第一章 高性能放大器

第一章高性能(特殊)运算放大器

内容：

一．集成运算放大器的主要参数

二．动态校零型斩波放大器

三．仪器放大器

四．隔离放大器

五．仪器放大器和隔离放大器的应用

引言

问题1：放大器的作用？等效模型？有哪几个参数？

问题2：运放的基本结构？多级直接耦合放大电路存在的主要问题？为何采用差分输入级？

放大电路的等效模型：主要有Ri，Ro和Avo三个参数。还有其它一些参数如：带宽等。

集成电路运算放大器是一种①高电压增益、②高输入阻抗和③低

输出阻抗的④多级直接耦合放大电路。它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处。图1-1是集成运故的内部电路组成原理框图，图1-2是uA741的内部电路图。

(1)图中输入级一般是由BJT，JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和抑制零点漂移，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。

(2)电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级直接耦合放大电路组成。

(3)输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。

(4)偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。

复习:运算放大器理想化模型所做的几点假设是什么？

(1)

(2)

(3)

(4)

复习:理想运放在负反馈电路中有哪两个特点？

问题1：反相比例放大器的电路, 放大倍数，反馈类型和特点，电路特点？

问题2：同相比例放大器的电路, 放大倍数，反馈类型和特点，电路特点？

问题3：一个实际使用时的有趣问题：下图中输出电压Vo＝？

理想运放假设：

虚短、虚断

为了正确地挑选和使用集成运放，必须搞清它的参数的含义！运放的分类也是根据参数的不同划分的。

第一节集成运算放大器的主要参数

集成运算放大器的应用从最初的信号运算发展到现在几乎应用于电子技术的各个领域。因此熟练掌握集成运放电路的分析和设计方法，是在实际工作中灵活应用运算放大器的重要基础。

1.1 运算放大器的参数和型号

1.1.1 运算放大器的参数

运算放大器的技术参数很多，其中部分指标与差分放大器和功率放大器相同，另一部分指标是根据运算放大器本身的特点而设立的。通用型运算放大器的各种参数均比较适中，特殊运算放大器的某些技术指标很高，如：高精度，高速，低噪声和高输入阻抗等。运算放大器参数分为两大类：

静态(DC)技术指标

运算放大器的静态技术指标包括：

(1)输入失调电压V IO

一个理想的集成运故，当输入电压为零时，输出电压也应为零(不加调零装置)。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称，通常在输入电压为零时，存在一定的输出电压。在室温(25℃)及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压Vio。实际上指输入电压Vi＝0时，输出电压Vo折合到输入端的电压的负值，即V IO＝-(Vo| Vi=0)／Avo。V IO 的大小反应了运放制造中电路的对称程度和电位配合情况。V IO值愈大，说明电路的对称程度愈差，一般约为土(1～10)mv。

通用运放的数量级在±1mV～几十mV之间，精密(低漂移)运放的V IO在1μV～几十μV之间。

两种理解：(1)输出折算到输入；(2)输入加补偿电压！

(2)输入偏置电流I IB(I IP，I IN)(对BJT有效，对FET无效)

BJT集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流I BN和I BP。输入偏置电流是指集成运放输出电压为零时，两个输入端静态电流的平均值，如图所示。当Vo＝0时，偏置电流为

输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运故差分输入级BJT的性能，当它的β值太小时、将引起偏置电流增加。从使用角度来看，偏置电流愈小，由于信号源内阻变化引起的输山电压变化也愈小，故它是重要的技术指标。一般为10 nA～1μA。

(3)输入失调电流I IO

在BJT集成电路运放中，输入失调电流I IO是指当输出电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即

由于信号源内阻的存在，I IO会引起一输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为零。所以，希望I IO愈小愈好，它反映了输入级差分对管的不对称程度。I IO愈小，输入级差分对管的对称程度越好，一般约为±(1nA～0.1µA)(I BN和I BP相差1%左右)。一般约为1nA～0.1μA。

注意：

输入失调电压V IO和输入失调电流I IO对放大造成的误差可以通过外接调零装置来补偿。

放大器的温度漂移是造成误差的主要来源，而它又是由输入失调电压和输入失调电流随温度的漂移所引起的。

(4)输入失调电压温漂ΔV IO/ΔT

输入失调电压温漂是指在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量的比值。它是衡量电路温漂的重要指标，不能用外接调零装置的办法来补偿。输入失调电压温漂越小越好。通用运放的输入失调电压温漂在±(10～20)μV/℃之间，精密运放在±0.5μV/℃左右。

(5)输入失调电流温漂ΔI IO/ΔT

在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值称为输入失调电流温漂。输入失调电流温漂是放大电路电流漂移的量度，不能用外接调零装置来补偿。高质量的运放每度变化几个pA/℃。

差模和共模信号的定义（图）：

(6)最大差模输入电压V idmax

最大差模输入电压V idmax是指运放两输入端能承受的最大差模输入电压。超过此电压,运放输入级对管将进入非线性区，而使运放的性能显著恶化，甚至造成损坏。利用平面工艺制成的NPN管约为±5V 左右，而横向BJT可达±30V以上

(7)最大共模输入电压V icmax

动态（AC）技术指标

运算放大器的动态技术指标包括：

(8)开环差模电压放大倍数A VO

开环差模电压放大倍数A Vd是指集成运放工作在线性区、接入规定的负载，输出电压的变化量与运放输入端口处的输入电压的变化量之比。运放的A Vd在60～120dB之间。不同功能的运放，A Vd相差悬殊。

A VO与输出电压Vo的大小有关。通常是在规定的输出电压幅度(如Vo＝土10v)测得的值。A VO又是频率的函数，频率高于某一数值后，A VO的数值开始下降。下图表示741型运放A VO的频率响应。