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1、第3章 差动放大电路与集成运算放大器 3.1 差动放大电路3.2 集成运算放大器3.1 差动动放大电电路3.1.1 零点漂移的概念在直接耦合多级级放大电电路中，由于各 级级之间间的工作点相互联联系、相互影响，会 产产生零点漂移现现象。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 差动动放大电电路的基本形式差
2、动动放大电电路是一种具有两个输输入端 且电电路结结构对对称的放大电电路，其基本特点 是只有两个输输入端的输输入信号间间有差值时值时 才能进进行放大，即差动动放大电电路放大的是 两个输输入信号的差，所以称为为差动动放大电电 路。1.电电路构成与特点图图3.1所示为为差动动放大电电路的基本形式 ，从电电路结结构上来看，它具有以下特点。（1）它由两个完全对对称的共射电电 路组组合而成。（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.差动动放大电电路抑制零点漂移的原理由于电电路的对对称性，温度的变变化对对 VT1、VT2两管组组成的左右两个放大电电路的 影响是一致的，相当于给给两个
3、放大电电路同 时时加入了大小和极性完全相同的输输入信号 。因此，在电电路完全对对称的情况下，两管 的集电电极电电位始终终相同，差动动放大电电路的 输输出为为零，不会出现现普通直接耦合放大电电 路中的漂移电压电压 ，可见见，差动动放大电电路利 用电电路对对称性抑制了零点漂移现现象。3.静态态分析 当ui1=ui2=0时时，由于电电路完全对对称， VT1、VT2的静态态参数也完全相同。以VT1 为为例，其静态态基极回路由-UEE、UBE和Re 构成，但要注意，流过过Re的电电流是VT1、 VT2两管射极电电流之和，如图图3.2所示，则则 VT1管的输输入回路方程为为： UEE=UBE+2IE1Re
4、图图3.2 3.2 基本差动放大电路的直流通路基本差动放大电路的直流通路 静态时态时 ，两管集电电极对对地电电位相等，即UC1=UC2。故两管集电电极之间电间电 位差为为零，即输输出电压电压 uo=UC1-UC2=0。4.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，即ui1= -ui2时，称为差模信号，记为uid。理想情况下，差放对共模信号没有放大能力。 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。 5.差模特性分析图3.1所示的典型基本差
5、动放大电路，在输入差模信号时，双端输出的交流通路如图3.3所示。 图3.3 基本差动放大电路差模输入时的交流通路 在电电路完全对对称的情况下，这这两个交 流电电流之和在Re两端产产生的交流压压降为为零 ，因此，图图3.3的差模输输入交流通路中，射 极电电阻Re被短路。 （1）差模电压电压 放大倍数Aud （2）差模输输入电电阻rid （3）差模输输出电电阻rod图3.4 带负载的差动放大电路 6.共模特性分析 输输入共模信号时时的交流通路如图图3.5所示。图3.5 共模输入时基本差放电路的交流通路 流过过Re的交流电电流为单为单 管射极电电流的两倍，所以共模输输入时时的交流通路中，射极电电阻不
6、能被短路，其上有交流压压降。（1）共模电压电压 放大倍数Auc（2）共模抑制比KCMR3.1.3 差动动放大电电路的输输入、输输出形式当信号从一个输输入端输输入时时称为单为单 端 输输入；从两个输输入端之间间浮地输输入时时称为为 双端输输入；当信号从一个输输出端输输出时时称 为单为单 端输输出；从两个输输出端之间间浮地输输出 时时称为为双端输输出。因此，差动动放大电电路具 有四种不同的工作状态态：双端输输入，双端 输输出；单单端输输入，双端输输出；双端输输入， 单单端输输出；单单端输输入，单单端输输出。1.单单端输输入单单端输输入和双端输输入并没有本质质的区别别，可以直接利用双端输输入时时的公
7、式进进行计计算。2.单单端输输出单单端输输出的输输出信号可以取自VT1或VT2的集电电极。（1）单单端输输出时时的差模电压电压 放大倍数Aud1（2）单单端输输出时时的共模电压电压 放大倍数Auc1（3）单单端输输出时时的共模抑制比KCMR（4）单单端输输出时时差动动放大电电路的输输出电电阻rod3.差动放大在四种工作状态下的性能特点比较 3.1.4 恒流源式差动动放大电电路考虑虑采用恒流源来代替原来的Re，因 为为恒流源的内阻较较大，可以得到较较好的共 模抑制效果，同时时利用恒流源的恒流特性 给给三极管提供更稳稳定的静态态偏置电电流。恒流源式差动放大电路如图3.8所示。 图3.8 恒流源式差
8、动放大电路 接入恒流三极管后，抑制了共模信号的变变化。有时时，为简为简 化起见见，常常用一个简简化的恒流源符号来表示恒流管VT3的具体电电路，如图图3.9所示。图3.9 恒流源式差动放大电路的简化表示法 3.2 集成运算放大器3.2.1 集成运算放大器的基本组组 成集成运算放大器实质实质 上是一个具有高 电压电压 放大倍数的多级级直接耦合放大电电路。 从20世纪纪60年代发发展至今已经历经历 了四代产产 品，类类型和品种相当丰富，但在结结构上基 本一致，其内部通常包含四个基本组组成部 分：输输入级级、中间级间级 、输输出级级以及偏置 电电路，如图图3.12所示。图图3.12 3.12 集成运放
9、的基本组成部分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标1.开环环差模电压电压 放大倍数Aud2.输输入失调电压调电压UIO3.输输入偏置电电流IIB4.输输入失调电调电 流IIO5.输输入失调电压调电压 温漂UIO/T和输输入失调电调电 流温漂IIO/T6.共模抑制比KCMR7.差模输输入电电阻rid8.输输出电电阻rod3.2.3 集成运算放大器使用 中的几个具体问题问题 1.集成运放的选择选择 （1）信号源的性质质 （2）负载
10、负载 的性质质 （3）精度要求 （4）环境条件 2.集成运放参数的测试测试以A741为为例，其管脚排列如图图3.14(a)所示。其中2脚为为反相输输入端，3脚为为同相输输入端，7脚接正电电源15V，4脚接负电负电 源-15V，6脚为输为输 出端，1脚和5脚之间应间应 接调调零电电位器。A741的开环电压环电压 增益Aud约为约为 94dB(5104倍)。图图3.14 3.14 AA741741的管脚排列及估测运放的放大能力的管脚排列及估测运放的放大能力 用万用表估测A741的放大能力时，需接上15V电源。万用表拨至50V挡，电路如图3.14(b)所示。 图图3.14 3.14 AA741741
11、的管脚排列及估测运放的放大能力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.集成运放的保护护集成运放在使用中常因以下三种原因 被损损坏：输输入信号过过大，使PN结击结击 穿； 电电源电压电压 极性接反或过过高；输输出端直接接 “地”或接电电源，此时时，运放将因输输出级级功 耗过过大而损损坏。因此，为为使运放安全工作 ，也需要从这这三个方面进进行保护护。（1）输输入保护护图图3.15(a)所示是防止差模电压过电压过 大的 保护电护电 路，限制集成运放两个输输入端之间间 的差模输输入电压电压 不超过过二极管VD1、V
12、D2 的正向导导通电压电压 。图图3.15(b)所示是防止共 模电压过电压过 大的保护电护电 路，限制集成运放的 共模输输入电压电压 不超过过+U至-U的范围围。图图图图3.15 3.15 输输输输入保入保护电护电护电护电 路路（2）输输出保护护图图3.16所示为输为输 出端保护电护电 路，限流 电电阻R与稳压稳压 管VZ构成限幅电电路，它一方 面将负载负载 与集成运放输输出端隔离开来，限 制了运放的输输出电电流，另一方面也限制了 输输出电压电压 的幅值值。当然，任何保护护措施都 是有限度的，若将输输出端直接接电电源，则则 稳压稳压 管会损损坏，使电电路的输输出电电阻大大提 高，影响了电电路的性能。图3.16 输出保护电路 （3）电电源端保护护为为防止电电源极性接反，可利用二极管的单单向导电导电 性，在电电源端串接二极管来实实现现保护护，如图图3.17所示。由图图可见见，若电电源极性接错错，则则二极管VD1、VD2不能导导通，使电电源被断开。图图3.17 3.17 电源端保护电源端保护
