，可能淹沒(méi)有效信號(hào)電壓，無(wú)法分辨是有效信號(hào)電壓還是漂移電壓。一般用輸出漂移電壓折合到輸入端的等效漂移電壓作為衡量零點(diǎn)漂移的指標(biāo)。輸入端等效漂移電壓輸出端漂移電壓電壓放大倍數(shù)

只有輸入端的等效漂移電壓比輸入信號(hào)小許多時(shí)，放大后的有用信號(hào)才能被很好地區(qū)分出來(lái)。6.1.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)分析1.電壓放大倍數(shù)2.輸入電阻3.輸出電阻

對(duì)電壓放大電路的要求：Ri大，Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。二、分析舉例討論一

失真分析：由NPN型管組成的兩級(jí)共射放大電路共射放大電路共射放大電路飽和失真？截止失真？

首先確定在哪一級(jí)出現(xiàn)了失真，再判斷是什么失真。

比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號(hào)逐漸增大時(shí)哪一級(jí)首先出現(xiàn)失真。

在前級(jí)均未出現(xiàn)失真的情況下，多級(jí)放大電路的最大不失真電壓等于輸出級(jí)的最大不失真電壓。討論二：放大電路的選用1.按下列要求組成兩級(jí)放大電路：①Ri＝1～2kΩ，Au

的數(shù)值≥3000；②Ri≥10MΩ，Au的數(shù)值≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au的數(shù)值≥150；④Ri≥10MΩ，Au的數(shù)值≥10，Ro≤100Ω。①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。2.若測(cè)得三個(gè)單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)？注意級(jí)聯(lián)時(shí)兩級(jí)的相互影響！

集成運(yùn)算放大器是一種高電壓增益，高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路。運(yùn)算放大器方框圖6.2集成運(yùn)算放大電路輸入級(jí)：輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)，都采用帶恒流源的差放

。

中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。

輸出級(jí)：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路或射極輸出器構(gòu)成。

4.1.2

運(yùn)算放大器的引線

運(yùn)算放大器的符號(hào)中有三個(gè)引線端，兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端。一個(gè)稱(chēng)為同相輸入端，即該端輸入信號(hào)變化的極性與輸出端相同，用符號(hào)‘+’表示；另一個(gè)稱(chēng)為反相輸入端，即該端輸入信號(hào)變化的極性與輸出端相反，用符號(hào)“-”表示。輸出端在輸入端的另一側(cè)，在符號(hào)邊框內(nèi)標(biāo)有‘+’號(hào)。集成放大器的符號(hào)運(yùn)算放大器外形圖§6.3差分放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因二、基本放大電路的組成三、具有恒流源的差分放大電路四、差分放大電路的四種接法五、差分放大電路的改進(jìn)一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因1.什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱(chēng)零漂為溫漂?？朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫?fù)反饋，溫度補(bǔ)償。典型電路：差分放大電路零點(diǎn)漂移零輸入零輸出理想對(duì)稱(chēng)二、差分放大電路的組成信號(hào)特點(diǎn)？能否放大？共模信號(hào)：大小相等，極性相同。差模信號(hào)：大小相等，極性相反.信號(hào)特點(diǎn)？能否放大？典型電路在理想對(duì)稱(chēng)的情況下：1.克服零點(diǎn)漂移；2.零輸入零輸出；3.抑制共模信號(hào)；4.放大差模信號(hào)。差分放大電路的工作情況電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，在理想的情況下，兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。差分放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。差動(dòng)放大原理電路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2兩個(gè)輸入、兩個(gè)輸出兩管靜態(tài)工作點(diǎn)相同1.零點(diǎn)漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+

VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時(shí)，ui1

=

ui2

=0當(dāng)溫度升高時(shí)

IC

VC

（兩管變化量相等）對(duì)稱(chēng)差動(dòng)放大電路對(duì)兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.有信號(hào)輸入時(shí)的工作情況兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力。(1)共模信號(hào)

ui1=ui2

大小相等、極性相同差動(dòng)電路抑制共模信號(hào)能力的大小，反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信號(hào)需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.有信號(hào)輸入時(shí)的工作情況兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(2)

差模信號(hào)

ui1=–ui2

大小相等、極性相反uo=(VC1－

VC1

)－(VC2+

VC１)=－2

VC1即對(duì)差模信號(hào)有放大能力。+–+–+–+–+–+–差模信號(hào)是有用信號(hào)(3)比較輸入

ui1、ui2大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號(hào)差模信號(hào)放大器只放大兩個(gè)輸入信號(hào)的差值信號(hào)—差動(dòng)放大電路。這種輸入常作為比較放大來(lái)應(yīng)用，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是常見(jiàn)的。差分放大電路的分析

Rb是必要的嗎？1.

Q點(diǎn)：晶體管輸入回路方程：通常，Rb較小，且IBQ很小，故選合適的VEE和Re就可得合適的Q2.抑制共模信號(hào)

共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)，即2.抑制共模信號(hào)：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔肦e的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘?hào)對(duì)于每一邊電路，Re=?如

T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。3.放大差模信號(hào)△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對(duì)差模信號(hào)無(wú)反饋?zhàn)饔?。差模信?hào)：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號(hào)，即＋－＋－為什么？差模信號(hào)作用時(shí)的動(dòng)態(tài)分析差模放大倍數(shù)4.動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR

共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號(hào)的能力和抑制共模信號(hào)的能力。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。

根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。

若電路完全對(duì)稱(chēng)，理想情況下共模放大倍數(shù)Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路不完全對(duì)稱(chēng)，則Ac

0，實(shí)際輸出電壓

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信號(hào)對(duì)輸出有影響。三、具有恒流源的差分放大電路

Re越大，每一邊的漂移越小，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，單端輸出時(shí)的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。但為使靜態(tài)電流不變，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。

需在低電源條件下，設(shè)置合適的IEQ，并得到得到趨于無(wú)窮大的Re。解決方法：采用電流源取代Re！具有恒流源差分放大電路的組成等效電阻為無(wú)窮大近似為恒流四、差分放大電路的四種接法

由于輸入回路沒(méi)有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。1.雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析1.雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析1.雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析1.雙端輸入單端輸出：?jiǎn)栴}討論（1）T2的Rc可以短路嗎？（2）什么情況下Ad為“＋”？（3）雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的2倍嗎？2.單端輸入雙端輸出共模輸入電壓差模輸入電壓

輸入差模信號(hào)的同時(shí)總是伴隨著共模信號(hào)輸入：

在輸入信號(hào)作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說(shuō)明什么？2.單端輸入雙端輸出問(wèn)題討論：（1）UOQ產(chǎn)生的原因？（2）如何減小共模輸出電壓？測(cè)試:差模輸出共模輸出靜態(tài)時(shí)的值3.四種接法的比較：電路參數(shù)理想對(duì)稱(chēng)條件下輸入方式：Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時(shí)無(wú)共模信號(hào)輸入，單端輸入時(shí)有共模信號(hào)輸入。輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。1)RW取值應(yīng)大些？還是小些？2)RW對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？3)若RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫(xiě)出Ad、Ri的表達(dá)式。五、差分放大電路的改進(jìn)1.加調(diào)零電位器

RW2.場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV討論一

若將電橋的輸出作為差放的輸入，則其共模信號(hào)約為多少？如何設(shè)置Q點(diǎn)時(shí)如何考慮？1、uI=10mV，則uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表測(cè)uO

，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=AduId+AcuIc+UCQ1=?=?=?討論二§6.4功率放大電路一、功率放大電路概述二、OCL電路三、其它類(lèi)型的功率放大電路6.4.1

互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路對(duì)功率放大電路的基本要求功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級(jí)，去推動(dòng)負(fù)載工作。例如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類(lèi)工作狀態(tài)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類(lèi)工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小效率高。甲乙類(lèi)工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)IC

0，一般功放常采用?；パa(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路是集成功率放大電路輸出級(jí)的基本形式。當(dāng)它通過(guò)容量較大的電容與負(fù)載耦合時(shí)，由于省去了變壓器而被稱(chēng)為無(wú)輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡(jiǎn)稱(chēng)OTL電路。若互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無(wú)輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡(jiǎn)稱(chēng)OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–