第三章差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)放電路課件

第三章差動(dòng)放大電路及集成運(yùn)放電路授課教師：葉波1.直接耦合放大電路可以放大直流信號(hào)2.直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移零漂：主要原因：溫漂指標(biāo)：#為什么一般的集成運(yùn)算放大器都要采用直接耦合方式？溫度變化引起，也稱溫漂。溫度每升高1度時(shí)，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。電源電壓波動(dòng)也是原因之一直接耦合放大電路及其特殊問題輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生例如若第一級(jí)漂了100uV，則輸出漂移1V。若第二級(jí)也漂了100uV，則輸出漂移10mV。假設(shè)第一級(jí)是關(guān)鍵3.減小零漂的措施用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償調(diào)制解調(diào)方式。采用差分式放大電路漂了100uV漂移10mV+100uV漂移1V+10mV漂移1V+10mV第三章集成運(yùn)算放大電路3.1直接耦合放大電路及其特殊問題3.2典型差動(dòng)式放大電路3.3差動(dòng)式放大電路的輸入輸出方式3.4集成運(yùn)算放大電路的概述差分電路的組成

由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全對稱的共射電路組成，通過射極公共電阻Ree耦合構(gòu)成。?1=?

2=?

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=rbe

ICBO1=ICBO2=ICBO

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb典型差動(dòng)式放大電路差分電路的輸入輸出方式輸入方式Ui單端輸入雙端輸入U(xiǎn)i1Ui2UoUoUo輸出方式單端輸出雙端輸出差模信號(hào)和共模信號(hào)+--+差模信號(hào)一對大小相等，極性相反的信號(hào)，用Uid1、Uid2表示，Uid1=-Uid2共模信號(hào)+--+一對大小相等，極性相同的信號(hào)，用Uic1、Uic2表示，Uic1=Uic21.靜態(tài)分析2IeQ由于電路結(jié)構(gòu)對稱，管子特性一致。IBQ1=IBQ2=

IBQICQ1=ICQ2=ICQUC1=UC2=UCUo+-+-Uid1=-Uid2即相當(dāng)于輸入一對差模信號(hào)Ie1Ie2Ib1=-Ib2Ie1=-Ie2Uc1=-Uc2流過Ree上的交流總電流：Ie=Ie1+Ie2=0Ree上交流壓降為0。因此，畫交流通路時(shí)，Ree可視為短路，即兩管的發(fā)射極直接接地。由Uc1=-Uc2可知RL兩端電位一端為正，一端為負(fù)，RL的中點(diǎn)應(yīng)是地電位，即每管對地的負(fù)載電阻為RL/2.2.對差模信號(hào)的放大作用分析RbRcUid1Uo2.對差模信號(hào)的放大作用分析T1RbRcUid2T2R'L=Rc//(RL/2)rid=2(Rb+rbe)Uidrod≈2Rc與單管增益相同雙端輸入—雙端輸出rid=2(Rb+rbe)rod≈2Rc雙端輸入—單端輸出是單管增益的一半rid=2(Rb+rbe)rod≈Rc2.對差模信號(hào)的放大作用分析C1為反向輸出端,C2為同向輸出端工作原理3.對共模信號(hào)的抑制作用分析Iec1Iec2Uic1=Uic2=UicIbc1=Ibc2Iec1=Iec2流過Ree上的電流：Iec=Iec1+Iec2=2Iec1Ree上的電壓：URee=Iec12Ree畫交流通路時(shí)，單管射極電阻應(yīng)為2Ree。RcT12ReeIec1Uoc1Uic1RbUocRcUic1T1Rb2ReeIec1Uoc1RcUic2T2Rb2ReeIec2Uoc2差放的特點(diǎn)：輸入無差別，輸出就不動(dòng)；輸入有差別，輸出就變動(dòng)。3對共模信號(hào)的抑制作用分析共模抑制比CMRR—衡量差放的一個(gè)重要指標(biāo)?；螂p端輸出4.抑制零點(diǎn)漂移

當(dāng)溫度變化或電源電壓波動(dòng)時(shí)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化，且變化趨勢是相同的，其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)。差分放大電路對共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用，這就意味著差放對由溫度變化或電源電壓波動(dòng)所引起的輸出漂移有很強(qiáng)的抑制作用。這就是研究共模輸入信號(hào)的意義。Iec1Iec25.幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出5.2集成運(yùn)算放大器集成電路的類型：以集成度即管子和元件數(shù)量可分為一百以下的小規(guī)模集成電路；一百至一千個(gè)之間的中規(guī)模集成電路；一千至十萬個(gè)之間的大規(guī)模集成電路；十萬以上的超大規(guī)模集成電路。按所用器件又可分為雙極型器件組成的雙極型集成電路；單極型器件組成的單極型集成電路；雙極型器件和單極型器件兼容組成的集成器件。此外，還有線性集成電路和數(shù)字集成電路等。

集成電路：把晶體管、電阻、電容以及連接導(dǎo)線等集中制造在一小塊半導(dǎo)體基片上而形成具有電路功能的器件。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、安裝方便、功耗小、工作可靠等。集成運(yùn)算放大器（簡稱集成運(yùn)放）：直接耦合的高放大倍數(shù)的線性集成電路。

1.集成電路的外形：國產(chǎn)集成運(yùn)放的封裝外形主要采用圓殼式和雙列直插式。5.2.1集成運(yùn)算放大器的外形和符號(hào)

2.集成運(yùn)放的型號(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB3430-82）規(guī)定，由字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示國家標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)表示運(yùn)算放大器，阿拉伯?dāng)?shù)字表示品種。國產(chǎn)第二代集成運(yùn)放CF741接線如圖所示。雙列直插式集成運(yùn)放的管腳順序是，管腳向下，標(biāo)志于左，序號(hào)自下而上逆時(shí)針方向排列。管腳功能如下：3.集成運(yùn)放的管腳順序及功能CF741外接線圖接正電源(+9~+18)V接負(fù)電源（-9~-18）V為同相輸入端（輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相位）為反相輸入端（輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相位）為空腳為輸出端腳1、4、5外接調(diào)零電位器國產(chǎn)第一代集成運(yùn)放F004接線如圖所示。圓殼式集成運(yùn)放的管腳順序是，管腳向上，序號(hào)自標(biāo)志起從小到大按順時(shí)針方向排列。管腳功能如下：

不同類型運(yùn)放的管腳排列和管腳功能是不同的，應(yīng)用時(shí)可查閱產(chǎn)品手冊來確定。

腳7接正電源（+15）V，腳4接負(fù)電源（-15）V，腳6為輸出端，腳1、4、8接調(diào)零電位器，腳3為同相輸入端，腳2為反相輸入端，腳5、6之間的300k電阻及RP、CP的作用是消除自激，可通過調(diào)試決定數(shù)值。圖（a）是國家新標(biāo)準(zhǔn)（GB4728?13—85）規(guī)定的符號(hào)；圖（b）是曾用過的符號(hào)。畫電路時(shí)，通常只畫出輸入和輸出端，輸入端標(biāo)“+”號(hào)表示同相輸入端，標(biāo)“-”號(hào)表示反相輸入端。4.集成運(yùn)放的圖形符號(hào)閉環(huán)放大倍數(shù)：有反饋時(shí)集成運(yùn)放的放大倍數(shù)稱為閉環(huán)放大倍數(shù)。其數(shù)值根據(jù)具體電路的反饋情況來計(jì)算。5.2.2集成運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)和參數(shù)一、兩種放大倍數(shù)1.

開環(huán)放大倍數(shù)AVO開環(huán)放大倍數(shù)AVO：無反饋時(shí)集成運(yùn)放的放大倍數(shù)。（5.2.1）2.

閉環(huán)放大倍數(shù)AVF輸入電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流的平均值。一般為微安數(shù)量級(jí)，IIB越小越好。二、主要參數(shù)1.輸入失調(diào)電壓VIO輸入電壓為零時(shí)，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補(bǔ)償電壓。一般為毫伏級(jí)。它表征電路輸入部分不對稱的程度，VIO越小，運(yùn)放性能越好。2.輸入失調(diào)電流IIO輸入電壓為零時(shí)，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補(bǔ)償電流。其值為兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流之差。3.輸入偏置電流IIB電路開環(huán)情況下，輸出電壓與輸出電流之比。ro越小，運(yùn)放性能越好。一般在幾百歐左右。4.開環(huán)電壓放大倍數(shù)AVO電路開環(huán)情況下，輸出電壓與輸入差模電壓之比。AVO越大，集成運(yùn)放運(yùn)算精度越高。一般中增益運(yùn)放的AVO可達(dá)105倍。5.開環(huán)輸入阻抗ri指電路開環(huán)情況下，差模輸入電壓與輸入電流之比。ri越大，運(yùn)放性能越好。一般在幾百千歐至幾兆歐。6.開環(huán)輸出阻抗ro開環(huán)電壓放大倍數(shù)隨信號(hào)頻率升高而下降3dB所對應(yīng)的頻寬。以上參數(shù)可根據(jù)集成運(yùn)放的型號(hào)，從產(chǎn)品說明書等有關(guān)資料中查閱。7.共模抑制比KCMR電路開環(huán)情況下，差模放大倍數(shù)AVD與共模放大倍數(shù)AVC之比。KCMR越大，運(yùn)放性能越好。一般在80dB以上。8.輸出電壓峰-峰值VOPP放大器在空載情況下，最大不失真電壓的峰-峰值。9.靜態(tài)功耗PD電路輸入端短路、輸出端開路時(shí)所消耗的功率。10.開環(huán)頻寬BW通用型集成運(yùn)放的特點(diǎn)是：最大差模輸入電壓和最大共模輸入電壓大；輸出有短路保護(hù)功能；電源電壓適用范圍寬；不需外接補(bǔ)償電容。如性能較好的CF741等。三、集成運(yùn)放產(chǎn)品分類簡介1.通用型2.特殊型特殊型集成運(yùn)放的特點(diǎn)是突出某項(xiàng)性能指標(biāo)。如：（1）高輸入阻抗型差模輸入電阻不小于109Ω。（2）高精度型ΔVIO∕ΔΤ小于2μV∕οС。（3）寬帶型增益帶寬大。（4）低功耗型當(dāng)電源電壓時(shí)，最大功耗不大于6mW。（5）高速型轉(zhuǎn)換速率大于30Vμs。（6）高壓型輸出電壓較高。在實(shí)際應(yīng)用和分析集成運(yùn)放電路時(shí)，可將實(shí)際運(yùn)放視為理想運(yùn)放，以簡化分析。5.2.3集成運(yùn)算放大器的理想特性集成運(yùn)放的理想特性為：1.輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出端應(yīng)恒定為零；2.輸入阻抗ri=∞；3.輸出阻抗ro=0；4.頻帶寬度BW應(yīng)從0→∞；5.開環(huán)電壓放大倍數(shù)ΑVO=∞。

（集成運(yùn)放的理想特性）

3.LM324組成的電平指示電路（1）LM324簡介LM324是含有四個(gè)運(yùn)放的集成組件。簡稱四運(yùn)放集成電路。GND為接地端，VCC為電源正極端（6V），每個(gè)運(yùn)放的反相輸入端、同相輸入端、輸出端均有編號(hào)。例如，等等。端及輸出端。依此類推，、、是表示2號(hào)運(yùn)放器的，、、分別表示1號(hào)運(yùn)放的反相輸入端、同相輸入四個(gè)運(yùn)放的同相輸入端連接于由V（2AP9）、R10、C2組成的整流電路輸出端，作為信號(hào)的輸入端。輸出端分別通過限流電阻R6、R7、R8、R9接有發(fā)光二極管V1、V4、V3、V2。反相輸入端分別經(jīng)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)RP1、R2、R3、R4、R5分壓后加上量值不等的正電壓。（2）LM324組成的電平指示器5.2.5集成運(yùn)放使用常識(shí)方法：加阻容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。具體參數(shù)和接法可查閱使用說明書。目前，由于大部分集成運(yùn)放內(nèi)部電路的改進(jìn)，已不需要外加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。一、零點(diǎn)調(diào)整方法：將輸入端短路接地，調(diào)整調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。二、消除自激振蕩利用二極管的單向?qū)щ娞匦苑乐褂捎陔娫礃O性接反而造