中职 电子线路（第3版）第3章电子课件（）.ppt

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1、中职 电子线路（第3版）第3章电子课件（高教版）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3.3 应用与实验 许多放大器都是由多级当大电路组成的，各级放大电路对微弱信号进行接续放大，从而获得必要的电压幅数或足够的功率。多级放大器的组成模式可用下列框图示意：第一级第(n1)级第二级第n级输入输出前置级末前级末级(输出级)功率放大电压放大多级放大器的耦合耦合的概念及类型：多级放大电路中，前后两级之间的联接方式称为耦合。常用的级间耦合有阻容耦合、直接耦合及变压器耦合三种方式。阻容耦合方式的结构简单，易于调整，适合于交流放大电路；直接耦合结构较复杂，调整比较繁琐。在集成电路得到极

2、大发展以来，直接耦合的应用越来越多；变压器耦合结构虽比较简单，但元件体积大、重量大、不适于电路的小型化和集成化，在应用上有许多局限性，许多场合已被前两种方式所取代。为了能对缓慢变化的信号或直流信号进行放大，不能采用阻容耦合而只能采用直接耦合将前级的输出信号直接接到后级的输入端.直接耦合的结构虽然简单，但存在着严重问题，一是前后级静态工作点的相互影响；二是所谓的零点漂移。直接耦合放大电路的两个特殊问题3.1 差动放大电路R2、Re2:为设置合适的Q点而增加。1.各级工作点的互相影响与合理安排问题+VCCu0Rc2VT2uiRc1 R1VT1R2Re2返回2.直耦放大电路的特殊问题零点漂移零漂现象

3、：产生零漂的原因：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。+Re1b1Rc1RVT1ouuiVT2VCCRe2VEE 例如 若输出有1 V的漂移电压。则等效输入有100 uV的漂移电压假设第一级是关键3.减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿采用差动放大电路等效 100 uV漂移 1 V+Re1b1Rc1RVT1ouuiVTV2CCRe2VEE零点漂移的抑制（1）对电路元件进行认

4、真筛选及做“老化”处理，确保质量和参数的稳定性。（2）采用稳定度高的稳压电源减小电源电压波动引起的零漂。（3）采用差动放大电路。一.结构:对称性结构即：1=2=UBE1=UBE2=UBE rbe1=rbe2=rbe RC1=RC2=RC Rb11=Rb12Rb11=Rb12=Rb,R1=R2 3.1.1 基本差动放大电路差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。1.差动放大电路一般有两个输入端：双端输入从两输入端同时加信号。单端输入仅从一个输入端对地加信号。2.差动放大电路可以有两个输出端。双端输出从C1 和C2输出。单端输出从C1或C2 对地输出。二.几个基本概念5/15/20233.差模

5、信号与共模信号共模信号：差模电压增益：共模电压增益：总输出电压：4.共模抑制比(1)(1)共模信号 共模信号 u ui1 i1=u ui2 i2 大小相等、极性相同的信号 大小相等、极性相同的信号(2)(2)差模信号差模信号 uui1 i1=uui2i2大小相等、极性相反大小相等、极性相反差模信号：三、抑制零漂的原理:Uo=UC1-UC2=0当ui1=ui2=0 时，当温度变化时：UC1=UC2设温度T ic1,ic2 uc1,uc2 uo=uc1-uc2=0四、放大倍数1.差模放大倍数Aud 放大电路以差模信号输入时，有uId=uI1uI2=2uI1，此时，放大电路中有uO1=uO2，则uO

6、d=uO1uO2=2uO1。设两个单管放大电路的放大倍数为Au1和Au2，显然Au1=Au2，则整个差动放大电路的放大倍数有 由上式可见，差动放大电路采用双端输入，双端输出时，它的差模放大倍数与单管放大电路的放大倍数相同。所以，我们只要求出其中一个单管放大电路的放大倍数即可求得差动放大电路的Aud。差动电路多用了一组放大电路，只不过换来对零漂的抑制作用。2.共模放大倍数Auc 此时两管输入信号uI1=uI2=uIc，它们是大小相等且极性相同的信号，称为共模信号，这种输入方式称为共模输入。因为两边电路完全对称，所以uO1=uO2，则uOc=uO1uO2=0。一个完全对称的差动放大电路，它的共模放

7、大倍数为 实际的差动放大电路不可能两边完全对称，Auc并不精确为0，但通常很小。当外界的干扰信号同时从两管基极输入时，就相当于共模输入，再如由于温度变化，造成两管产生同样的零漂电压，也相当于在输入端加入共模信号。可见，共模信号在放大电路中起干扰作用。由上面分析可知，差动放大电路的Auc很小，不能对共模信号放大，所以能有效抑制共模信号的干扰。【例3.1】在图3.6对称差动放大电路中，已知V1、V2为硅管，且均为50，rbb 均为300，输入端分压电阻R1=R220k（计算中可忽略），Rb11=Rb12=300k，Rc1=Rc2=10k，Rb21=Rb22=20k，VCC=12V，求：静态工作点；

8、Aud。解：因为两边单管放大电路对称，静态工作点均相同，则 忽略R1、R2，有ICQ1=ICQ2=IBQ1=503 A=150 AUCEQ1=UCEQ2=VCCICQ1RC1=12 0.1510=10.5V rbe1=rbe2=300+(1+)=300+51=9.14k 因为单管放大电路为共发射极电路，则注意：如果差动放大电路的输出端带有负载RL，则求放大倍数时应考虑，单管放大电路的等效负载为RL的一半，则有3.1.2 带发射极电阻Re的差动放大电路1.失调与调零实际上差放很难做到完全对称，所以在静态时，输出电压不为0，这种现象称为失调。为了消除失调，在实际差放电路中采用调 为了消除失调，在实

9、际差放电路中采用调零电路。调节 零电路。调节RP RP可以改变两个晶体管发射 可以改变两个晶体管发射极电阻的大小，从而改变两管的发射极电 极电阻的大小，从而改变两管的发射极电流，也改变了集电极电流，使无输入信号 流，也改变了集电极电流，使无输入信号时的输出信号 时的输出信号u uO O=0=0，+_+_+VCCuuci1i2VTVT12RcRbR bROuREEeV(1)加入差模信号 ui1=-ui2=uid/2，2.电路的动态分析 所以，Re对差模信号相当于短路。若ui1,ui2 ib1,ib2 ie1,ie2 IRe不变 UE不变uic=0。+2+REidb2VTuVTi1idb1R Ru

10、c c+i22uRuuEu+o1ouo2求差模电压放大倍数：因为ui1=-ui2设ui1,ui2 uo1,uo2。电路对称uo1=uo2 uo=uo1 uo2=2 uo1 差模电压放大倍数+ibberR-+Co1uRL-+ui1icib2bR+2+REidb2VTuVTi1idb1R Ruc c+i22uRuuEu+o1ouo2差模输入电阻输出电阻+2+REidb2VTuVTi1idb1R Ruc c+i22uRuuEu+o1ouo2(2)加入共模信号 ui1=ui2=uic，uid=0。设ui1，ui2 uo1，uo2。因ui1=ui2，uo1=uo2 uo=0(理想化)。共模电压放大倍数+

11、_+uueuR1CCREVTo1RL+i2uic+cuRobVT+RebI2RVVo2cR+i1uEEicu3.2.3 具有恒流源的差动放大电路 根据共模抑制比公式：加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re。等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。恒流源的作用3.1.4 差动放大电路的四种接法 差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双入双出）2.双端输入、单端输出（双入单出）3.单端输入、双端输出（单入双出）4.单端输入、单端输出（单入单出）主要讨论的问题有：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数

12、差模输入电阻 输出电阻1.双端输入双端输出(1)差模电压放大倍数（2）共模电压放大倍数（3）差模输入电阻（4）输出电阻+_+oo2cu+bV2uuRLRi2+o1VTeRRui1cVbCCuEE+R1VTR2.双端输入单端输出 这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。(1)差模电压放大倍数（2）差模输入电阻（3）输出电阻+_cu+bV2uRLRi2o1VTeRRi1cVbCCuEE+R1VTR+（4）共模电压放大倍数 ui1=ui2=uic，设ui1，ui2 ie1，ie1。iRe（=2 ie1）画出共模等效电路+_cu+bV2uRLRi2o1VTeRRi1cVbCCuEE+R1VTR+

13、icu uiciRe求共模电压放大倍数：+i-RbeuLuRR+r-bo1cbbiicciRe2uucic+b1uRicci1VT2RRo1RuuVT+i2bR+LieRe1Re22 ie2 3.单端输入双端输出 单端输入等效双端输入:因为Re从T2发射极看进去的等效电阻，故 Re 可视为开路，于是有ui1=ui2=ui/2 计算同双端输入双端输出：_+VRi1RbecV2 VTRR+bcuEEouRReVTCC1i+4.单端输入单端输出 注意放大倍数的正负号：设从VT1的基极输入信号，如果从uo1 输出为负号；从uo2 输出为正号。计算同双入单出：_+VRi1RbecV2 VTRR+Lbcu

14、EEo1uRRRe VTCC1i+(1)差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：差动放大器动态参数计算总结 双端输出时：单端输出时：(2)共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：单端输出时：(3)差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。单端输出时，双端输出时，(4)输出电阻(5)共模抑制比 共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。，或 双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：3.2 集成运算放大器 3.3.1 概述集成电路具有如下特点：(1)电路结构和元器件的性能参数比

15、较一致，对称性好。(2)高阻值电阻在集成电路中常用三级管组成的恒流源替代。(3)大电容和电感不易制造，常采用外接方式。(4)在集成电路中，二极管常用三极管的发射结代替。(5)多级放大电路都采用直接耦合方式。集成电路是利用特殊的制造工艺，把晶体管、电阻、导线等集中制作在一小块半导体基片上，构成一个完整的电路。将多级放大电路的差动输入级、中间放大级、输出功率级和偏置电路等集成在同一基片上就可得到高性能的集成多级放大电路集成运算放大器。3.3.2 集成运算放大器的组成 集成运放的类型很多，电路也不尽相同，但结构差别不大，主要由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成，输入级由具有恒流源的差动放大器组成，

16、以减小运放的零漂。中间级由直接耦合的多级电压放大电路组成，中间级是集成运放的主要电压放大级，提供较高的电压放大倍数。输出级一般由射极输出器或互补推挽电路组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路为各级放大电路提供静态工作电流，它一般由电流源构成。集成运放电路符号unup uo集成运算放大器符号国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小反相输入端同相输入端输出端VVVo+Aupunu 1.输入失调电UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。3.2.3 集成运放的主要参数 2.输入失调电流 IIO：在零输

17、入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。3.输入偏置电流IIB：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。4.开环差模电压放大倍数 Aod：无反馈时的差模电压增益。一般Aod在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。5.共模抑制比 KCMR：KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。3.3应用与实验3.3.1集成运放的应用常识 1.集成电路的型号第0 部分 第1 部分 第2 部分 第3 部分 第4 部分用字母表示器件用字母表示器件的类型用阿拉伯数字表示器件

18、的系列器件代号用字母表示器件的工作温度范围()用字母表示器件的封装符号意义符号 意义符号意义 符号 意义符号意义C中 国 制 造T TTL与国际同品种保持一致C 070 W 陶瓷扁平H HTL E4085B 塑料扁平E ECL R5585F 全密封扁平C CMOS M55125D 陶瓷直插F线性放大器P 塑料瓷直插D音响电视电路J 黑陶瓷直插W 稳压器 K 金属棱形J接口电路T 金属圆形B非线性电路M 存储器微型机电路2.运算放大器的选择 运算放大器的种类很多，在工作中需要按系统对电路的要求进行选用。一般均选用通用型，其售价较低，且容易购买，只有在有特殊需要时，才选用某种特殊型运放。但并不是价

19、格贵的就好，因为特殊型的也只是某几个技术指标比较突出，但是这些指标是以牺性另一些指标为代价的。另外在选用时，须注意可靠性。如果工作中经常有冲击电压或电流，则应选用有过载保护型的，而且在容量方面要留有充分的余地。3.运算放大器使用注意事项（2）零点调整 零点调整的常用方法是：将两输入端短路接地，利用外接调零电位器调整，使输出电压为0，具体的调零方法可参阅有关说明书。（3）消除寄生振荡 集成运算放大器开环电压放大倍数很大，容易引起振荡，寄生振荡频率在几十至几百kHz范围。为此，常要加阻容补偿网络，具体参数和接法可查阅使用说明书。合适的补偿网络参数数值应通过实验确定。（4）保护电路1）电源极性的保护

20、2）输入保护3）输出保护3.3.2 差动式放大器实验一、实验目的（1）学会差动式放大器零点的调整方法和工作点的测试方法。（2）掌握对差动式放大器的差模放大倍数的测试方法。（3）熟悉对差动式放大器的共模抑制比的测试方法。二、实验原理1实验电路元件参考数值：Rc1=Rc2=12k，Rb1=Rb2=20k，R1=R2=510，Rb3=47k，Rb4=15k，Re1=12k，Re2=5.6k，RP=680，V1,V2：5G921组合型对管，V3：3DG6，：5060，VCC=+12V，VEE=12V。四、实验仪器和器材电子电压表：一台；示波器：一台；双路直流稳压电源：一台；数字万用表：一只；低频信号发

21、生器：一台；实验电路板：一块。五、实验内容与步骤1测试静态工作点将S置于1，加上电源，调节RP，使静态时Uo=0V。当达到直流平衡时，测试各点静态电位，并记录在表32中。测试条件 测试值 计算值管号 UCQ（V）UBQ（V）UEQ（V）ICQ（mA）V1V2表32 静态工作点的测试2测量差动电压放大倍数测量值Ui（V）0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9Uo1（V）Uo2（V）计算值Uo（V）AudAud1Aud23测试共模放大倍数并计算共模抑制比测试条件 测试值 计算值f=100Hz，Ui=0.2V Uo1（V）Uo2（V）A1A2A KCMR（双）KCMR

22、（单）接Re1差模共模接恒流源差模共模六、实验分析和总结（1）整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。（2）从传输特性分析，线性区的范围受哪些参数影响？为什么？（3）如何提高差模电压放大倍数？（4）哪种线路的共模抑制比高？为什么？（5）分析讨论差动放大器是如何解决放大器的零点漂移与放大倍数之间的矛盾的。本章小结（1）放大电路的级间耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合等。放大电路一般采用阻容耦合，因为它电路简单，调试方便；而对于直流或缓慢变化的信号，则必须采用直接耦合方式。（2）直接耦合放大电路存在直流电位配合和零点漂移两大问题。通常采用电平移动电路来解决前后级静态工作点的

23、合理安排问题，采用差动放大电路解决零点漂移问题。（3）在基本的差动放大电路中，利用参数的对称性进行补偿来抑制零点漂移。常用共模抑制比KCMR来衡量差动放大电路抑制共模信号的能力，KCMR=|Aud/Auc|，KCMR越大，则共模抑制能力越强。（4）集成电路是将包括元件、器件及电路连线在内的整个电路制作在一块半导体基片上，构成特定功能的电子电路。它具有体积小，性能好的优点，得到越来越广泛的应用。集成运放是众多集成电路中的一种。（5）集成运放是高放大倍数的直接耦合多级放大电路。为抑制零点漂移，输入级常采用差动放大电路，中间级一般为共射极电路，输出级多用互补输出，以提高带负载能力。（6）集成运放的主要参数有UIO、IIO、IIB、Aod、KCMR等，使用时应合理选用。