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1、下一页总目录 章目录返回上一页 第第3 3章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 3.1 3.1 差分放大电路差分放大电路 3.2 3.2 集成运算放大器的概述集成运算放大器的概述 3.3 3.3 集成运算放大电路中的反馈集成运算放大电路中的反馈 3.4 3.4 信号运算基本电路信号运算基本电路 3.5 3.5 信号处理电路信号处理电路 3.6 3.6 信号产生电路信号产生电路 3.7 3.7 使用集成运算放大器注意事项使用集成运算放大器注意事项 下一页总目录 章目录返回上一页 1. 1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 2.
2、 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想理解运算放大器的电压传输特性，理解理想 运算放大器并掌握其基本分析方法。运算放大器并掌握其基本分析方法。 3. 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和理解用集成运放组成的比例、加减、微分和 积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理。的工作原理。 4. 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。理解电压比较器的工作原理和应用。 本章要求本章要求 第第3 3章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 下一页总目录 章目录返回上一页 多级放大电路及其级间耦合方式多级放大电路及其级间耦合方式 耦合方式：信
3、号源与放大电路之间、两级放大电耦合方式：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。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、阻容耦合和变压器常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器 耦合。耦合。 动态动态: : 传送信号传送信号 减少压降损失减少压降损失 静态：保证各级有合适的静态：保证各级有合适的Q Q点点 波形不失真波形不失真 第二级第二级 推动级推动级 输入级 输入级 输出级输出级 输入输入 输出输出 多级放大电路的框图多级放大电路的框图 对耦合电对耦合电 路的要求路的要求 下一页总目录 章目录返回上一页 直接耦合：直接耦合：将前级的输
4、出端直接接后级的输入端。 可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。 +UCC uo RC2 T2 ui RC1 R1 T1 R2 + + RE2 3.1 3.1 差分放大电路差分放大电路 下一页总目录 章目录返回上一页 2. 2. 零点漂移零点漂移 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。 uo t O 产生的原因：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：直接耦合存在的两个问题： 1. 前后级静态工作点相互影响 下一页总目录 章目录返回上一页 若由于温度的升高若由于温度的升高 I IC1 C
5、1增加 增加 1%1%，试计算输出电压，试计算输出电压 U Uo o 变化了多少？变化了多少？ 已知：UZ=4V， UBE=0.6V， RC1=3k， RC2=500 ， 1= 2=50。 温度升高前， IC1=2.3mA， Uo=7.75V。 IC1 = 2.31.01 mA = 2.323 mA UC1= UZ + UBE2 = 4 + 0.6 V = 4.6 V 例：例： uZ + +UCC uo RC2 T2 ui=0 RC1 R1 T1 R2 + + R DZ 下一页总目录 章目录返回上一页 已知：UZ=4V， UBE=0.6V， RC1=3k， RC2=500 ， 1= 2=50。
6、 温度升高前， IC1=2.3mA， Uo=7.75V。 例：例： uZ + +UCC uo RC2 T2 ui=0 RC1 R1 T1 R2 + + R DZ IC2= 2 IB2 = 50 0.147mA = 7.35mA U U o o = 8.325= 8.3257.75V = 0.575V7.75V = 0.575V 提高了提高了7.42%7.42% 可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输 出电压发生了变化即有零点漂移现象。出电压发生了变化即有零点漂移现象。 下一页总目录 章目录返回上一页 零点漂移的危害：零点漂移的危害： 直接影响对输入
7、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。 输入端等效输入端等效 漂移电压漂移电压 输出端输出端 漂移电压漂移电压 电压电压 放大倍数放大倍数 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。 下一页总目录 章目录返回上一页 由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有 良好的低频特性。 通频带通频带 f |Au | 0.707| Auo | O fH | Auo | 幅频特性幅频特性 抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路 的一个
8、重要的问题。 适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级 间都是直接耦合。 下一页总目录 章目录返回上一页 3.13.1 差分放大电路差分放大电路 3.1.1 3.1.1 差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理 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。 差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。 差动放大原理电路差动放大原理电路 +UCC uo ui1 RC RB2 T1 RB1 RC ui2 RB2 RB1 + + T2 两个输入、 两个输出 两管静态工 作点相同 下一页总目录 章目录返回上一页 1. 1. 抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理 uo=
9、VC1 VC2 = 0 uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0 静态时，ui1 = ui2 = 0 当温度升高时ICVC （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。抑制作用。 +UCC uo ui1 RC RB2 T1 RB1 RC ui2 RB2 RB1 + + T2 下一页总目录 章目录返回上一页 2 2输入方式的分析输入方式的分析 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出 电压为零，即电压为零，即对共模信号没有放大能力对共模信号没有放大能力。 (1)
10、(1) 共模信号共模信号 u ui1 i1 = = u ui2 i2 大小相等、极性相同 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。对零点漂移的抑制水平。 +UCC uo RC RB2 T1 RB1 RCRB2 RB1 + ui1ui2 + T2 + + + + + + 共模信号 需要抑制 下一页总目录 章目录返回上一页 +UCC uo ui1 RC RB2 T1 RB1 RC ui2 RB2 RB1 + + T2 两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化， (2)(2) 差
11、模信号差模信号 u ui1 i1 = = u ui2 i2 大小相等、极性相反 大小相等、极性相反 u uo o = (= (V VC1 C1 V VC1 C1 ) )( (V VC2 C2 + + V VC C ) = ) =2 2 V VC1 C1 即即对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力。 + + + + + + 差模信号 是有用信号 2 2输入方式的分析输入方式的分析 下一页总目录 章目录返回上一页 (3) (3) 比较输入比较输入 u u i1 i1 、 、u ui2 i2 大小和极性是任意的。 大小和极性是任意的。 例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2
12、 = 8 mV 2 mV 例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV 共模信号共模信号差模信号差模信号 放大器只放大器只 放大两个放大两个 输入信号输入信号 的差值信的差值信 号号差动差动 放大电路。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。 下一页总目录 章目录返回上一页 3.1.2 3.1.2 典型差分放大电路典型差分放大电路 +UCC CC uo ui1 RC RP T1 Rb RC ui2 Re Rb + + T 2
13、 2 UEE + R R e e 的作用：的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。 UEE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。 下一页总目录 章目录返回上一页 RE 稳定 Q点 UBE1 UBE2IB1 IB2 自动稳定 自动稳定 温度T IE = 2ICURE IC1 IC2 IC2 IC1 RCRC -EE T1 RB T2 RB RE ui1ui2 uO +UCC RP 下一页总目录 章目录返回上一页 RE : 强负反馈作用也叫共模反馈电阻 不影响差模信号的放大 EE: 抵偿RE的压降 RP: 调零电位器 RCRC -EE T1 RB T2 RB RE ui1ui2 uO +
14、UCC RP RE 稳定 Q点 下一页总目录 章目录返回上一页 uid = ui1 - ui2 = 2ui1 即: -UEE RC T1 Rb RC T2 Rb Re RR +- - ui1ui2 uid u0 3.1.2 3.1.2 典型差分放大电路典型差分放大电路 +UCC 下一页总目录 章目录返回上一页 (1) 静态分析 设 IB1=IB2=IB, IC1=IC2=IC 则: RBIB+UBE+2REIE=EE RBIB+UBE 2REIE VE0 EE +UCC RC T1 RB RE IC UCE IB UBE 2IE 则: ICIE 3.1.2 3.1.2 典型差分放大电路典型差分
15、放大电路 下一页总目录 章目录返回上一页 RR C1 B1 C2 E B2 RC T1 RB RC T2 RB ui1ui2 差模输入信号ui1=-ui2设ui10, 则ui20, VC1 u 时， uo = +Uo(sat) u+ u 时， uo = + Uo(sat) u+1，称为深度负反馈，此时： 在深度负反馈的情况在深度负反馈的情况 下，闭环放大倍数仅与反下，闭环放大倍数仅与反 馈电路的参数有关。馈电路的参数有关。 下一页总目录 章目录返回上一页 例：|A|=300，|F|=0.01。 下一页总目录 章目录返回上一页 3. 3. 改善波形失真改善波形失真 Aui uf ud 加反馈前加
16、反馈前 加反馈后加反馈后 uo 大 略小 略大 略小 略大 负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真， 因此只能减小失真，而不能完全消除失真。因此只能减小失真，而不能完全消除失真。 uo A F 小 接近正弦波 正弦波 ui 下一页总目录 章目录返回上一页 4.4.展宽通频带展宽通频带 引入负反馈使电路的通频带宽度增加引入负反馈使电路的通频带宽度增加 无负反馈 有负反馈有负反馈 BWBW f f BWBW f |Au| O O 下一页总目录 章目录返回上一页 例：例：中频放大倍数 |A0| =10，反馈系数 |F| = 0.01 在原上限、下限频率处 说明加入负反馈后，原上限、下限频率仍在说明加入负反馈后，原上限、
