第十章 集成运算放大器

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1、10.1 差动放大器第10章集成运算放大器 10.2 集成运放的概述12.3 集成运放的输入方式12.4 运算放大器的应用10.1 差动放大电路10.1.1直接耦合放大电路10.1.2 基本型差动放大器10.1.3 双电源长尾式差动放大器10.1.4 恒流源式差动放大器10.1.5 差动电路的几种接法 10.1.1直接耦合电路因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大，所以阻 容耦合只适用于放大频率较高的交流信号。对于直流信号和低频信号，阻容耦合已不适用，必 须采用直接耦合方式。R1+ECRC C1C2TRLuiuoR2能够放大直流信号（包括慢变信号和低频信号）的 放大器称为直流放大器。建立静态工作

2、点+UCCuoRC2T21.前后级Q点相互影响。（须增加RE2）问题:uiRC1R1T1R2RE22.零点漂移:前一级的温漂将作为后一级的输 入信号，被一级级放大，导致后级饱和或截 止。（须增加两级之间的直流负反馈）直接耦合放大器的级联1.结构:对称性结构10.1.2基本型差动放大器(P250)+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uo= uC1 - uC2 uC1uC22.优点：抑制温漂 原理如下:uo= uC1 - uC2 = 0uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0当ui1 = ui2 = 0 时，当温度变化时：对称性uC1 = uC2

3、uC1 = uC2+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uC1uC23.共模电压放大倍数ACuo= uC1 - uC2 +UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uC1uC2当ui1 = ui2（大小相等，极性相同），共模输入信号 设ui1 ， ui2 ，使uC1 ， uC2 。因ui1 = ui2， uC1 = uC2 uo= 0 (理想化)。但因两侧不完全对称， uo 0共模电压放大倍数 AC=uo ui1（很小，1)设ui1 ,ui2 , 使uC1 ,uC2 。设uC1 =uC1 - uC1 , uC2 =uC2 + uC2 。因ui1 = -ui2， u

4、C1 = uC2 uo= uC1 - uC2=- uC1- uC2 =- 2 uC1 差模电压放大倍数 Ad=uo ui1 -ui2=uo 2ui1 5.共模抑制比(CMRR)的定义 （P252）CMRR=20 log db(分贝) ACAd例: Ad=-200Ac=0.1CMRR=20 log (-200)/0.1 =66 dbCMRR Common Mode Rejection Ratio 1.结构:10.1.3 双电源长尾式差放特点：加入射极电阻RE加入负电源- UEE ，采用正负双电源供电+UCC(+15V)RCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uo= uC1 - uC2 u

5、C1uC2-UEE （-15V）REui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）RE2.双电源长尾式差放中双电源和射极电阻RE的作用双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供，可以取消R1和RB 四个电阻，且使基极的直流静态电位=0双电源长尾式差放中双电源和射极电阻RE的作用 射极电阻RE的作用：T CIC1 IC2 IE =IE1+IE2UE =IERE+（-UEE ）UBE1 、UBE2 IB1 、IB2 IC1 IC2 uo+UCCRCT1RCT2-UEERE（1）直流负反馈，稳定静态工作点射极电阻RE的作用：（2） R

6、E对共模信号有抑制作用（原理同上，即由 于RE的负反馈作用，使IE基本不变）ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）REIEui1 =- ui2 ，设ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 = ie2 IE不变 结论：IE具有恒 流特性用恒流源代 替RE ，可使 电路进一步 改善放大倍数(1)共模信号输入 ui1 = ui2共模电压放大倍数 AC=uo ui1 (2)差模信号输入ui1 =- ui2ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）REuo= uC1 - uC2差模电压放大倍数 Ad=uo ui1

7、-ui2= RC rbe 放大倍数ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）REuo= uC1 - uC2(3) 如果ui1 ui2 ud差模分量:2ui1 - ui2=共模分量:uC 2ui1 + ui2 = ui1 = uC + ud ui2 = uC - ud叠加分解uC + uduC - ud结论:当两输入 端有任意输入 时,相当于共模 输入和差模输 入共存放大倍数ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）REuo= uC1 - uC2uC + uduC - ud只考虑共模输入时: uoC= ACuC只考虑差模输入时: u

8、od= Ad(2ud) 总输出: uo= uoC + uod = ACuC + Ad(2ud) Ad(2ud)= Ad(2 )= Ad (ui1 - ui2)2ui1 - ui2ud2ui1 - ui2=uC 2ui1 + ui2 =ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE （-15V）REuo= uC1 - uC2总输出: uo= Ad (ui1 - ui2)反相输入端u-同相输入端u_+放大倍数单端输入: 当 ui2=0时, 双端输入uo= Ad ui110.1.4 恒流源式差放电路 电路结构:R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoERCT1RCT2ui1电路

9、特点： IC3具有恒流特性抑制温漂的原理T CIC1 IC2 IC1+IC2 =IC3 =IE3 UBE3 =UB3-UE3R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoERCT1RCT2 ui1IE3R2 R1+R2 （UCC-UEE ）+（-UEE ）UB3=认为稳定UE3 =IE3R3-UEEIC3 结论：IC3保持恒流，对共模 信号抑制，对差模信号相当 于短路加入温度补偿三极管T4（BC短接，相当于二极管 ）R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoEB2RCT1RCT2ui1IE3IE4T CIE3 IE4(UCC+UEE- UBE4)/(R1+R2) 恒定T CUBE4 i

10、BuBET CIE4恒定UBE4减小T4UBE4 UB3 IE3 结论:T4 稳定IE3恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源不影响差模放大倍数。恒流源使共模放大倍数减小，从而增 加共模抑制比。理想的恒流源相当于 阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制 比无穷大。恒流源的作用R2T3R1R3-UEE+UCCui2ERC1T1RC1T2ui1T4T1T2RC2RC2RE2单端输出 , 至下一级双端输出双端输入如单端输出,此RC2可去消10.1.5 差放电路的几种接法 （P252）接法类型：单端输入，双端输入。单端输出，双端输出。+UCCUEEu uo ouu+10.2.1 10.2.1 电路的简单说明电路

11、的简单说明输入级中间级 输出级同相输入端输出端反相输入端输入级：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。uu+ uo集成运算放大器符号反相输入端 u同相输入端 u+ 输出端 uo美国符号：国内符号：集成运算放大器的技术指标(P254)(1) 开环差模电压放大倍数(开环增益)大Auo=uo/(u+-u-)=105-107倍;(2) 共模抑制比高 CMRR=100db以上;(3) 输入电阻大 ri1M, 有的可达10

12、0M以上;(4) 输出电阻小ro =几-几十理想运放：10.2.2 集成运算放大器的分析方法理想化Ao CMRR ri ro 0Ui0 0，Ii0 0uo =Ao (u+ u) Ao u+ u0u+ u uo uu+ ib-ib+u+ =uib-= ib+ =0 ri ib- 0ib+ 0集成运算放大器的分析方法 （P255）输出电压变化范围:最大+UCC -UEE集成运算放大器的分析方法:放大倍数与负载无关uo uu+ ib-ib+RL放大倍数与负载无 关，放大倍数可以 独立计算。ro运放运用信号的放大、运算恒压源、恒流源电路有源滤波电路在运放的应用中，运放的输出与输入 之间加负反馈.301

13、0.3 模拟信号的放大和运算电路(1) 反相比例运算放大器_+RFR1RPuiuoi1iFib-ib+虚地点i1=iF+ ib-=iF , ib- =0 ib+ =0 u+ =0u=u+=0RP=R1/RFF电压放大倍数:iF31_+RFR1RPuiuoi1i2ib-ib+例题1. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，RP 应为多大？Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo= Au ui=(-2)(-1)=2VRP=R1/RF=10/20=6.7 k 32反相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：ri=R1输入电阻(小):uo_+RFR1RPuii1iFib-ib

14、+反馈电阻反馈方式：电压并联负反馈i1=iF+ ib- ib-= i1-iF+-33(2) 同相比例运算放大器u-= u+= uiib+ =0ib- =0 _+RFRfRPuiuoiFifAu=1+RFRfiF=ifRP=Rf/RFFfFf)34_+RFRfRPuiuoiFif例题2. Rf=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，RP 应为多大？uo= Au ui=(3)(-1)=-3VRP=Rf/RF =10/20=6.7 k Au=1+ =1+20/10=3RFRf35_+RFRfRPuiuoAu=1+RFRf当RF=0时,Au=1uo=ui(3) 电压跟随器此电路是电

15、压串 联负反馈，输入电 阻大，输出电阻小 ，在电路中作用与 分离元件的射极输 出器相同，但是电 压跟随性能好。+36(4) 差动放大器_+R2R1R1ui2uoR2ui1ib+ =0ib- =0ui2R2 R1 + R2 u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 ui2R2 R1 + R2 =37以上电路的比较归纳：1.它们都引入电压负反馈，因此输出电 阻都比较小。2.关于输入电阻反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3.以上放大器均可级联,级联时放大倍数 分别独立计算。38例题3. R1=10k , R2=20k , ui 1=-1V， ui 2=1V 。 求:uo uo_+R2R1R1 R2ui1_+ui2_+R2 R1RPuo= (uo2- uo1)=(20/10)3-(-1) =8VR2 R1uo1= ui1=-1Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3V39例题3. 若ui1=sin t