電子線(xiàn)路第03章教材

第3章集成運(yùn)算放大器

3.1差動(dòng)放大電路3.2集成運(yùn)算放大器3.1差動(dòng)放大電路3.1.1零點(diǎn)漂移的概念

在直接耦合多級(jí)放大電路中，由于各級(jí)之間的工作點(diǎn)相互聯(lián)系、相互影響，會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。所謂零點(diǎn)漂移，是指放大電路在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，由于溫度變化、電源電壓波動(dòng)、元器件老化等原因，使放大電路的工作點(diǎn)發(fā)生變化，這個(gè)變化量會(huì)被直接耦合放大電路逐級(jí)加以放大并傳送到輸出端，使輸出電壓偏離原來(lái)的起始點(diǎn)而上下漂動(dòng)。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因，主要是晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響，所以零點(diǎn)漂移也稱(chēng)為溫度漂移，簡(jiǎn)稱(chēng)溫漂。3.1.2差動(dòng)放大電路的基本形式1.電路構(gòu)成與特點(diǎn)圖3.1所示為差動(dòng)放大電路的基本形式，從電路結(jié)構(gòu)上來(lái)看，它具有以下特點(diǎn)。（1）它由兩個(gè)完全對(duì)稱(chēng)的共射電路組合而成。（2）電路采用正負(fù)雙電源供電。圖3.1典型基本差動(dòng)放大電路2.差動(dòng)放大電路抑制零點(diǎn)漂移的原理由于電路的對(duì)稱(chēng)性，溫度的變化對(duì)VT1、VT2兩管組成的左右兩個(gè)放大電路的影響是一致的，相當(dāng)于給兩個(gè)放大電路同時(shí)加入了大小和極性完全相同的輸入信號(hào)。因此，在電路完全對(duì)稱(chēng)的情況下，兩管的集電極電位始終相同，差動(dòng)放大電路的輸出為零，不會(huì)出現(xiàn)普通直接耦合放大電路中的漂移電壓，可見(jiàn)，差動(dòng)放大電路利用電路對(duì)稱(chēng)性抑制了零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。3.1.3參數(shù)計(jì)算1.靜態(tài)分析

當(dāng)ui1=ui2=0時(shí)，由于電路完全對(duì)稱(chēng)，VT1、VT2的靜態(tài)參數(shù)也完全相同。以VT1為例，其靜態(tài)基極回路由-UEE、UBE和Re構(gòu)成，但要注意，流過(guò)Re的電流是VT1、VT2兩管射極電流之和，如圖3.2所示，則VT1管的輸入回路方程為：UEE=UBE+2IE1Re圖3.2基本差動(dòng)放大電路的直流通路

2.動(dòng)態(tài)分析（1）輸入、輸出的四種組態(tài)（2）差模信號(hào)與共模信號(hào)當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)ui1、ui2大小和極性都相同時(shí)，稱(chēng)為共模信號(hào)，記為uic，即ui1=ui2=uic。當(dāng)ui1與ui2大小相同但極性相反時(shí)，稱(chēng)為差模信號(hào)，記為uid,，即ui1=-ui2=uid差動(dòng)放大器放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)。輸入信號(hào)ui1、ui2的大小和極性往往是任意的，既不是一對(duì)差模信號(hào)，也不是一對(duì)共模信號(hào)，但可以看作是一對(duì)差模信號(hào)和一對(duì)共模信號(hào)的疊加。圖3.3基本差動(dòng)放大電路差模輸入時(shí)的交流通路(3)差模特性分析在電路完全對(duì)稱(chēng)的情況下，這兩個(gè)交流電流之和在Re兩端產(chǎn)生的交流壓降為零，因此，圖3.3的差模輸入交流通路中，射極電阻Re被短路。（a）差模電壓放大倍數(shù)Aud=-BRc/rbe（b）差模輸入電阻rid=2rbe（c）差模輸出電阻rod=2Rc***帶負(fù)載的差動(dòng)放大電路

(1)單端輸出：靜態(tài)工作點(diǎn)Uce1Uce2，計(jì)算Uce1,應(yīng)用公式(2)雙端輸出：靜態(tài)工作點(diǎn)不受RL的影響；求動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)，RL中心點(diǎn)的電位總是0，所以，相當(dāng)于各有RL/2的電阻分別接在兩個(gè)集電極上（4）共模特性分析輸入共模信號(hào)時(shí)的交流通路圖3.5共模輸入時(shí)基本差放電路的交流通路流過(guò)Re的交流電流為單管射極電流的兩倍，所以共模輸入時(shí)的交流通路中，射極電阻Re折合到單管上起到2Re的作用。（1）單端輸出共模電壓放大倍數(shù)Auc單（2）共模抑制比KCMR3.2集成運(yùn)算放大器3.2.1集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高電壓放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。從20世紀(jì)60年代發(fā)展至今已經(jīng)歷了四代產(chǎn)品，類(lèi)型和品種相當(dāng)豐富，但在結(jié)構(gòu)上基本一致，其內(nèi)部通常包含四個(gè)基本組成部分：輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)以及偏置電路，如圖3.12所示。圖3.12集成運(yùn)放的基本組成部分圖3.13所示為集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)。集成運(yùn)放可以有同相輸入、反相輸入及差動(dòng)輸入三種輸入方式。圖3.13集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)3.2.2集成運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)1.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud2.共模抑制比KCMR3.差模輸入電阻rid4.輸出電阻rod3.2.3集成運(yùn)算放大器使用中的幾個(gè)具體問(wèn)題1.集成運(yùn)放的選擇（1）信號(hào)源的性質(zhì)（2）負(fù)載的性質(zhì)（3）精度要求（4）環(huán)境條件

2.集成運(yùn)放參數(shù)的測(cè)試以μA741為例，其管腳排列如圖3.14(a)所示。其中2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端，7腳接正電源15V，4腳接負(fù)電源-15V，6腳為輸出端，1腳和5腳之間應(yīng)接調(diào)零電位器。μA741的開(kāi)環(huán)電壓增益Aud約為94dB(5×104倍)。

圖3.14μA741的管腳排列及估測(cè)運(yùn)放的放大能力用萬(wàn)用表估測(cè)μA741的放大能力時(shí)，需接上±15V電源，輸入1mv信號(hào)源，萬(wàn)用表交流電壓檔撥至50V擋，電路如圖3.14(b)所示。圖3.14μA741的管腳排列及估測(cè)運(yùn)放的放大能力3.集成運(yùn)放在使用前必做的工作（1）集成運(yùn)放的管腳（2）參數(shù)測(cè)量

（3）調(diào)零或調(diào)整偏置電壓

4.集成運(yùn)放的保護(hù)集成運(yùn)放在使用中常因以下三種原因被損壞：輸入信號(hào)過(guò)大，使PN結(jié)擊穿；電源電壓極性接反或過(guò)高；輸出端直接接“地”或接電源，此時(shí)，運(yùn)放將因輸出級(jí)功耗過(guò)大而損壞。因此，為使運(yùn)放安全工作，也需要從這三個(gè)方面進(jìn)行保護(hù)。（1）輸入保護(hù)圖3.15(a)所示是防止差模電壓過(guò)大的保護(hù)電路，限制集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間的差模輸入電壓不超過(guò)二極管VD1、VD2的正向?qū)妷骸D3.15(b)所示是防止共模電壓過(guò)大的保護(hù)電路，限制集成運(yùn)放的共模輸入電壓不超過(guò)+U至-U的范圍。圖3.15輸入保護(hù)電路（2）輸出保護(hù)圖3.16所示為輸出端保護(hù)電路，限流電阻R與穩(wěn)壓管VZ構(gòu)成限幅電路，它一方面將負(fù)載與集成運(yùn)放輸出端隔離開(kāi)來(lái)，限制了運(yùn)放的輸出電流，另一方面也限制了輸出電壓的幅值。當(dāng)然，任何保護(hù)措施都是有限度的，若將輸出端直接接電源，則穩(wěn)壓管會(huì)損壞，使電路的輸出電阻大大提高，影響了電路的性能。圖3.16輸