第7讲集成运算放大器-1

第6章多级放大电路6.1多级放大电路6.2集成运算放大电路简介6.3差分放大电路6.4功率放大电路6.5功率放大电路6.6集成运算放大电路

6.1多级放大电路耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。动态:传送信号减少压降损失静态：保证各级有合适的Q点波形不失真第二级

推动级

输入级输出级输入输出多级放大电路的框图对耦合电路的要求1

阻容耦合第一级第二级负载信号源两级之间通过耦合电容

C2与下级输入电阻连接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2阻容耦合

Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。共射电路共集电路有零点漂移吗？

利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。2

直接耦合直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。优点：可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。便于集成化。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE2直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻

能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。

当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。第二级第一级Q1合适吗？直接连接输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。如何设置合适的静态工作点？对哪些动态参数产生影响？

用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？若要UCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？二极管导通电压UD≈？动态电阻rd特点？Re必要性？稳压管伏安特性

UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大，则改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用

在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＜

UCQ1

UCQ1

（UBQ2）

＞UBQ1UCQ2＞

UCQ1

2.零点漂移零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。uotO产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化。直接耦合存在的两个问题：1.前后级静态工作点相互影响零点漂移的危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。输入端等效漂移电压输出端漂移电压电压放大倍数

只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。6.1.2多级放大电路的动态参数分析1.电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻

对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。二、分析举例讨论一

失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路共射放大电路共射放大电路饱和失真？截止失真？

首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。

比较Uom1和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。

在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。讨论二：放大电路的选用1.按下列要求组成两级放大电路：①Ri＝1～2kΩ，Au

的数值≥3000；②Ri≥10MΩ，Au的数值≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150；④Ri≥10MΩ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。2.若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？注意级联时两级的相互影响！

集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。运算放大器方框图6.2集成运算放大电路输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差放

。

中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。

输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。

4.1.2

运算放大器的引线

运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号‘+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“-”表示。输出端在输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。集成放大器的符号运算放大器外形图§6.3差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、基本放大电路的组成三、具有恒流源的差分放大电路四、差分放大电路的四种接法五、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因1.什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：差分放大电路零点漂移零输入零输出理想对称二、差分放大电路的组成信号特点？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？典型电路在理想对称的情况下：1.克服零点漂移；2.零输入零输出；3.抑制共模信号；4.放大差模信号。差分放大电路的工作情况电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大原理电路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2两个输入、两个输出两管静态工作点相同1.零点漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+

VC1

)－(VC2+

VC2)=0静态时，ui1

=

ui2

=0当温度升高时

IC

VC

（两管变化量相等）对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.有信号输入时的工作情况两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。(1)共模信号

ui1=ui2

大小相等、极性相同差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信号需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.有信号输入时的工作情况两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，(2)

差模信号

ui1=–ui2

大小相等、极性相反uo=(VC1－

VC1

)－(VC2+

VC１)=－2

VC1即对差模信号有放大能力。+–+–+–+–+–+–差模信号是有用信号(3)比较输入

ui1、ui2大小和极性是任意的。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共模信号差模信号放大器只放大两个输入信号的差值信号—差动放大电路。这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。差分放大电路的分析

Rb是必要的吗？1.

Q点：晶体管输入回路方程：通常，Rb较小，且IBQ很小，故选合适的VEE和Re就可得合适的Q2.抑制共模信号

共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即2.抑制共模信号：Re的共模负反馈作用Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电路，Re=?如

T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3.放大差模信号△iE1=－△iE2，Re中电流不变，即Re

对差模信号无反馈作用。差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即＋－＋－为什么？差模信号作用时的动态分析差模放大倍数4.动态参数：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR

共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。

在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。

根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。

若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数Ac=0

输出电压

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若电路不完全对称，则Ac

0，实际输出电压

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信号对输出有影响。三、具有恒流源的差分放大电路

Re越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。

需在低电源条件下，设置合适的IEQ，并得到得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代Re！具有恒流源差分放大电路的组成等效电阻为无穷大近似为恒流四、差分放大电路的四种接法

由于输入回路没有变化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但是UCEQ1≠UCEQ2。1.双端输入单端输出：Q点分析1.双端输入单端输出：差模信号作用下的分析1.双端输入单端输出：共模信号作用下的分析1.双端输入单端输出：问题讨论（1）T2的Rc可以短路吗？（2）什么情况下Ad为“＋”？（3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？2.单端输入双端输出共模输入电压差模输入电压

输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：

在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？2.单端输入双端输出问题讨论：（1）UOQ产生的原因？（2）如何减小共模输出电压？测试:差模输出共模输出静态时的值3.四种接法的比较：电路参数理想对称条件下输入方式：Ri均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。输出方式：Q点、Ad、Ac、KCMR、Ro均与之有关。1)RW取值应大些？还是小些？2)RW对动态参数的影响？3)若RW滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。五、差分放大电路的改进1.加调零电位器

RW2.场效应管差分放大电路若uI1=10mV，uI2=5mV，则uId=？uIc=？uId=5mV，uIc=7.5mV讨论一

若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为多少？如何设置Q点时如何考虑？1、uI=10mV，则uId=?uIc=?2、若Ad=－102、KCMR＝103用直流表测uO

，uO=?uId=10mV，uIc=5mVuO=AduId+AcuIc+UCQ1=?=?=?讨论二§6.4功率放大电路一、功率放大电路概述二、OCL电路三、其它类型的功率放大电路6.4.1

互补对称功率放大电路对功率放大电路的基本要求功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。(2)由于功率较大，就要求提高效率。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通静态IC较大，波形好,管耗大效率低。乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小效率高。甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC

0，一般功放常采用。互补对称放大电路互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(OutputTransformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(OutputCapacitorless)电路，简称OCL电路。

OTL电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–