第五章集成运算放大器

集成运算放大器集成运算放大器（简称运放）是一种高电压放大倍数的直接耦合放大器。它工作在放大区时，输入和输出呈线性关系，所以它又被称为线性集成电路。这一章我们来学习集成放大电路的组成原理，重点来学习差动放大电路。在学习时我们把它的内容分为三节，它们是：§5、1差动放大电路§5、2集成运算放大器§5、3总结§5、1差动放大电路(第一页)我们先来学习一个概念---------零点漂移一：零点漂移零点漂移可描述为：输入电压为零，输出电压偏离零值的变化。它又被简称为：零漂问题：零点漂移是怎样形成的？答：运算放大器均是采用直接耦合的方式，我们知道直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化象：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。产生零漂的原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。解决零漂最有效的措施是：采用差动电路。二：差动放大电路1、差动放大电路的基本形式如图（1）所示基本形式对电路的要求是：两个电路的参数完全对称两个管子的温度特性也完全对称。它的工作原理是：当输入信号Ui=0时，则两管的电流相等，两管的集点极电位也相等，所以输出电压Uo=UC1-UC2=0。温度上升时，两管电流均增加，则集电极电位均下降，由于它们处于同一温度环境，因此两管的电流和电压变化量均相等，其输出电压仍然为零。它的放大作用（输入信号有两种类型）（1）共模信号及共模电压的放大倍数Auc共模信号---在差动放大管T1和T2的基极接入幅度相等、极性相同的信号。如图（2）所示共模信号的作用，对两管的作用是同向的，将引起两管电流同量的增加，集电极电位也同量减小，因此两管集电极输出共模电压Uoc为零。因此：。于是差动电路对称时，对共模信号的抑制能力强（2）差模信号及差模电压放大倍数Aud差模信号---在差动放大管T1和T2的基极分别加入幅度相等而极性相反的信号。如图（3）所示差模信号的作用，由于信号的极性相反，因此T1管集电极电压下降，T2管的集电极电压上升，且二者的变化量的绝对值相等，因此：此时的两管基极的信号为：所以：，由此我们可以看出差动电路的差模电压放大倍数等于单管电压的放大倍数。输入端信号之差为0时，输出为0；输入端信号之差不为0时，就有输出。这就被称为差动放大电路§5、1差动放大电路(第二页)基本差动电路存在如下问题：电路难于绝对对称，因此输出仍然存在零漂；管子没有采取消除零漂的措施，有时会使电路失去放大能力；它要对地输出，此时的零漂与单管放大电路一样。为此我们要学习另一种差动放大电路------长尾式差动放大电路2：长尾式差动放大电路它又被称为射极耦合差动放大电路，如右图所示：图中的两个管子通过射极电阻Re和Uee耦合。下面我们来学习它的一些指标(1)静态工作点静态时，输入短路，由于流过电阻Re的电流为IE1和IE2之和，且电路对称，IE1=IE2，因此：(2)对共模信号的抑制作用在这里我们只学习共模信号对长尾电路中的Re的作用。由于是同向变化的，因此流过Re的共模信号电流是Ie1+Ie2=2Ie，对每一管来说，可视为在射极接入电阻为2Re。它的共模放大倍数为：（用第二章学的方法求得）由此式我们可以看出Re的接入，使每管的共模放大倍数下降了很多（对零漂具有很强的抑制作用）(3)对差模信号的放大作用差模信号引起两管电流的反向变化（一管电流上升，一管电流下降），流过射极电阻Re的差模电流为Ie1-Ie2，由于电路对称，所以流过Re的差模电流为零，Re上的差模信号电压也为零，因此射极视为地电位，此处“地”称为“虚地”。因此差模信号时，Re不产生影响。由于Re对差模信号不产生影响，故双端输出的差模放大倍数仍为单管放大倍数：(4)共模抑制比(CMRR)我们一般用共模抑制比来衡量差动放大电路性能的优劣。CMRR定义如下：它的值越大，表明电路对共模信号的抑制能力越好。有时还用对数的形式表示共模抑制比，即：，其中为差模增益。CMR的单位为：分贝（dB）(5)一般输入信号情况如果差动电路的输入信号，即不是共模也不是差模信号时：我们要把输入信号分解为一对共模信号和一对差模信号，它们共同作用在差动电路的输入端。例1：如右图所示电路，已知差模增益为48dB，共模抑制比为67dB，Ui1=5V，Ui2=5.01V，试求输出电压Uo解：∵=48dB，∴Aud≈-251，又∵CMR=67dB∴CMRR≈2239∴Auc=Aud/CMRR≈0.11则输出电压为：§5、2集成运算放大器集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路一：集成运放的组成它有四部分组成：1、偏置电路；2、输入级：为了抑制零漂，采用差动放大电路3、中间级：为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。4、输出级：为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路二：集成运放的性能指标（扼要介绍）1、开环差模电压放大倍数Aod它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。2、最大输出电压Uop-p它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。3、差模输入电阻rid它的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。4、输出电阻rO它的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。5、共模抑制比CMRR它放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR越大越好。§5、3总结一：总结这一章主要掌握的内容有一下几点：1、直接耦合放大器的零点漂移现象；2、差动放大器（长尾电路和具有恒流源的电路）直流工作点的计算；3、差动放大器的信号输入、输出方式；4、差动放大器的动态性能（差模电压放大倍数、共模电压放大倍数、CMRR、输入电阻和输出电阻）的分析计算，电路参数变化对放大器的影响。