第4章差动放大电路及运算放大器

合集下载

集成运算放大器电路-模拟电子电路-PPT精选全文完整版

第4章集成运算放大器电路
4―3―2差动放大器的工作原理及性能分析基本差动放大器如图4―12所示。它由两个性能参
数完全相同的共射放大电路组成，通过两管射极连接并经公共电阻RE将它们耦合在一起，所以也称为射极耦合差动放大器。
I UE (UEE ) UEE 0.7
RE
RE
第4章集成运算放大器电路
IC2
R1 R2
Ir
(4―7) (4―8)
第4章集成运算放大器电路
可见，IC2与Ir成比例关系，其比值由R1和R2确定。参考电流Ir现在应按下式计算：
UCC
Ir
UCC U BE1 Rr R1
UCC Rr R1
(4―9)
Ir
Rr
IC2
IB1
V1
＋
UBE1 －
IE1
R1
IB2 ＋
UBE2 － R2
(4―11)
Ir
IC1
IB3
IC1
IC3
IC1 IC2,
IC3
3 1 3
IE3
IE3
IC2
IC1
1
IC2
2
若三管特性相同，则β1=β2=β3=β,求解以上各
式可得
IC3
(1 2ຫໍສະໝຸດ 222)Ir
(4―12)
第4章集成运算放大器电路
利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动态内阻
Ro为
Ro 2 rce
4―2 电流源电路
电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作用。一方面它为各级电路提供稳定的直流偏置电流，另一方面可作为有源负载，提高单级放大器的增益。下面我们从晶体管实现恒流的原理入手，介绍集成运放中常用的电流源电路。

差动放大电路与集成运算放大器

优缺点的比较
差动放大电路
差动放大电路具有结构简单、性能稳定、噪声抑制能力强等优点，适用于对信号质量要求较高的场合。但相对于集成运算放大器，其增益较低，且对元件参数对称性要求较高。
VS
集成运算放大器
集成运算放大器具有高精度、低噪声、低失真等特点，适用于需要进行复杂运算和处理的场合。但其电路结构较为复杂，且对电源电压和温度稳定性要求较高。
差动放大电路的性能指标
• 差动放大电路的性能指标包括电压增益、输入电阻、输出电阻、共模抑制比等。电压增益是指差动放大电路对差分信号的放大倍数；输入电阻是指差动放大电路对输入信号的阻碍作用；输出电阻是指差动放大电路的输出端的内阻；共模抑制比是指差动放大电路对共模信号的抑制能力。
03 集成运算放大器
响应的重要参数。
04 差动放大电路与集成运算放大器的两个输入信号进行差分输入，通过电路的对称性，将差分信号放大并转换为单端信号输出的电路。其工作原理主要基于晶体管的共射输入输出特性，通过调整电路参数，实现差分信号的放大。
集成运算放大器
集成运算放大器是一种将多个晶体管、电阻、电容等元件集成在一块芯片上的模拟电路，具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻等特点。其工作原理基于负反馈和开环增益，通过反馈网络对输入信号进行比例放大，实现信号的运算功能。
差动放大电路与集成运算放大器
目录
• 引言 • 差动放大电路 • 集成运算放大器 • 差动放大电路与集成运算放大器的比较 • 差动放大电路与集成运算放大器的应用实
例 • 结论
01 引言
主题简介
差动放大电路
差动放大电路是一种将差分信号转换为单端信号的电路，具有抑制共模干扰、提高信号动态范围等优点。

运放基本应用电路

运放基本应用电路运放基本应用电路运算放大器是具有两个输入端，一个输出端的高增益、高输入阻抗的电压放大器。

若在它的输出端和输入端之间加上反馈网络就可以组成具有各种功能的电路。

当反馈网络为线性电路时可实现乘、除等模拟运算等功能。

运算放大器可进行直流放大，也可进行交流放大。

R f使用运算放大器时，调零和相位补偿是必须注意的两个问题，此外应注意同相端和反相端到地的直流电阻等，以减少输入端直流偏流 U I 引起的误差。

U O 1．反相比例放大器电路如图1所示。

当开环增益为 ∞（大于104以上）时，反相放大器的闭环增益为： 1R R U U A f I O uf -== （1）图1 反相比例放大器由上式可知，选用不同的电阻比值R f / R 1，A uf 可以大于1，也可以小于1。

若R 1 = R f ，则放大器的输出电压等于输入电压的负值，因此也称为反相器。

放大器的输入电阻为：R i ≈R 1直流平衡电阻为：R P = R f // R 1 。

其中，反馈电阻R f 不能取得太大，否则会产生较大的噪声及漂移，其值一般取几十千欧到几百千欧之间。

R 1的值应远大于信号源的 O 内阻。

2．同相比例放大器、同相跟随器同相放大器具有输入电阻很高，输出电阻很低的特点，广泛用于前置放大器。

电路原理图如图2所示。

当开环增益为 ∞（大于104以上图2 同相比例放大器）时，同相放大器的闭环增益为：1111R R R R R U U A f f I O uf +=+== （2）由上式可知，R 1为有限值，A uf 恒大于1。

同相放大器的输入电阻为：R i = r ic其中： r ic 是运放同相端对地的共模输入电阻，一般为108Ω；放大器同相端的直流平衡电阻为：R P = R f // R 1。

若R 1 ∞（开路），或R f = 0，则A u f 为1，于是同相放大器变为同相跟随器。

此时由于放大器几乎不从信号源吸取电流，因此 U可视作电压源，是比较理想的阻抗变换器。

运算放大器构造及原理

万联芯城销售TI,ADI，ST等原装品牌运算放大器IC。

全现货库存，提供一站式配套服务，万联芯城，三十年电子元器件销售经验，是您的BOM配单专家，为您节省采购成本。

点击进入万联芯城点击进入万联芯城运算放大器的工作原理放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。

用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。

原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。

按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。

高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，运算放大器原理运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。

一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。

最基本的运算放大器如图1-1。

一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。

图1-1 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。

模拟电子技术基础-课程作业

教材模拟电子技术基础（第四版）清华大学模拟电子技术课程作业第1章半导体器件1将PN 结加适当的正向电压，则空间电荷区将( b )。

(a)变宽 (b)变窄 (c)不变2半导体二极管的主要特点是具有( b )。

(a)电流放大作用 (b)单向导电性(c)电压放大作用3二极管导通的条件是加在二极管两端的电压( a )。

(a)正向电压大于PN 结的死区电压 (b)正向电压等于零 (c)必须加反向电压4若将PN 结短接，在外电路将( c )。

(a)产生一定量的恒定电流 (b)产生一冲击电流 (c)不产生电流5电路如图所示，二极管D 1、D 2为理想元件，则在电路中( b )。

(a)D 1起箝位作用，D 2起隔离作用 (b)D 1起隔离作用，D 2起箝位作用 (c)D 1、D 2均起箝位作用 (d)D 1、D 2均起隔离作用D 1V 2V u O6二极管的反向饱和峰值电流随环境温度的升高而( a )。

(a)增大(b)减小 (c)不变7电路如图所示，二极管型号为2CP11，设电压表内阻为无穷大，电阻R =5k Ω，则电压表V 的读数约为( c )。

(a)0.7V (b)0V (c)10VR8电路如图所示，二极管D 为理想元件，输入信号u i 为如图所示的三角波，则输出电压u O的最大值为( c )。

(a)5V (b)10V (c)7VDu O9电路如图所示，二极管为理想元件，u i =6sin ωt V ，U =3V ，当ωt =π2瞬间，输出电压 u O 等于( b )。

(a)0V (b)6V(c)3VDu O10电路如图所示，二极管D 1，D 2，D 3均为理想元件，则输出电压u O ＝( a )。

(a)0V (b)－6V (c)－18V0V3--11电路如图所示，设二极管D1，D2为理想元件，试计算电路中电流I1，I2的值。

23k+-答：D1导通、D2截止.所以：I1=（12V+3V）/ 3k=5mA I2=012电路如图1所示，设输入信号u I1,u I2的波形如图2所示，若忽略二极管的正向压降，试画出输出电压uO的波形，并说明t1,t2时间内二极管D1，D2的工作状态。

运算放大器

运算放大器（英语：Operational Amplifier，简称OP、OPA、OPAMP、运放）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，减法等模擬运算电路中，因而得名。

通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。

原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。

但是这并不代表运算放大器不能连接成正反馈（positive feedback）组态，相反地，在很多需要产生震荡信号的系统中，正反馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

运算放大器有许多的规格参数，例如：低频增益、单位增益频率（unity-gain frequency）、相位边限（phase margin）、功耗、输出摆幅、共模抑制比（common-mode rejection ratio）、电源抑制比（PSRR，power-supply rejection ratio）、共模输入范围（input common mode range）、电压摆动率（slew rate）、输入偏移电压（input offset voltage，又译：失调电压）、还有噪声等。

目前运算放大器广泛应用于家电，工业以及科学仪器领域。

一般用途的集成电路运算放大器售价不到一美元，而现在运算放大器的设计已经非常可靠，输出端可以直接短路到系统的接地端（ground）而不至于被短路电流（short-circuit current）破坏。

目录[隐藏]∙ 1 运算放大器的历史∙ 2 运算放大器的基础o 2.1 电路符号o 2.2 理想运算放大器的操作原理▪ 2.2.1 开回路组态▪ 2.2.2 负反馈组态▪ 2.2.2.1 反相闭回路放大器▪ 2.2.2.2 非反相闭回路放大器▪ 2.2.3 正反馈组态∙ 3 实际运算放大器的局限o 3.1 直流的非理想问题▪ 3.1.1 有限的开回路增益▪ 3.1.2 有限的输入阻抗▪ 3.1.3 大于零的输出阻抗▪ 3.1.4 大于零的输入偏压电流▪ 3.1.5 大于零的共模增益o 3.2 交流的非理想问题o 3.3 非线性的问题o 3.4 功率损耗的考量∙ 4 在电路设计中的应用∙ 5 直流特性∙ 6 交流特性∙7 运算放大器的应用∙8 741运算放大器的内部结构o8.1 电流镜与偏压电路o8.2 差分输入级o8.3 增益级o8.4 输出级∙9 CMOS运算放大器的内部结构∙10 其他应用∙11 参见∙12 参考资料与附注∙13 外部链接[编辑]运算放大器的历史第一个使用真空管设计的放大器大约在1930年前后完成，这个放大器可以执行加与减的工作。

第4章差动放大电路与集成运算放大器

ui1 ui 2
id
图3-3 差动放大电路的输入方式
共模信号与差模信号
Ui1 Ui2
线性放大电路
Uo
1 共模信号输入电压： U ic (U i1 U i 2 ) 2
差模信号输入电压：U
id
(U i1 U i 2 )
差模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相反的信号。
共模信号：是指在两个输入端加幅度相等，极性相同的信号。
在放大器的两个输入端分别输入大小相等、极性相同的信号，即 ui1 ui 2 时，这种输入方式称为共模输入，所输入的信号称为共模（输入）信号。共模输入信号常用 uic 来表示，即 uic ui1 ui 2 。在放大器的两个输入端分别输入大小相等、极性相反的信号，即时这种输入方式为差模输入，所输入的信号称为差模输入信号。差模输入信号常用 u 来表示，即 ui1 uid / 2 ui 2 uid / 2
输入信号种类
ui1 = ui2 共模输入
(common mode)
uC ud
ui1 = -ui2 差模输入
(differential mode) 任意输入ui1, ui2（既非差模又非共模）
3.2 相关的理论知识
(2)共模输入
如图3-3（a）所示为共模输入方式，由图中可以看出，当差动放大器输入共模信号时，由于电路对称，两管的集电极电位变化相同，因而输出电压 u oc 恒为零。
Rod 2RC
5.共模抑制比如果温度变化，两个差放管的电流将按相同的方向一起增大或减小，相当于给放大电路加上一对共模输入信号。所以差模输入信号反映了要放大的有效信号，而共模输入信号可以反映由温度等原因而产生的漂移信号或其它干扰信号。通常希望差分放大电路的差模电压放大倍数愈大愈好，而共模电压放大倍数愈小愈好。共模抑制比反映了差分放大电路放大差模信号、抑制零漂和共模信号的能力。

第4章集成电路运算放大电路

④动态时ΔiO约为多少？
4.3 集成运放电路简介
•电压放大倍数高集成运放的特点： •输入电阻大 •输出电阻小已知电路图，分析其原理和功能、性能。（1）了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术指标。（2）化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本电路。（3）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。（4）统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功能和性能。（5）定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要参数。
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源
T0 和 T1 特性完全相同。
U BE0 = U BE1 U BE I B0 = I B1 I B I C0 = I C1 I C
I R IC 2I B IC 2 IC IC

2
I R 即I C1
当β>>2时， I C1
学习指导 4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放中的电流源 4.3 集成运放电路的简介 4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路
4.5 集成运放的种类及选择（自学） 4.6 集成运放的使用（自学）小结
作业
• 4.3
学习指导
在半导体制造工艺的基础上，将整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。其体积小，而性能却很好。集成电路按其功能分，有模拟集成电路和数字集成电路。模拟集成电路的种类繁多，其中集成运算放大器（简称集成运放）是应用极为广泛的一种。主要内容:(1)集成运放中的电流源;(2)集成运放电路的分析;(3)集成运放及主要性能指标。基本要求:(1)熟悉运放的组成及各部分的作用，理解主要性能指标及其使用注意事项；（2）了解镜像电流源、微电流源的工作原理、特点和主要用途； (3)了解运放F007的基本组成和工作原理。（4）熟悉 LM324集成运放的引脚分布及其应用。

模电课件第四章集成运算放大电路

第四章集成运算放大电路
§4.1集成运算放大电路概述一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件负载和复合管以增加电压放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB

I0

2

I0

所以，I0

1 1 2
IR
基准电流
输出电流

当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效的Rc（或 Rd ）。
（1）运放电路的结构分解输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路；输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。

运算放大器工作原理

运算放大器工作原理
运算放大器是一种高增益、差分输入的电子放大器，主要用于信号的放大、滤波等处理。

其工作原理可以简单描述如下：
1. 差分输入：运算放大器有两个输入口，即非反相输入端（+）和反相输入端（-）。

信号通过非反相输入端和反相输入端输入，差分输入的电压将决定放大器的输出。

2. 差动放大：运算放大器通过差分放大电路实现信号的差动放大。

差分放大电路由输入级、中间级和输出级组成。

输入级主要负责放大输入信号，中间级进行整流、滤波等处理，输出级将放大后的信号输出。

3. 负反馈：运算放大器通常采用负反馈电路来稳定其增益和线性度。

负反馈电路将输出信号与输入信号进行比较，并通过反馈路径将差异减小，使放大器输出更加稳定和线性。

4. 输入阻抗高：运算放大器的输入阻抗很高，可以忽略输入电流。

这使得运算放大器可以与各种信号源连接而不影响信号源的输出。

5. 输出驱动能力强：运算放大器具有较低的输出阻抗和较高的输出电流能力，能够有效地驱动各种负载。

6. 可调节增益：运算放大器具有可调节的增益，可以通过调节反馈电阻等参数来实现不同的放大倍数。

7. 常用应用：运算放大器在模拟电路中广泛应用，如信号调理、滤波、运算、比较等。

同时，它还可以作为反馈电路中的基本组件，用于构建各种功能的反馈电路。

运算放大器设计过程

运算放大器设计过程1.引言1.1 概述在现代电子技术中，运算放大器是一种十分重要的电子器件。

它是一种特殊的放大器，具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特性，可用于放大电压、滤波、整流、积分、微分等各种信号处理任务。

运算放大器通常由一个差动放大器、一个输出级和一对电源引脚组成。

差动放大器是其核心部件，它能够将输入信号差分放大，使得运算放大器能够具有较高的增益。

运算放大器的设计过程包括确定设计需求、选择合适的工作参数、电路拓扑设计、电路分析与优化、性能验证等步骤。

在设计过程中，需考虑到放大器的增益、带宽、输入输出特性、稳定性以及功耗等方面的要求。

设计运算放大器的过程需要深入理解电子器件的特性和原理，合理选择器件参数和电路结构，进行详尽的电路分析和性能验证。

在实际操作中，设计过程可能会遇到一些挑战，如噪声、零点漂移、温度漂移等问题。

因此，设计者需要运用各种分析工具和技巧，充分考虑这些影响因素，以确保设计的运算放大器能够满足实际应用的需求。

本文将深入探讨运算放大器的设计过程，包括设计需求的确定、设计步骤的规划以及最终的性能验证。

通过系统地介绍每个步骤的要点和注意事项，以及面临的常见问题及其解决方法，旨在帮助读者深入理解和掌握运算放大器的设计原理与方法，并能够应用于实际工程中。

1.2 文章结构文章结构是指文章的组织和框架，以便读者可以清晰地阅读和理解文章的内容。

本文的文章结构主要包括引言、正文和结论三个部分。

首先，引言部分将为读者介绍本文要讨论的主题——运算放大器设计过程。

在引言的概述中，会简要介绍运算放大器的定义和作用，以及设计过程的重要性和应用领域。

接下来，文章会介绍整篇文章的结构，以让读者了解接下来的内容安排。

最后，引言的目的是明确本文的写作目标，即为读者提供关于运算放大器设计过程的全面了解。

接下来是正文部分，该部分详细介绍了运算放大器设计过程的要求和步骤。

在设计需求的部分，文章将介绍运算放大器设计的目标和特点，以及设计过程中需要考虑的因素。

模拟电子技术基础第4章

图4.2.2 同相输入放大电路
放大电路的输入电阻Ri→∞ 放大电路的输出电阻Ro=0 图4.2.3 电压跟随器
4.2.3 差动输入(Differential input)放大电路
图 4.2.5 所示为差动输入放大电路，它的两个输入端都有信号输入。 ui1通过R1接至运放的反相输入端，ui2通过R2、R3分压后接至同相输入端，而uo通过Rf、R1反馈到反相输入端。
三、开方运算
平方根运算电路如图4.3.5 所示，与图4.3.2所示的除法电路比较可知，它是上述除法电路的一个特例，如将除法电路中乘法器的两个输入端都接到运放的输出端，就组成了平方根运算电路。
图4.3.5 平方根运算电路
4.4
有源滤波器
滤波器的功能及其分类
4.4.1
滤波器是从输入信号中选出有用频率信号并使其顺利通过，而将无用的或干扰的频率信号加以抑制的电路。只用无源器件R、L、C 组成的滤波器称为无源滤波器,采用有源器件和R、C元件组成的滤波器称为有源滤波器。同无源滤波器相比，有源滤波器具有一定的信号放大和带负载能力可很方便的改变其特性参数等优点；此外，因其不使用电感和大电容元件，故体积小，重量轻。但是由于集成运放的带宽有限，因此有源滤波器的工作频率较低，一般在几千赫兹以下，而在频率较高的场所，采用LC无源滤波器或固态滤波器效果较好。
通常用分贝数dB表示，则为
一般情况希望Aod越大越好， Aod越大，构成的电路性能越稳定，运算精度越高。 Aod一般可达100dB,最高可达140dB 以上。 2、输入失调电压UIO及其温漂 dUIO/dT 如果集成运放差动输入级非常对称，当输入电压为零时，
输出电压也应为零（不加调零装置）。但实际上它的差动输入

模拟电子技术(西电第三版)第4章差动放大电路与集成运算放大器

集成运放是本教材中头一个集成电子器件，其内部结构比较复杂。不过，我们暂时可以不去了解其内部电路，只要掌握其外围电路的接法就可以了。
4
实图4.1 LM741的管脚排列及序号 (a) 外引脚排列顺序；(b) 符号
5
2. 负反馈的引入由第3章可知，放大器引入负反馈后，可以改善很多性能。集成运放若不接负反馈或接正反馈，只要有一定的输入信号(即使是微小的输入信号)，输出端就会达到最大输出值 (即饱和值)，运放的这种工作状态称为非线性工作状态。非线性工作状态常用在电压比较器和波形发生器等电路中，这里暂不考虑。集成运放引入负反馈后，就可工作于线性状态。线性状态时，输出电压Uo与输入电压Ui之间的运算关系仅取决于外接反馈网络与输入端的外接阻抗，而与运算放大器本身参数无关。这一点大家在实训中要充分体会。
6
3. 反相比例运算电路依外接元件连接的不同，集成运放可以构成比例放大、加减法、微分、积分等多种数学运算电路。本实训只进行其中一种运算——反相比例运算的练习。反相比例运算电路如实图4.2所示。输入信号Ui从反相输入端输入，同相输入端经电阻接地。这个电路的输出与输入之间有如下关系：
7
即输出电压与输入电压成比例，比例系数仅与外接电阻Rf、 R1有关，与运放本身的参数无关。同相端所接R2、R3称为平衡电阻，其作用是避免由于电路的不平衡而产生误差。
43
图 4.1.9 加调零电位器的差动放大器 (a) 射极调零；(b) 集电极调零
44
例4.1.2 图4.1.10(a)为带恒流源及调零电位器的差动放大器，二极管VD的作用是温度补偿，它使恒流源IC3基本不受温度变化的影响。设UCC=UEE=12 V，Rc=100 kΩ， RP=200 Ω，R1=6.8 kΩ，R2=2.2 kΩ，R3=33 kΩ，Rb= 10 kΩ，UBE3=UVD=0.7 V，各管的β值均为72，求静态时的 UC1，差模电压放大倍数及输入、输出电阻。

第四章差动与集成运算放大电路

其中R′L=Rc∥(1/2RL)。这里R′L≠Rc∥RL，其原因是由于两管对称，集电极电位的变化等值反相，而与两集电极相连的
RL的中点电位不变，这点相当于交流地电位。因而对每个单管来说，负载电阻（输出端对地间的电阻）应是RL的一半，即
RL/2，而不是RL。
差动放大器对共模信号无放大，对差模信号有放大，这意味着差动放大器是针对两输入端的输入信号之差来进行放大的，
第4章差动放大电路与集成运算放大器
如图4.1.1（b）所示。不过，若采用图4.1.1（b）所示电路，后级的集电极电位逐级高于前级的集电极电位，经过几级耦合之后，末级的集电极电位便会接近电源电压，这实际上也是限制了放大器的级数。
所谓零点漂移，就是当输入信号为零时，输出信号不为零，而是一个随时间漂移不定的信号。零点漂移简称为零漂。产生零漂的原因有很多，如温度变化、电源电压波动、晶体管参数变化等。其中温度变化是主要的，因此零漂也称为温漂。在阻容耦合放大器中，由于电容有隔直作用，因而零漂不会造成严重影响。但是，在直接耦合放大器中，由于前级的零漂会被后级放大，因而将会严重干扰正常信号的放大和传输。比如，图 4.1.1所示直接耦合电路中，输入信号为零时（即ΔUi=0），输出端应有固定不变的直流电压Uo = UCE2。
所示。
第4章差动放大电路与集成运算放大器
第4章差动放大电路与集成运算放大器
由图4.1.4（a）可以看出，当差动放大器输入共模信号时，由于电路对称，其输出端的电位Uc1和Uc2的变化也是大小相等、极性相同，因而输出电压Uoc保持为零。可见，在理想情况下（电路完全对称），差动放大器在输入共模信号时不产生输出电压，也就是说，理想差动放大器的共模电压放大倍数为零，或者说，差动放大器对共模信号没有放大作用，而是有抑制作用。实际上，上述差动放大器对零漂的抑制作用就是它抑制共模信号的结果。因为当温度升高时，两个晶体管的电流都要增大，这相当于在两个输入端加上了大小相等、极性相同的共模信号。换句话说，产生零漂的因素可以等效为输入端的共模信号。显然，Ac越小，对零漂的抑制作用越强。

第4章集成运算放大器习题解答

第4章集成运算放⼤器习题解答第四章习题参考答案4-1 什么叫“虚短”和“虚断”？答虚短：由于理想集成运放的开环电压放⼤倍数⽆穷⼤，使得两输⼊端之间的电压近似相等，即-+≈u u 。

虚断：由于理想集成运放的开环输⼊电阻⽆穷⼤，流⼊理想集成运放的两个输⼊端的电流近似等于零，即0≈=-+i i 。

4-2 理想运放⼯作在线性区和⾮线性区时各有什么特点？分析⽅法有何不同？答理想运放⼯作在线性区，通常输出与输⼊之间引⼊深度负反馈，输⼊电压与输出电压成线性关系，且这种线性关系只取决于外部电路的连接，⽽与运放本⾝的参数没有直接关系。

此时，利⽤运放“虚短”和“虚断”的特点分析电路。

理想运放⼯作在⾮线性去（饱和区），放⼤器通常处于开环状态，两个输⼊端之间只要有很⼩的差值电压，输出电压就接近正、负电压饱和值，此时，运放仍具有“虚断”的特点。

4-3 要使运算放⼤器⼯作在线性区，为什么通常要引⼊负反馈？答由于理想运放开环电压放⼤倍数∞=uo A ，只有引⼊深度负反馈，才能使闭环电压放⼤倍数FA 1u =，保证输出电压与输⼊电压成线性关系，即运放⼯作在线性区。

4-4 已知F007运算放⼤器的开环放⼤倍数dB A uo 100=，差模输⼊电阻Ω=M r id 2，最⼤输出电压V U sat o 12)(±=。

为了保证⼯作在线性区，试求：（1）+u 和-u 的最⼤允许值；（2）输⼊端电流的最⼤允许值。

解（1）由运放的传输特性5o uo 1012===++u u u A 则V 102.1101245--+?===u u（2）输⼊端电流的最⼤允许值为A 106102102.11164id --+?=??==r u I 4-5 图4-29所⽰电路，设集成运放为理想元件。

试计算电路的输出电压o u 和平衡电阻R 的值。

解由图根据“虚地”特点可得0==+-u u图中各电流为601.01--=u i 305.02---=u i 180o f u u i -=- 由“虚断”得f 21i i i =+以上⼏式联⽴，可得V 7.2o =u平衡电阻为Ω==k R 18180//60//30图4-29 题4-5图4-6 图4-30所⽰是⼀个电压放⼤倍数连续可调的电路，试问电压放⼤倍数uf A 的可调范围是多少？图4-30 题4-6图解设滑线变阻器P R 被分为x R 和x P R R -上下两部分。

第四章集成运算放大器各种运用

的R1对应于当具用有R1内+R阻s代Rs替的，信为号了源不，使上电面压公增式益中受Rs的太大影响，R1应该取大一些。但为了保运证放输的入内电阻流，远对大于于通偏用置型电运流放，，RR11应不宜远小超于过数十千欧，反馈电阻RF越大则电压增益越大，但要求反馈电流也应远大于偏置电流，所以 RF也不能取得过大，通常不宜超过兆欧。因此，当Rs达到数千欧时，这个电路难以获得高增益。另外，反相放大器是并联负反馈电
集成运放的基本组成
右图是运算放大器
的电路符号。它有两个输入端和一个输出端。反相输入端标“-”号，同相输入端标“+”号。输出电压与反相输入电压相位相反，与同相输入电压相位相同。此外还有两个端分别接正、负电源，有些集成运放还有调零端和相位补偿端。在电路中不画出。
二. 集成运算放大器的使用
由于集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻、耗电量少等优点得到了广泛应用。可完成放大、振荡、调制、解调及模拟信号的各种运算和脉冲信号的产生等。
本章将介绍集成运放的基本知识、基本电路及其主要应用。
主要内容
第一节运算放大器的基本知识第二节运算放大器的基本电路第三节运算放大器的应用
因Ii=0，故i1≈if，因此又因u+≈u-，因此
uo与ui之间的比例关系也与运放本身
的参数无关，电路
精度和稳定度都很高。KF为正表示uo 与ui同相，并且KF 总是大于或等于1，这一点与反相放大器不同。
当RF=0时KF=1，电路就变成电压跟随器。
同相放大器实际上是一个电压串联负反馈放大器，因此其输入阻抗高、输出阻抗低，而且增益不受信号源内阻的影响。该电路的不足是其共模抑制比CMRR不太大。

第4章集成运算放大电路-差动

第四章集成运算放大电路自测题一、选择合适答案填入空内。

（1）集成运放电路采用直接耦合方式是因为。

A ．可获得很大的放大倍数B . 可使温漂小C ．集成工艺难于制造大容量电容（2）通用型集成运放适用于放大。

A ．高频信号B . 低频信号C . 任何频率信号（3）集成运放制造工艺使得同类半导体管的。

A . 指标参数准确B . 参数不受温度影响C ．参数一致性好（4）集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以。

A ．减小温漂B . 增大放大倍数C . 提高输入电阻（5）为增大电压放大倍数，集成运放的中间级多采用。

A ．共射放大电路B . 共集放大电路C ．共基放大电路解：（1）C （2）B （3）C （4）A （5）A二、判断下列说法是否正确，用“√”或“×”表示判断结果填入括号内。

（1）运放的输入失调电压U I O 是两输入端电位之差。

( )（2）运放的输入失调电流I I O 是两端电流之差。

( )（3）运放的共模抑制比cd CMR A A K = ( ) （4）有源负载可以增大放大电路的输出电流。

( )（5）在输入信号作用时，偏置电路改变了各放大管的动态电流。

( ) 解：（1）× （2）√ （3）√ （4）√ （5）×三、电路如图T4.3所示，已知β1=β2=β3=100。

各管的U B E 均为0.7V ，试求I C 2的值。

图T4.3解：分析估算如下：100BE1BE2CC =−−=R U U V I R μAβCC B1C0B2C0E1E2CC1C0I I I I I I I I I I I I R +=+=+====1001C =≈⋅+=R R I I I ββμA四、电路如图T4.4所示。

图T4.4（1）说明电路是几级放大电路，各级分别是哪种形式的放大电路（共射、共集、差放……）；（2）分别说明各级采用了哪些措施来改善其性能指标（如增大放大倍数、输入电阻……）。

差动放大电路与集成运算放大器基础知识讲解

（1）它由两个完全对称的共射电路组合而成。
（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.差动放大电路抑制零点漂移的原理
由于电路的对称性，温度的变化对VT1、 VT2两管组成的左右两个放大电路的影响是一致的，相当于给两个放大电路同时加入了大小和极性完全相同的输入信号。因此，在电路完全对称的情况下，两管的集电极电位始终相同，差动放大电路的输出为零，不会出现普通直接耦合放大电路中的漂移电压，可见，差动放大电路利用电路对称性抑制了零点漂移现象。
1.单端输入
单端输入和双端输入并没有本质的区别，可以直接利用双端输入时的公式进行计算。
2.单端输出
单端输出的输出信号可以取自 VT1或 VT2的集电极。
（1）单端输出时的差模电压放大倍数Aud1 （2）单端输出时的共模电压放大倍数Auc1 （3）单端输出时的共模抑制比KCMR （4）单端输出时差动放大电路的输出电阻rod
输入失调电流温漂ΔIIO/ΔT 6.共模抑制比KCMR 7.差模输入电阻rid 8.输出电阻rod
3.2.3 集成运算放大器使用中的几个具体问题
1.集成运放的选择（1）信号源的性质（2）负载的性质（3）精度要求（4）环境条件
2.集成运放参数的测试
以μA741为例，其管脚排列如图3.14(a) 所示。其中2脚为反相输入端，3脚为同相输入端，7脚接正电源15V，4脚接负电源15V，6脚为输出端，1脚和5脚之间应接调零电位器。μA741的开环电压增益Aud约为 94dB(5×104倍)。
3.1.2 差动放大电路的基本形式
差动放大电路是一种具有两个输入端且电路结构对称的放大电路，其基本特点是只有两个输入端的输入信号间有差值时才能进行放大，即差动放大电路放大的是两个输入信号的差，所以称为差动放大电路。