1第7章集成運(yùn)算放大器一、差動(dòng)放大電路

（一）基本差動(dòng)放大電路（二）雙電源長尾式差放（三）恒流源式差放電路（四）差放電路的幾種接法（五）差動(dòng)放大電路的傳輸特性二、集成運(yùn)算放大器（一）集成運(yùn)放的典型電路（二）集成運(yùn)放的主要參數(shù)（三）集成運(yùn)放使用時(shí)應(yīng)注意問題2RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC（三）恒流源式差放電路電路結(jié)構(gòu):IC3R2T3R1R3-UEE31.恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。2.恒流源不影響差模放大倍數(shù)。3.恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無窮的電阻，所以共模抑制比是無窮。恒流源的作用4（四）差放電路的幾種接法輸入端接法雙端單端輸出端接法雙端單端雙端輸入雙端輸出：Ad

=Ad1雙端輸入單端輸出：ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE5雙端輸出：Ad

=Ad1單端輸出：對Ad而言，雙端輸入與單端輸入效果是一樣的。ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEEib2ib1ud

=ui,uc

=0雙端輸入：ui1=-ui2=0.5udud

=ui,uc

=0.5ui單端輸入：ui1=-ui

，ui2=06雙端（單端）輸入單端輸出(c1端輸出)：雙端（單端）輸入雙端輸出：

例

差動(dòng)放大電路如圖所示。已知三極管的，β1=β2=50，β3=80，rbb’=100Ω，UBE1Q=UBE2Q=0.7V，UBE3Q=-0.2V，-VEE=-12V,當(dāng)輸入信號ui=0時(shí)，測得輸出端電壓為零。

估算VT1、VT2管的工作點(diǎn)IC1Q

、IC2Q和電阻RE的大??；當(dāng)ui=10mV時(shí)，估算輸出電壓uo的值；

若要在VT2管的集電極得到最大不失真輸出幅度UO2max，對應(yīng)的ui有效值是多少？

解：本題為由VT1與VT2構(gòu)成的差動(dòng)放大電路及VT3構(gòu)成的共射組態(tài)放大電路組合而成。(1)因?yàn)楫?dāng)輸入信號ui=0時(shí)測得輸出端電壓為零。實(shí)際就是指出了該電路的靜態(tài)狀態(tài)。(2)當(dāng)ui=10mV時(shí)，估算輸出電壓uo的值；當(dāng)ui=10mV估算輸出電壓uo的值，實(shí)際就是要求整個(gè)電路的放大倍數(shù)Au。

第一級為單端輸出差動(dòng)電路。

第二級為VT3構(gòu)成的共射組態(tài)電路。

(3)若要在VT2管的集電極得到最大不失真輸出幅度UO2max，對應(yīng)的ui有效值是多少？

由（2）分析可知，要使集電極達(dá)到最大不失真，則在電路的輸入最大幅度對應(yīng)的有效值為

14（五）差動(dòng)放大電路的傳輸特性

前幾節(jié)的討論屬于uid很小時(shí)的差分放大電路的情況。在大信號作用情況下，輸出信號ic(ic1,ic2)隨輸入信號uid的變化曲線稱為傳輸特性。15

簡化差分放大電路如圖所示。16

差模傳輸特性曲線雙端輸出時(shí)17當(dāng)uid=0時(shí)，iC1=IEE/2，iC2=IEE/2當(dāng)-UT<uid<UT時(shí)，近似線性當(dāng)|uid|≥4UT時(shí)，一管飽和，另一管截止在兩管發(fā)射極間串接電阻，可擴(kuò)大線性工作范圍18第7章集成運(yùn)算放大器一、差動(dòng)放大電路

（一）基本差動(dòng)放大電路（二）雙電源長尾式差放（三）恒流源式差放電路（四）差放電路的幾種接法（五）差動(dòng)放大電路的傳輸特性二、集成運(yùn)算放大器（一）集成運(yùn)放的典型電路（二）集成運(yùn)放的主要參數(shù)（三）集成運(yùn)放使用時(shí)應(yīng)注意問題19（一）集成運(yùn)放的典型電路

20集成電路（含運(yùn)放）內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1.電路元件制作在一個(gè)芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。2.電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到幾十千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。3.幾十pF以下的小電容用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。4.二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。21差分式放大輸入級U+U-中間放大級輸出級偏置電路

差分式放大輸入級有兩個(gè)輸入U(xiǎn)+、U-，分別叫做同相輸入端和反相輸入端。提供穩(wěn)定合適的偏流一般由恒流源組成Uo集成運(yùn)放的組成增益級一般高增益共射電路低阻功率輸出級，提高負(fù)載能力2223UEE+UCC

u+uo

u–反相輸入端同相輸入端T3T4T5T1T2IS原理框圖：輸入級中間級輸出級與uo反相與uo同相24對輸入級的要求：盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高KCMRR

,

輸入阻抗Ri盡可能大。對中間級的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。對輸出級的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io

。即輸出阻抗Ro小。集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)（1）采用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級一般采用差動(dòng)放大器。（2）輸入級常采用復(fù)合三極管或場效應(yīng)管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級采用互補(bǔ)對稱式射極跟隨器，以進(jìn)行功率放大，提高帶負(fù)載的能力。25R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC

=IC1+IC2

=1IB

+2(1+1)IB

=[1+2(1+1)]IB為減小IB，提高輸入電阻，T1、T2采用復(fù)合三極管=IC/IB

=1+

2(1+1)12ICIBIE12IC1IC2IB226-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4級：互補(bǔ)對稱射極跟隨器差動(dòng)放大器第2級第1級：差動(dòng)放大器第3級：單管放大器–+集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉例）極性判斷27高輸入阻抗：場效應(yīng)管差分輸入，如LF356高精度低溫漂型：采用超β管和低噪聲差分輸入，并采用熱匹配設(shè)計(jì)和低溫度系數(shù)的精密電阻，如OP27、AD508高速型：采用NPN型管，提高轉(zhuǎn)換速率，如μA715、AD9618低功耗型：用外接偏置電阻和用有源負(fù)載代替高阻值電阻，妨ICL7600高壓型：用三極管的c、b結(jié)和橫向三極管的耐壓性能，或用場效應(yīng)管作為輸入級來提高耐壓，如D41，電源電壓可達(dá)正負(fù)150V28

Ri

大:Rid>1M運(yùn)放的特點(diǎn)：KCMR很大

Ro

?。簬?幾十

Ao

很大:105107理想運(yùn)放：Ri

KCMR

Ro

0Ao

運(yùn)放符號：＋－u－u+uo－＋＋

u－

u+

uoAo國際符號國內(nèi)符號29（二）集成運(yùn)放的主要參數(shù)

評價(jià)集成運(yùn)放好壞的參數(shù)很多，它們是描述一個(gè)實(shí)際運(yùn)放與理想放大器件接近程度的數(shù)據(jù)，這里僅介紹其中主要的幾種。為了合理地選用和正確地運(yùn)用運(yùn)算放大器必須了解各主要參數(shù)的意義。

30開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod

：運(yùn)放在無外加反饋條件下，工作在線性區(qū)的直流差模增益。一般在105107之間。理想運(yùn)放的Aod為。2.差模輸入電阻Rid

：輸入差模信號時(shí)，運(yùn)放的輸入電阻。Rid>1M,有的可達(dá)100M以上。

3.

最大差模輸入電壓Uidmax

：運(yùn)放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時(shí),差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。一般在5V左右，橫向PNP管可達(dá)正負(fù)30V。314.共模抑制比KCMR

：與差分放大電路中的定義相同，是差模電壓增益與共模電壓增益之比。反映各級參數(shù)對稱程度。一般為100-160dB。

KCMR

＝20lg|Avd

/

Avc

|(dB)

5.最大共模輸入電壓Uicmax

：在保證運(yùn)放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過此值時(shí)，輸入差分對管出現(xiàn)飽和，放大器失去共模抑制能力。

326.開環(huán)帶寬BW：又稱為-3dB帶寬，是指開環(huán)差模電壓增益下降3dB時(shí)對應(yīng)的頻率fH。7.單位增益帶寬GBW

：是指開環(huán)差模電壓增益下降0dB時(shí)所對應(yīng)的頻率。8.轉(zhuǎn)換速率SR

：是指集成運(yùn)放在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號（如階躍）時(shí)，輸出電壓隨時(shí)間的最大變化速率。μA741的SR=0.5V/μs339.

輸入偏置電流IIB

：運(yùn)放兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值，用于衡量差分放大對管輸入電流的大小。通常，IIB為0.1～10μA。高的在1nA以下10.輸入失調(diào)電壓UIO

：輸入電壓為零時(shí)，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。UIO是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對稱性的指標(biāo)。典型值為2mV。3411.輸入失調(diào)電流IIO

：在零輸入時(shí)，差分輸入級的差分對管基極電流之差的絕對值，用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。一般為20～100nA。12.輸出電阻Ro：Ro

=幾-幾十。

其他參數(shù)可查閱有關(guān)集成電路手冊。

運(yùn)放是直流放大器，也可放大低頻信號，不適用于高頻信號。35（三）集成運(yùn)放使用時(shí)應(yīng)注意問題1選用元件

集成運(yùn)算放大器類型很多，同一類型按其技術(shù)指標(biāo)又分有許多型號。實(shí)際應(yīng)用中，一定要根據(jù)需要認(rèn)真的選型選號。元件確定后，還應(yīng)進(jìn)行參數(shù)測試以便掌握器件的實(shí)際數(shù)據(jù)與廠家給定的典型數(shù)據(jù)之間的差距，作到心中有數(shù)，這對縮短調(diào)試周期十分有益。

362消振

由于集成運(yùn)放是一個(gè)高增益的多級放大器，雖然它是在負(fù)反饋條件下工作的，但由于在高頻區(qū)將產(chǎn)生附加相移，這就可能使負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答?，在一定條件下會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，從而使運(yùn)放無法穩(wěn)定地工作。

在電路中人為地加一些RC串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)來改變電路的相頻特性或幅頻特性，破壞自激條件，這就是相位校正或相位補(bǔ)償技術(shù)。

一般運(yùn)放出廠時(shí)，廠家都己給出相位校正端子及不同閉環(huán)增益下補(bǔ)償元件RC的數(shù)據(jù)，可由產(chǎn)品手冊上查到。373.調(diào)零

對一個(gè)單片集成運(yùn)放輸入為零時(shí)，輸出可能不為零。主要原因是運(yùn)放中第一級差動(dòng)放大電路存在著失調(diào)電壓和失調(diào)電流，以及使用過程中電路上某些不合理之處引起的。為了減小偏差電壓，就要求：

1．失調(diào)電壓、失調(diào)電流盡可能地小；

2．兩個(gè)輸入端的直流電阻一定要相等；

3．輸入端總串聯(lián)電阻不能過大；

4．偏流應(yīng)盡可能的減小。

這幾條減小偏差的要點(diǎn)是使用運(yùn)放中十分重要的問題。實(shí)際運(yùn)放都有偏差調(diào)整端子。這里要注意偏差調(diào)整電路（調(diào)零電路）僅能人為做到零輸入時(shí)零輸出，而溫度變化產(chǎn)生的失調(diào)溫漂并不能通過調(diào)零電路來消除。384.保護(hù)集成運(yùn)放的電源電壓接反或電源電壓突變，輸入電壓過大，輸出短路等，都可能造成運(yùn)放損壞，因此，使用時(shí)必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

為了防止電源反接造成故障，可在電源引線上串入保護(hù)二極管，使得當(dāng)電源極性接反時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。

為了防止差?；蚬材］斎腚妷哼^高，可在輸入端加一限幅保護(hù)電路，使過大的信號或干擾不能進(jìn)入電路。