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1、第4章集成运算放大器本章基本内容、教学要点及能力培养目标本章简要地介绍了集成运算放大电路的组成、基本特性、主要参数及多级直接耦合放大电路的基本单元电路差分放大电路。通过本章的学习，要求能掌握差分放大电路的基本构成，能分析常用的几种基本差分放大单元电路；能讲述集成运算放大器的结构、组成，能分析集成运算放大器的基本特性和主要参数。本章要讨论的问题 差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？为什么它能抑制零点漂移？ 差分放大电路的基本构成及几种常用的基本单元电路？ 集成运放由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 集成运放的电压传输特性有什么特点？为什么？ 集成运放有哪些主要技术指标？如何评价集成运放的
2、性能？4.1差分放大电路重点内容1、差分放大电路的组成及基本单元电路；2、差模信号、共模信号；3、带恒流源的改进型差分放大电路。难点内容差分放大电路的分析、计算。例题详解【案例分析4.1.1】在图4.1.1所示电路中，已知三极管1250，rbe2k，Re2k，Rc10k，RL20k。试求：该电路的差模输入电阻、差模输出电阻和差模电压放大倍数。分析、求解：本案例分析试图通过具体电路的分析计算，来说明差分放大电路差模输入电阻、差模输出电阻和差模电压放大倍数的求取。图4.1.1基本差分放大电路由于整个差分放大电路双端输出时的差模放大倍数Avd等于单管放大电路的电压放大倍数，故可通过单管，对称的一半电
3、路（简称半边电路）的微变等效电路求出Avd。在差模输入时，两管集电极电流变化量大小相等、方向相反，负载RL的中点电位是不随信号变化的零电位，即中点可等效看作交流地，于是有差模信号的交流通路，如图4.1.2（a）所示。因为半边电路的负载为RL /2，于是有半边电路的差模交流小信号微变等效电路如图4.1.2（b）所示。图4.1.2图4.1.1电路的差模等效电路（a）差模信号交流通路（b）差模半边电路微变等效电路（a）（b）从图4.1.2（a）中可以看出，从电路的两个输入端看进去的等效电阻，即电路的差模输入电阻Rid为Rid2rbe此处， Rid22k4k从电路的两个输出端看进去的等效电阻，即电路的
4、差模输出电阻Rod为Rod2Rc此处， Rod210k20k从图4.1.2（b）中可以看出双端输出时的差模电压放大倍数Avd为此处， 125【案例分析4.1.2】在图4.1.1所示电路中，若电路参数同案例分析4.1.1，且输入信号vI15.25V，vI25V，试求：该电路的差模输入信号，共模输入信号；双端输出和单端输出时的共模电压增益，共模输入电阻和共模输出电阻。分析、求解：本案例分析试图通过具体电路的分析计算，来说明差分放大电路差模输入电阻、差模输出电阻和差模电压放大倍数的求取。由vI1vI2，可知，电路输入信号中既有差模信号的成分，又有共模信号的成分，由式（4.1.9），有vIdvI1vI
5、2（5.255）V0.25VvIc（vI1vI2）/2（5.255）/2 V5.125V上述分析同时表明，实际中用仪表可检测vI1、vI2和vId，但用仪表不能直接检测vIc。在图4.4.1所示电路中加入共模信号，此时在共模信号的作用下，由于电路对称，差分放大电路两管集电极电位总是相等的，因此，双端输出时，负载电阻RL中的共模信号电流为零，RL可视为开路；而两管集电极电流的变化总是大小相等、方向相同的，因此，Re上的共模信号压降ve2ic1Reic12Re，从电压等效的观点，可以认为每个三极管的发射极回路中串接了一个2Re的电阻。 双端输入、双端输出此时有双端输入、双端输出的共模信号交流通路，
6、如图4.1.3（a）所示；半边电路的共模微变等效电路，如图4.1.3（b）所示。共模电压放大倍数是指共模输出电压vOc与共模输入电压vIc之比。由图4.1.3（a）中可以看出，双端输出时共模电压放大倍数Avc为图4.1.3图4.1.1电路的共模等效电路（a）共模信号交流通路（b）共模半边电路微变等效电路（b）（a） 由于电路完全对称，vOc1vOc2，故Avc0。温度变化或电压波动引起两管集电极电流的变化，可以等效地视为在输入端加入共模信号的结果。差分放大电路对共模信号的抑制作用，其实质就是用一管集电极电流的变化去补偿另一管集电极电流的变化。从图4.1.3（a）所示电路的两输入端看进去的共模输
7、入电阻为两个半边等效电路输入电阻的并联值，即Ricrbe（1）2Re/2此处， Ric2（150）22/2 k103k通常，Re在几千欧以上，故共模输入电阻比差模输入电阻大得多。从两个输出端看进去的共模输出电阻为从任一输出端看进去电阻的两倍，即Roc2Rc此处， Roc210k20k 双端输入、单端输出此时，在图4.1.1所示电路中，RL不能视为开路，RL是接在一管的集电极与“地”之间。其共模电压放大倍数为由于（1）2Re rbe，上式可简化为，RLRc/ RL在实际电路中，一般2ReRL，故Avc11。即差分放大电路对共模信号没有放大作用，且Re越大，Avc越小，电路对共模信号的抑制能力越强
8、。显然，共模单端输出方式对共模信号的抑制能力要比双端输出方式的小。电路的共模输入电阻Ric与双端输出电路一样，仍为Ricrbe（1）2Re/2此处，Ric2（150）22/2 k103 k电路的共模输出电阻Roc为RocRc，是双端输出电路共模输出电阻的一半。此处，RocRc10k【案例分析4.1.3】具有调零电位器的差分放大电路及电路参数如图4.1.8所示，三极管的50，VBE(on)0.7V，rbb200，试求：（1）电路的静态工作点，IC1、IC2和VC1、VC2；（2）差模电压放大倍数、输入电阻、输出电阻；（3）当RL接在T1管的集电极与地之间时，差模电压放大倍数、共模电压放大倍数、共
9、模抑制比和输出电阻；（4）当vI15mV、vI21mV时，在第3问条件下的单端输出总电压vO1。分析、求解：（1）由于实际电路两边参数不可能完全对称，常用调零电位器RP来消除由于电路不对称而引起的零漂现象。在分析、求解电路时，可假定RP的动触点置于中间位置。静态时，VC1VC2，负载RL中的电流为零，可认为RL开路。由此，有直流通路如图4.1.9所示。由图4.1.9可得图4.1.9直流通路图4.1.8差分电路VC1VC2VCCICRC（60.8563）V3.432V（2）差模放大，双端输出时，有25.27k10.54kRod2Rc236k（3）单端输出时，有Ro1Rc13k（4）单端输出时，输
10、出总电压为vIdvI1vI2（51）mV4mVvIc（vI1vI2）/2（51）/2mV3mVvO1vIdAvd1vIcAvc14（9.5）3（0.32）mV38.96mV课堂提问和讨论解答T4.1.1什么是差模信号？什么是共模信号？解答：大小相等，极性相反的信号称为差模信号，而大小相等、极性相同的信号称为共模信号。通常，任意一对输入信号（vI1、vI2），均可分解为一对差模信号与一对共模信号之代数和，即vI1vIcvId /2，VI2vIcvId /2。其中，差模输入信号（电压），vIdvI1vI2；共模输入信号（电压），vIc（vI1vI2）/2。T4.1.2什么是零点漂移？产生零点漂移的
11、主要原因是什么？解答：零点漂移（简称零漂）是指：放大电路输入信号vI为零时，输出信号vO不为零的现象。半导体器件是温度参数的敏感元件，由于温度变化所引起的三极管参数的变化（三极管是温度参数的敏感元件）是产生零点漂移现象的主要原因，由此而产生的零点漂移也称之为温度漂移（简称温漂）。所以，产生零点漂移的主要原因是温度变化。T4.1.3差分放大电路为什么能较好地抑制零点漂移？解答：温度变化是产生零点漂移的主要原因。如图4.1.1所示基本差分放大电路，当环境温度发生变化或电源电压出现波动时，由于T1、T2两管特性相同，电路对称，由温度变化或电源电压波动变化引起的两个三极管参数的变化量是相同的，iC1i
12、C2，vC1vC2，所以输出电压变化量为vOvC1vC20。这说明，差分放大电路利用电路的对称特性对两管产生的同向漂移具有很强的抑制作用，即差分放大电路对温漂等零点漂移现象具有很强的抑制作用。图4.1.1基本差分放大电路T4.1.4差分放大电路的发射极接恒流源后有什么好处？解答：增大差分放大电路发射极电阻Re的阻值，能够有效地抑制每一边电路的温漂，提高共模抑制比，这一点对于单端输出方式尤为重要。若Re为无限大，根据式（4.1.11），RLRc/ RL和式（4.1.14），有Avc0，KCMR。但由于VEE和差分管耐压特性的限制，Re不能取值过大。若采用直流电阻小、交流电阻大，具备恒流源特性的工
13、作点稳定的共射放大电路来等效代替发射极电阻Re ，则既能适用于较低的电源电压，又可提高电路的共模抑制比KCMR。T4.1.5差分放大电路有哪四种输入、输出方式？试比较它们的性能。解答：差分放大电路有双端输入、双端输出，单端输入、双端输出，双端输入、单端输出，单端输入、单端输出四种输入、输出方式。双端输入、双端输出方式适用于输入、输出都不需接地，对称输入、输出的场合；双端输入、单端输出方式适用于将双端输入转换为单端输出的场合；单端输入、双端输出方式适用于将单端输入转换为双端输出的场合；单端输入、单端输出方式适用于输入、输出电路中都需接地的场合。其性能比较如表4.1.1所示。表4.1.1差分放大电
14、路性能比较连接方式双端输出单端输出典型电路差模电压放大倍数共模放大倍数及共模抑制比，非常小，非常大式中Re为电流源内阻，非常大差模输入电阻Rid2rbe共模输入电阻Ricrbe（1）2Re/2输出电阻Ro2RcRoRc用途适用于输出不需接地的场合适用于将双端输入转换为单端输出的场合4.2集成运算放大器重点内容1、集成运算放大器的基本组成；2、集成运算放大器的主要技术指标及物理意义；3、通用型集成运放LM741主要技术指标的典型值。难点内容集成运算放大器的主要技术指标的物理意义。课堂提问和讨论解答T4.2.1集成运算放大器内电路通常由哪几部分组成？各部分的功能是什么？有什么特点？解答：集成运算放大器从本质上看就是一种高性能的直接耦合放大电路，其内部组成通常包含四个基本部分，即差分输入级、中间电压放大级、功率放大输出级和偏置电路
