第3章 差动放大电路与集成运算放大器

1、3.1 差动放大电路差动放大电路3.2 集成运算放大器集成运算放大器3.1.1 零点漂移的概念零点漂移的概念 所谓零点漂移，是指放大电路在没有所谓零点漂移，是指放大电路在没有输入信号时，输出电压偏离原来的起始点输入信号时，输出电压偏离原来的起始点而上下波动。而上下波动。 零点漂移的产生，主要是因晶体三极零点漂移的产生，主要是因晶体三极管的参数受温度的影响，因此零点漂移也管的参数受温度的影响，因此零点漂移也称为温度漂移，简称温漂。称为温度漂移，简称温漂。 抑制零点漂移可以采用多种措施，其抑制零点漂移可以采用多种措施，其中最有效的措施是采用差动放大电路，简中最有效的措施是采用差动放大电路，简称称“

2、差放差放”。3.1.2 差动放大电路的基本形式差动放大电路的基本形式1电路构成与特点电路构成与特点2差动放大电路抑制零漂的原理差动放大电路抑制零漂的原理 利用电路对称性可以抑制零点漂移现利用电路对称性可以抑制零点漂移现象。象。3静态分析静态分析 EEBEE1e2UUI R图图3.1 3.1 典型基本差动放大电路典型基本差动放大电路 图图3.2 3.2 基本差动放大电路的直流通路基本差动放大电路的直流通路 所以，静态射极电流为所以，静态射极电流为EEBEE1C1e2UUIIR（3-13-1） 静态基极电流为静态基极电流为C1B1II（3-23-2） 静态时静态时VT1管压降为管压降为CE1CCE

3、EC1cE1e2UUUI RI R（3-33-3） 因电路参数对称，因电路参数对称，VT2管的静态参数管的静态参数与与VT1管相同，故静态时，两管集电极对管相同，故静态时，两管集电极对地电位相等，即地电位相等，即UC1=UC2。 故两管集电极之间电位差为零，即输故两管集电极之间电位差为零，即输出电压出电压uo=UC1UC2=0。4差模信号与共模信号差模信号与共模信号 定义差模信号为两个输入信号之差，定义差模信号为两个输入信号之差，共模信号为两个输入信号的算术平均值，共模信号为两个输入信号的算术平均值，即即idi1i2i1i2ic2uuuuuu（3-43-4） 这样，可以用差模和共模信号表示两这

4、样，可以用差模和共模信号表示两个输入信号：个输入信号：i1idici2idic1212uuuuuu （3-53-5）oudiducicuA uA u（3-63-6） 其中，其中，Aud为差模电压放大倍数（定义为差为差模电压放大倍数（定义为差模输出电压模输出电压uod与差模输入电压与差模输入电压uid的比值）；的比值）；Auc为共模电压放大倍数（定义为共模输出电压为共模电压放大倍数（定义为共模输出电压uoc与共模输入电压与共模输入电压uic的比值）。的比值）。5差模特性分析差模特性分析（1）差模电压放大倍数）差模电压放大倍数Audodod1od2od1od1Cudidi1i2i1i1be22uu

5、uuuRAuuuuur （3-73-7） 差动放大电路双端输出时的差模电压放差动放大电路双端输出时的差模电压放大倍数和单边电路的电压放大倍数相等。大倍数和单边电路的电压放大倍数相等。 若在若在VT1、VT2集电极之间接负载集电极之间接负载RL，电路的差模电压放大倍数为电路的差模电压放大倍数为Lcudbe/2RRAr （3-83-8）图图3.3 3.3 基本差动放大电路差模输入时的交流通路基本差动放大电路差模输入时的交流通路 图图3.4 3.4 带负载的差动放大电路带负载的差动放大电路idbe2rr（3-93-9）（2）差模输入电阻）差模输入电阻rid（3）差模输出电阻）差模输出电阻rododc

6、2rR（3-103-10）6共模特性分析共模特性分析（1）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数Aucuc0A（3-113-11） 图图3.5 3.5 共模输入时基本差放电路的交流通路共模输入时基本差放电路的交流通路（2）共模抑制比）共模抑制比KCMR 定义差模电压放大倍数与共模电压放定义差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比为共模抑制比，即大倍数之比为共模抑制比，即udCMRucAKA（3-123-12） 差模电压放大倍数越大，共模电压放差模电压放大倍数越大，共模电压放大倍数越小，大倍数越小，KCMR越大，差动放大电路的越大，差动放大电路的性能越好。性能越好。 为了方便，也可用分贝（为了方便，也

7、可用分贝（dB）的形式）的形式表示共模抑制比表示共模抑制比udCMRuc20lgAKA（3-133-13） 3.1.3 差动放大电路的输入、输出形式差动放大电路的输入、输出形式 差动放大电路具有差动放大电路具有4种不同的工作状态：种不同的工作状态：双端输入，双端输出；单端输入，双端输出；双端输入，双端输出；单端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出。双端输入，单端输出；单端输入，单端输出。1. 单端输入单端输入i1ii1122uuu，i2ii1122uuu ， 可以看作一对差模信号（可以看作一对差模信号（ ）和一）和一对共模信号（对共模信号（ ）的叠加，故可以直接）的叠加，故可

8、以直接利用双端输入时的公式（式（利用双端输入时的公式（式（3-6）进行）进行计算。计算。i12ui12u2. 单端输出单端输出 单端输出的输出信号可以取自单端输出的输出信号可以取自VT1或或VT2的集电极。的集电极。（1）单端输出时的差模电压放大倍数）单端输出时的差模电压放大倍数Aud1 根据单端输出位置不同，差模电压放根据单端输出位置不同，差模电压放大倍数可正可负。大倍数可正可负。Lud1be12RAr（3-143-14）（2）单端输出时的共模电压放大倍数）单端输出时的共模电压放大倍数Auc1cuc1bee2 1RArR （3-153-15）（3）单端输出时的共模抑制比）单端输出时的共模抑制

9、比eCMRbeRKr（3-163-16）（4）单端输出时差动放大电路的输出电阻）单端输出时差动放大电路的输出电阻odcrR（3-173-17）例题例题3-1：在图：在图3.6所示差动放大电路中，已知所示差动放大电路中，已知UCC=UEE=12V，三极管的，三极管的 =50，Rc=30k ，Re=27k ，R=10k ，RW=500 ，设，设RW的活动的活动端调在中间位置，负载电阻端调在中间位置，负载电阻RL=20k 。试估算。试估算放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数Aud、差模输入电阻差模输入电阻rid和输出电阻和输出电阻rod。解：由三极管的基极回路

10、可得：解：由三极管的基极回路可得：EEBEQBQeW120.7mA0.004mA120.510512 270.5 0.5UUIRRRCQBQ50 0.004 mA0.2mAIICQCCCQc120.2 30 V6VUUIRBQBQ0.004 10 V0.04V40mVUIR EQBQBEQ( 0.040.7)V0.74VUUU CEQCQEQ60.74 V6.74VUUU 差模输入时放大电路的交流通路如图差模输入时放大电路的交流通路如图3.7所示。所示。 由图可求得差模电压放大倍数为由图可求得差模电压放大倍数为LudWbe12RARRr 图图3.6 3.6 接有调零电位器的差动放大电路接有调零

11、电位器的差动放大电路 图图3.7 3.7 图图3.63.6的交流通路的交流通路式中，式中，LLc/30k/10k7.5k2RRR bebbEQ26261(20051)68306.83k0.2rrI 则则 ud50 7.512.7106.8351 0.5 0.5A Widbe212106.8351 0.5 0.5 k59k2RrRrodc22 30 k60krR3.1.4 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路例题例题3-2：在图：在图3.10所示的恒流源式差动放所示的恒流源式差动放大电路中，设大电路中，设UCC=UEE=12V，三极管的，三极管的 均均为为50，Rc=100k ，Re=33k

12、 ，R=10k ，RW=200 ，稳压管的，稳压管的UZ=6V。试估算（。试估算（1）放大电路的静态工作点放大电路的静态工作点Q；（；（2）差模电压放）差模电压放大倍数；（大倍数；（3）差模输入电阻和差模输出电）差模输入电阻和差模输出电阻。阻。图图3.8 3.8 恒流源式差动放大电路恒流源式差动放大电路 图图3.9 3.9 恒流源式差动放大电路的简化表示法恒流源式差动放大电路的简化表示法解：解：（1）静态分析）静态分析由图可见由图可见ZBEQ3CQ3EQ3e60.7mA0.16mA33UUIIR则则 CQ1CQ2CQ310.08mA2IIICQ1CQ2CCCQC120.08 100 V4VUU

13、UIRCQ1BQ1BQ280A1.6A50IIIBQ1BQ2BQ11.6 10 mV16mVUUIR （2）差模电压放大倍数）差模电压放大倍数图图3.10 3.10 例题例题3-23-2电路图电路图 图图3.11 3.11 图图3.103.10的交流通路的交流通路其中其中 cudWbe12RARRr bebbEQ2651 26120016.8k0.08rrI 所以所以 ud50 10015710 16.851 0.5 0.2A （3）差模输入电阻和差模输出电阻）差模输入电阻和差模输出电阻 由单边电路的交流分析可知由单边电路的交流分析可知Widbe21210 16.851 0.5 0.2 k64

14、k2RrRrodc22 100k200krR3.2.1 集成运算放大器的基本组成集成运算放大器的基本组成图图3.12 3.12 集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分 图图3.13 3.13 集成运算放大器的电路符号集成运算放大器的电路符号3.2.2 集成运算放大器的主要性能指标集成运算放大器的主要性能指标1开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数2输入失调电压输入失调电压3输入偏置电流输入偏置电流B1B2IB2III（3-193-19）4输入失调电流输入失调电流IOB2B1III（3-203-20）5输入失调电压温漂和输入失调电输入失调电压温漂和输入失调电流温漂流温漂6共模抑制比共模抑

15、制比7差模输入电阻差模输入电阻8输出电阻输出电阻3.2.3 集成运算放大器的选择与使用集成运算放大器的选择与使用1集成运放的选择集成运放的选择（1）信号源的性质）信号源的性质（2）负载的性质）负载的性质（3）精度要求）精度要求（4）环境条件）环境条件2集成运放参数的测试集成运放参数的测试 用万用表估测运放的放大能力。用万用表估测运放的放大能力。 以以 A741为例，其管脚排列如图为例，其管脚排列如图3.14（a）所示。）所示。图图3.14 3.14 A A 741 741参数设置参数设置3集成运放在使用前必做的工作集成运放在使用前必做的工作（1）辨认集成运放的管脚）辨认集成运放的管脚（2）测量参数