电子线路第03章教材

第3章集成运算放大器

3.1差动放大电路3.2集成运算放大器3.1差动放大电路3.1.1零点漂移的概念

在直接耦合多级放大电路中，由于各级之间的工作点相互联系、相互影响，会产生零点漂移现象。所谓零点漂移，是指放大电路在没有输入信号时，由于温度变化、电源电压波动、元器件老化等原因，使放大电路的工作点发生变化，这个变化量会被直接耦合放大电路逐级加以放大并传送到输出端，使输出电压偏离原来的起始点而上下漂动。产生零点漂移的原因，主要是晶体三极管的参数受温度的影响，所以零点漂移也称为温度漂移，简称温漂。3.1.2差动放大电路的基本形式1.电路构成与特点图3.1所示为差动放大电路的基本形式，从电路结构上来看，它具有以下特点。（1）它由两个完全对称的共射电路组合而成。（2）电路采用正负双电源供电。图3.1典型基本差动放大电路2.差动放大电路抑制零点漂移的原理由于电路的对称性，温度的变化对VT1、VT2两管组成的左右两个放大电路的影响是一致的，相当于给两个放大电路同时加入了大小和极性完全相同的输入信号。因此，在电路完全对称的情况下，两管的集电极电位始终相同，差动放大电路的输出为零，不会出现普通直接耦合放大电路中的漂移电压，可见，差动放大电路利用电路对称性抑制了零点漂移现象。3.1.3参数计算1.静态分析

当ui1=ui2=0时，由于电路完全对称，VT1、VT2的静态参数也完全相同。以VT1为例，其静态基极回路由-UEE、UBE和Re构成，但要注意，流过Re的电流是VT1、VT2两管射极电流之和，如图3.2所示，则VT1管的输入回路方程为：UEE=UBE+2IE1Re图3.2基本差动放大电路的直流通路

2.动态分析（1）输入、输出的四种组态（2）差模信号与共模信号当两个输入信号ui1、ui2大小和极性都相同时，称为共模信号，记为uic，即ui1=ui2=uic。当ui1与ui2大小相同但极性相反时，称为差模信号，记为uid,，即ui1=-ui2=uid差动放大器放大差模信号，抑制共模信号。输入信号ui1、ui2的大小和极性往往是任意的，既不是一对差模信号，也不是一对共模信号，但可以看作是一对差模信号和一对共模信号的叠加。图3.3基本差动放大电路差模输入时的交流通路(3)差模特性分析在电路完全对称的情况下，这两个交流电流之和在Re两端产生的交流压降为零，因此，图3.3的差模输入交流通路中，射极电阻Re被短路。（a）差模电压放大倍数Aud=-BRc/rbe（b）差模输入电阻rid=2rbe（c）差模输出电阻rod=2Rc***带负载的差动放大电路

(1)单端输出：静态工作点Uce1Uce2，计算Uce1,应用公式(2)双端输出：静态工作点不受RL的影响；求动态参数时，RL中心点的电位总是0，所以，相当于各有RL/2的电阻分别接在两个集电极上（4）共模特性分析输入共模信号时的交流通路图3.5共模输入时基本差放电路的交流通路流过Re的交流电流为单管射极电流的两倍，所以共模输入时的交流通路中，射极电阻Re折合到单管上起到2Re的作用。（1）单端输出共模电压放大倍数Auc单（2）共模抑制比KCMR3.2集成运算放大器3.2.1集成运算放大器的基本组成集成运算放大器实质上是一个具有高电压放大倍数的多级直接耦合放大电路。从20世纪60年代发展至今已经历了四代产品，类型和品种相当丰富，但在结构上基本一致，其内部通常包含四个基本组成部分：输入级、中间级、输出级以及偏置电路，如图3.12所示。图3.12集成运放的基本组成部分图3.13所示为集成运算放大器的电路符号。集成运放可以有同相输入、反相输入及差动输入三种输入方式。图3.13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1.开环差模电压放大倍数Aud2.共模抑制比KCMR3.差模输入电阻rid4.输出电阻rod3.2.3集成运算放大器使用中的几个具体问题1.集成运放的选择（1）信号源的性质（2）负载的性质（3）精度要求（4）环境条件

2.集成运放参数的测试以μA741为例，其管脚排列如图3.14(a)所示。其中2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，7脚接正电源15V，4脚接负电源-15V，6脚为输出端，1脚和5脚之间应接调零电位器。μA741的开环电压增益Aud约为94dB(5×104倍)。

图3.14μA741的管脚排列及估测运放的放大能力用万用表估测μA741的放大能力时，需接上±15V电源，输入1mv信号源，万用表交流电压档拨至50V挡，电路如图3.14(b)所示。图3.14μA741的管脚排列及估测运放的放大能力3.集成运放在使用前必做的工作（1）集成运放的管脚（2）参数测量

（3）调零或调整偏置电压

4.集成运放的保护集成运放在使用中常因以下三种原因被损坏：输入信号过大，使PN结击穿；电源电压极性接反或过高；输出端直接接“地”或接电源，此时，运放将因输出级功耗过大而损坏。因此，为使运放安全工作，也需要从这三个方面进行保护。（1）输入保护图3.15(a)所示是防止差模电压过大的保护电路，限制集成运放两个输入端之间的差模输入电压不超过二极管VD1、VD2的正向导通电压。图3.15(b)所示是防止共模电压过大的保护电路，限制集成运放的共模输入电压不超过+U至-U的范围。图3.15输入保护电路（2）输出保护图3.16所示为输出端保护电路，限流电阻R与稳压管VZ构成限幅电路，它一方面将负载与集成运放输出端隔离开来，限制了运放的输出电流，另一方面也限制了输出电压的幅值。当然，任何保护措施都是有限度的，若将输出端直接接电源，则稳压管会损坏，使电路的输出电阻大大提高，影响了电路的性能。图3.16输