第7講集成運算放大器-1

第6章多級放大電路6.1多級放大電路6.2集成運算放大電路簡介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集成運算放大電路

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

推動級

輸入級輸出級輸入輸出多級放大電路的框圖對耦合電路的要求1

阻容耦合第一級第二級負載信號源兩級之間通過耦合電容

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

Q點相互獨立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。共射電路共集電路有零點漂移嗎？

利用電容連接信號源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路與負載，為阻容耦合。2

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

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

當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。第二級第一級Q1合適嗎？直接連接輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為零點漂移求解Q點時應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？對哪些動態(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，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太多？若要UCEQ＝5V，則應怎么辦？用多個二極管嗎？二極管導通電壓UD≈？動態(tài)電阻rd特點？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級共射放大電路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后級集電極電位接近電源電壓，Q點不合適。UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＜

UCQ1

UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＞

UCQ1

2.零點漂移零點漂移：指輸入信號電壓為零時，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無規(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、電路元件參數(shù)的變化。直接耦合存在的兩個問題：1.前后級靜態(tài)工作點相互影響零點漂移的危害：直接影響對輸入信號測量的準確程度和分辨能力。嚴重時，可能淹沒有效信號電壓，無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓。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漂移的指標。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小許多時，放大后的有用信號才能被很好地區(qū)分出來。6.1.2多級放大電路的動態(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逐漸增大時哪一級首先出現(xiàn)失真。

在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。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.若測得三個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放大電路的電壓放大倍數(shù)？注意級聯(lián)時兩級的相互影響！

集成運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直接耦合放大電路。運算放大器方框圖6.2集成運算放大電路輸入級：輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干擾信號，都采用帶恒流源的差放

。

中間級：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：與負載相接，要求輸出電阻低，帶負載能力強，一般由互補對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。

4.1.2

運算放大器的引線

運算放大器的符號中有三個引線端，兩個輸入端，一個輸出端。一個稱為同相輸入端，即該端輸入信號變化的極性與輸出端相同，用符號‘+’表示；另一個稱為反相輸入端，即該端輸入信號變化的極性與輸出端相反，用符號“-”表示。輸出端在輸入端的另一側(cè)，在符號邊框內(nèi)標有‘+’號。集成放大器的符號運算放大器外形圖§6.3差分放大電路一、零點漂移現(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一、零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因1.什么是零點漂移現(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，元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。克服溫漂的方法：引入直流負反饋，溫度補償。典型電路：差分放大電路零點漂移零輸入零輸出理想對稱二、差分放大電路的組成信號特點？能否放大？共模信號：大小相等，極性相同。差模信號：大小相等，極性相反.信號特點？能否放大？典型電路在理想對稱的情況下：1.克服零點漂移；2.零輸入零輸出；3.抑制共模信號；4.放大差模信號。差分放大電路的工作情況電路結(jié)構(gòu)對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應電阻元件的參數(shù)值都相等。差分放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。差動放大原理電路

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

=0uo=(VC1+

VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時，ui1

=

ui2

=0當溫度升高時

IC

VC

（兩管變化量相等）對稱差動放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.有信號輸入時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，即對共模信號沒有放大能力。(1)共模信號

ui1=ui2

大小相等、極性相同差動電路抑制共模信號能力的大小，反映了它對零點漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信號需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.有信號輸入時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

ui1=–ui2

大小相等、極性相反uo=(VC1－

VC1

)－(VC2+

VC１)=－2

VC1即對差模信號有放大能力。+–+–+–+–+–+–差模信號是有用信號(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共模信號差模信號放大器只放大兩個輸入信號的差值信號—差動放大電路。這種輸入常作為比較放大來應用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。差分放大電路的分析

Rb是必要的嗎？1.

Q點：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

共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即2.抑制共模信號：Re的共模負反饋作用Re的共模負反饋作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號對于每一邊電路，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△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對差模信號無反饋作用。差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即＋－＋－為什么？差模信號作用時的動態(tài)分析差模放大倍數(shù)4.動態(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的能力和抑制共模信號的能力。

在實際應用時，信號源需要有“接地”點，以避免干擾；或負載需要有“接地”點，以安全工作。

根據(jù)信號源和負載的接地情況，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。

若電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數(shù)Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路不完全對稱，則Ac

0，實際輸出電壓

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信號對輸出有影響。三、具有恒流源的差分放大電路

Re越大，每一邊的漂移越小，共模負反饋越強，單端輸出時的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

由于輸入回路沒有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。1.雙端輸入單端輸出：Q點分析1.雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分析1.雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析1.雙端輸入單端輸出：問題討論（1）T2的Rc可以短路嗎？（2）什么情況下Ad為“＋”？（3）雙端輸出時的Ad是單端輸出時的2倍嗎？2.單端輸入雙端輸出共模輸入電壓差模輸入電壓

輸入差模信號的同時總是伴隨著共模信號輸入：

在輸入信號作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？2.單端輸入雙端輸出問題討論：（1）UOQ產(chǎn)生的原因？（2）如何減小共模輸出電壓？測試:差模輸出共模輸出靜態(tài)時的值3.四種接法的比較：電路參數(shù)理想對稱條件下輸入方式：Ri均為2(Rb+rbe)；雙端輸入時無共模信號輸入，單端輸入時有共模信號輸入。輸出方式：Q點、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。1)RW取值應大些？還是小些？2)RW對動態(tài)參數(shù)的影響？3)若RW滑動端在中點，寫出Ad、Ri的表達式。五、差分放大電路的改進1.加調(diào)零電位器

RW2.場效應管差分放大電路若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，則其共模信號約為多少？如何設(shè)置Q點時如何考慮？1、uI=10mV，則uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表測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、其它類型的功率放大電路6.4.1

互補對稱功率放大電路對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，去推動負載工作。例如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動機旋轉(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)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導通，靜態(tài)IC=0，波形嚴重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC

0，一般功放常采用?；パa對稱放大電路互補對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。當它通過容量較大的電容與負載耦合時，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡稱OTL電路。若互補對稱電路直接與負載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡稱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–