集成运算放大器与功率放大器演示文稿

集成运算放大器与功率放大器演示文稿第一页，共五十三页。第9章集成运算放大器与功率放大器9.1差分放大器

9.2集成运算放大器简介

9.3集成运算放大器的应用

9.4功率放大器第二页，共五十三页。9.1差分放大器9.1.1基本差分放大器

1.零点漂移

2.基本差分放大器的电路组成及工作原理

(1)电路组成图9-1所示为基本差分放大器，由两个特性相同的单管共发射极放大电路组成，有两个电源供电，且UCC=-UEE。图9-1基本差分放大器第三页，共五十三页。9.1差分放大器(2)工作原理

1)静态分析。

2)动态分析:

①共模信号与差模信号。共模信号是指无用的干扰或噪声信号。在两输入端加入相同的输入信号，使两只晶体管产生相同的变化，通常把这种大小相等、极性相同的输入信号称为“共模信号”。

②对共模信号的抑制作用。在差分放大器中，无论是温度变化，还是电源电压波动，都会引起两管集电极电流及相应集电极电压产生相同的变化，其效果相当于在两个输入端加了共模信号。第四页，共五十三页。9.1差分放大器③对差模信号的放大作用。图9-1中的输入信号Ui被两个分压电阻R1和R2分为大小相等、方向相反的差模信号Ui1和Ui2，分别加到VT1和VT2基极。在差模信号作用下，两管的集电极产生等值而相反的电流变化，它们共同流过RE时相互抵消，因而对差模信号而言，RE不会产生影响，可视为短路。

(3)共模抑制比共模抑制比的定义是，差模放大倍数Ad与共模放大倍数Ac之比，用KCMR表示，即

例9-1在图9-1所示的差分放大器中，若已知两管各自的单管放大器的放大倍数Ad1=Ad2=-50，差分放大器的共模放大倍数Ac=0.02，试求(1)该差动放大器的差模放大倍数Ad；(2)共模抑制比KCMR。

解：(1)Ad=Ad1=Ad2=-50

(2)KCMR===2500第五页，共五十三页。9.1差分放大器9.1.2差分放大器的几种接法

差分放大器输入端可采用双端输入和单端输入两种方式。

1.双端输入-双端输出接法

2.双端输入-单端输出接法图9-2双端输入-双端输出差分放大器第六页，共五十三页。9.1差分放大器图9-3双端输入-单端输出差分放大器3.单端输入-双端输出接法第七页，共五十三页。9.1差分放大器4.单端输入-单端输出接法图9-4单端输入-双端输出差分放大器第八页，共五十三页。9.1差分放大器图9-5单端输入-单端输出差分放大器第九页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介9.2.1集成运算放大器的基本知识

集成运算放大器是一种高放大倍数的多级直接耦合放大器，作为一种多功能的通用放大器件，它的应用已超出早期的数学运算范畴，广泛应用于电子技术的各个领域，在许多情况下已经取代了分立元器件放大器。

1.组成框图图9-6集成运算放大器的组成框图第十页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介1)输入级：采用具有较高输入电阻和一定放大倍数的双输入端差分放大器，利用它可以使集成运算放大器获得尽可能高的共模抑制比。

2)中间级：中间级的主要作用是电压放大，使集成运算放大器具有足够的放大倍数，通常由多级共发射极放大器构成。

3)输出级：输出级的作用是使电路有较大的功率输出和较强的带负载能力，并具有一定的保护功能。

4)偏置电路：偏置电路的作用是为各级提供所需的稳定静态工作电流。

2.封装第十一页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介图9-7集成运算放大器的封装第十二页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介图9-8LM741集成运算放大器第十三页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介表9-1LM741集成运算放大器各引脚的作用3.电路符号第十四页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介图9-9集成运算放大器的电路符号4.分类

9.2.2集成运算放大器的主要参数

为了表征集成运算放大器的性能，生产厂家制定了很多参数。

1)最大输出电压UoPP：指在额定的电源下，集成运算放大器的最大不失真输出电压的峰-峰值。第十五页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介2)开环电压放大倍数Aud:指没有外加反馈电路时所测出的差模电压放大倍数。

3)输入失调电压UIO:当理想运算放大器的输入电压为零时，为使输出电压也为零，需要在其输入端施加的一个补偿电压。

4)输入失调电流IIO：指输入信号为零时，两个输入端静态电流之差。

5)最大差模输入电压Uidm。

6)最大共模输入电压Uicm。

7)差模输入电阻Rid。

8)输出电阻Ro。

9)共模抑制比KCMR。

9.2.3集成运算放大器的分析方法第十六页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介1.理想集成运算放大器的概念

1)开环差模电压放大倍数Aud→∞。

2)开环差模输入电阻Rid→∞。

3)开环差模输出电阻Rod→0。

4)共模抑制比KCMR→∞。

5)没有失调现象，即当输入信号为零时，输出信号也为零。

2.理想集成运算放大器的电压传输特性图9-10理想运算放大器符号第十七页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介图9-11集成运算放大器的电压传输特性3.理想集成运算放大器工作在线性区的特点第十八页，共五十三页。9.2集成运算放大器简介(1)虚短——两输入端电位相等

(2)虚断——理想运算放大器的输入电流等于零

4.理想集成运算放大器工作在非线性区的特点

(1)输出电压uo具有两值性其值或等于运算放大器的正向最大输出电压+Uom，或等于运算放大器的负向最大输出电压-Uom。

(2)理想运算放大器的输入电流等于零在非线性区内，虽然运算放大器两个输入端的电位不等，但因为理想运算放大器的输入电阻Ri→∞，故仍可认为理想运算放大器的输入电流等于零，即i+=i-=0。第十九页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用9.3.1比例运算电路

将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。图9-12反相比例运算电路第二十页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用1.反相比例运算电路

2.同相比例运算电路图9-13同相比例运算电路第二十一页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用9.3.2加法运算电路

加法运算电路是实现若干个输入信号求和功能的电路。图9-14反相加法运算电路第二十二页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用例9-2一个测量系统的输出电压和某些非电量(经传感器变换为电量)的关系为uo=4ui1+2ui2+0.5ui3，试用集成运算放大器构成信号处理电路，若取Rf=100kΩ，求各电阻值。

解：分析得知输入信号为加法关系，因此第一级采用加法电路，输入信号与输出信号要求同相位，所以再加一级反相器。电路构成如图9-15所示。图9-15例9-2图第二十三页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用9.3.3减法运算电路

如果两个输入端都有信号输入，则为差动输入。图9-16减法运算电路第二十四页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用9.3.4积分运算电路

与反相比例运算电路比较，用电容C代替Rf作为反馈元件，就成为积分运算电路，如图9⁃17a所示。图9-17积分运算电路第二十五页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用9.3.5微分运算电路

微分是积分的逆运算，输出电压与输入电压呈微分关系，其电路如图9⁃18a所示。图9-18微分运算电路第二十六页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用9.3.6电压比较器

电压比较器是将输入电压与一个参考电压进行大小比较，并将结果以高低电平的形式输出。

1.单门限电压比较器图9-19单门限电压比较器第二十七页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用图9-20过零比较器2.双门限电压比较器第二十八页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用图9-21双门限电压比较器第二十九页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用图9-22双门限电压比较器的抗干扰作用3.集成电压比较器简介第三十页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用1)输出高电平UOH=3.3V，输出低电平UOL=-0.4V，适应TTL数字电路要求(LM311型电压范围较宽，以便与CMOS电路匹配)。

2)有较大的上升速率SR，以适应开关电路对响应速度的要求。

3)适应非线性工作状态，所以没有相位补偿(校正)引出脚。

9.3.7集成运算放大器的使用常识

1.消振图9-23消振电路第三十一页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用2.电路的调零图9-24外接调零电位器的调零电路第三十二页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用图9-25外加补偿电压的调零电路3.电源极性错接保护第三十三页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用4.输入保护

5.输出保护图9-26电源端的保护第三十四页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用图9-27输入端的保护第三十五页，共五十三页。9.3集成运算放大器的应用图9-28输出端的保护第三十六页，共五十三页。9.4功率放大器9.4.1功率放大器的要求

从能量转换观点来看，功率放大器和电压放大器没有本质区别，但是它们的工作任务是不同的。

1.有足够大的输出功率

2.效率要高

3.非线性失真要小图9-29功放管外形图第三十七页，共五十三页。9.4功率放大器4.功放管的散热要好

9.4.2功率放大器的分类

1.按功放管静态工作点设置分类图9-30功率放大器的三种工作状态1)甲类功率放大器：静态工作点设在放大区的中部，功放管在整个信号周期内都有电流通过，输出波形是完整的正弦波。

2)乙类功率放大器：静态工作点设置在横轴上，功放管仅在信号的半个周期内有电流通过，其输出波形被削掉一半。第三十八页，共五十三页。9.4功率放大器3)甲乙类功率放大器：静态工作点设在甲类和乙类之间且靠近乙类处，功放管在半个多周期内有信号电流通过，输出波形被削掉一部分。

2.按功率放大器输出端特点不同分类

9.4.3互补对称功率放大器

1.双电源互补对称功率放大器

(1)电路基本结构互补对称功率放大器的原理电路及波形图如图9-31所示。图9-31互补对称功率放大器的原理电路及波形图第三十九页，共五十三页。9.4功率放大器(2)工作原理静态时，两管均无直流偏置而截止，故IB=0，IC=0，因此放大器工作在乙类状态。

(3)主要性能指标估算

1)输出功率Po。

2)管耗PT。

3)直流电源供给的功率PDC。

4)效率η。

5)功放管的选择。第四十页，共五十三页。9.4功率放大器(4)交越失真及其消除方法在乙类功率放大电路中，VT1、VT2两管发射结都没有设置偏置电压，当输入信号电压ui小于死区电压时，两管均处于截止状态，故输出信号的波形在过零点附近的一个区域都将出现明显的失真，这种失真称为交越失真，如图9-32所示。图9-32交越失真第四十一页，共五十三页。9.4功率放大器图9-33OCL甲乙类互补对称功率放大器2.单电源互补对称功率放大器(OTL电路)第四十二页，共五十三页。9.4功率放大器图9-34OTL电路9.4.4集成功率放大器第四十三页，共五十三页。9.4功率放大器1.LM386图9-35LM386外形及引脚排列第四十四页，共五十三页。9.4功率放大器2.LM386应用电路图9-36LM386的应用电路第四十五页，共五十三页。9.4功率放大器本章小结

1.差分放大器是抑制零点漂移最有效的电路形式，其特点是电路对称。

2.集成运算放大器实际使用时，通常把它看成是一个理想器件，集成运算放大器的理想化条件是：开环差模电压放大倍数Aud→∞、开环差模输入电阻Rid→∞、开