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[精]
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图4.1.3 基本差动放大器
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2. 共模信号与差模信号 差动放大器的输入信号可以分为两种，即共模信号和差 模信号。 在放大器的两输入端分别输入大小相等、极性相反的信 号，即Ui1=－Ui2时，这种输入方式称为差模输入，所输入的 信号称为差模输入信号。差模输入信号常用Uid来表示，即
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图4.1.4 差动放大器的输入方式 (a) 共模输入；(b) 差模输入
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上述放大器的输入回路经过两个管子的发射结和两个电 阻Rs，故输入电阻为
(4.1.3) 放大器的输出端经过两个Rc，故输出电阻为
(4.1.4)
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3. 共模抑制比 共模抑制比KCMRR的定义为 有时用对数形式表示
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(4.1.5) (4.1.6)
4.1.3 实际差动放大器 1. 带射极公共电阻的差动放大器 上述基本差动放大器是利用电路两侧的对称性抑制零漂
数、高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合多级放大器，具有 两个输入端和一个输出端，可对直流信号和交流信号进行放 大。本实训所用LM741集成运放的外引脚排列顺序及符号如 实图4.1所示。它有8 个管脚，各管脚功能如图注所示。
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。
系的测试，初步了解集成运放基本运算电路的功能。 (3) 进一步熟练示波器的使用，练习使用双踪示波器测
量直流及正弦交流电压，以及对两路信号进行对比。
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(二) 预习要求 (1) 复习前一章中有关集成运放及其引入负反馈的有关
内容。 (2) 提前熟悉双踪示波器的使用方法。
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(三) 实训原理 1. 集成运算放大器简介 集成运算放大器(简称集成运放或运放)是一种高放大倍
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图4.1.1 简单的直接耦合放大器
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图4.1.2 直接耦合放大器
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4.1.2 基本差动放大器 1. 工作原理 图4.1.3是基本的差动放大器，它由两个完全相同的单管
放大器组成。由于两个三极管V1、V2的特性完全一样，外 接电阻也完全对称相等，两边各元件的温度特性也都一样， 因此两边电路是完全对称的。输入信号从两管的基极输入， 输出信号则从两管的集电极之间输出。
比例运算电路是否符合相应的运算关系。 (3) 总结集成运放的调零过程。
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(六) 思考题 经过实训，你肯定对下列问题产生了兴趣： (1) 在集成运放的运算电路中，为什么其输出电压与输
入电压之间的关系仅由外接元件决定，而与运放本身的参数 无关？
(2) 按照反相比例运算关系，加大比例系数是否可使输 出电压无限增大？ 这显然不会。那么，增大到什么程度就 不再增大了呢？
(3) 运放两个输入端为什么要“平衡”？ 后续理论课很快便会使这些问题得到解决。
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4.1 差动放大电路
4.1.1 直接耦合放大中的特殊问题 所谓直接耦合，就是放大器前级输出端与后级输入端以
及放大器与信号源或负载直接连接起来，或者经电阻等能通 过直流的元件连接起来。由于直接耦合放大器可用来放大直 流信号，所以也称为直流放大器。在集成电路中要制作耦合 电容和电感元件相当困难，所以后来发展起来的集成电路 (如集成运算放大器)，其内部电路都采用直接耦合方式。
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(3) 把R1、来自百度文库2换成51 kΩ，其余条件不变，重复上述(1)、 (2)步的内容。
(4) 把R1、R2、R3、Rf均换成100 kΩ，其余条件不变，重 复上述(1)、(2)步的内容。
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(五) 实训报告 (1) 整理数据，完成表格。 (2) 根据测量结果将实测值与计算值相比较，分析反相
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实图4.1 LM741的管脚排列及序号 (a) 外引脚排列顺序；(b) 符号
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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。
若使Rf=R1，Uo=－Ui，此时电路称为反相器，即输出电 压与输入电压大小相等而极性相反。
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设两管的电压放大倍数均为A(两管对称，参数相同)， 则两管输出端电位增量分别为
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差动放大器总的输出电压为 差模电压放大倍数为
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(4.1.1)
由单管共射放大器的电压放大倍数计算式(式(2.2.5)、 (2.3.17))，有
一般Rb>>rbe，于是
(4.1.2)
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应当说明，当两管的输出端(即集电极)间接有负载RL时， 上式应为
等共模信号的。但是它还存在两方面的不足。首先，各个管 子本身的工作点漂移并未受到抑制。若要其以单端输出(也 叫不对称输出)，则其“两侧对称，互相抵消”的优点就无 从体现了；另外，若每侧的漂移量都比较大，此时要使两侧 在大信号范围内做到完全抵消也相当困难。针对上述不足， 我们引入了带射极公共电阻的差动放大器，如图4.1.5所示。
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(四) 实训内容 按实图4.2在模拟实验板上搭建电路，确定无误后，接
入±12 V直流稳压电源。首先对运放电路进行调零，即令 Ui=0，再调整调零电位器RP，使输出电压Uo=0。
(1) 按实表4.1指定的电压值输入不同的直流信号UI，分 别测量对应的输出电压UO，并计算出电压放大倍数。
(2) 将输入信号Ui改为f=1 kHz、幅值为200 mV的正弦交 流信号，用示波器观察输入、输出信号的波形，分析其是否 满足上述反相比例关系。
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实图4.2 反相比例运算电路
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4. 调零问题 由于集成运放一般都存在失调电压和失调电流，因而 会影响运算精度。比如，反相比例运算电路中，输入电压 Ui=0 V时，输出电压Uo不为零，而是一个很小的非零数。此 时调整1、5脚连接的电位器RP，可使输出电压变为零。这 个过程就是运放的调零。调零之后再进行各种运算电路的测 量，测量结果才会准确。
第4章 差动放大电路与集成 运算放大器
实训4 反相比例运算电路的组装与测试 4.1 差动放大电路 4.2 集成运算放大器基础 4.3 集成运算放大器的应用
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实训4 反相比例运算电路的组装与测试
(一) 实训目的 (1) 初步接触集成运算放大器,了解其外形特征、管脚设
置及其基本外围电路的连接。 (2) 通过反相比例运算电路输出电压与输入电压之间关
图4.1.3 基本差动放大器
20
2. 共模信号与差模信号 差动放大器的输入信号可以分为两种，即共模信号和差 模信号。 在放大器的两输入端分别输入大小相等、极性相反的信 号，即Ui1=－Ui2时，这种输入方式称为差模输入，所输入的 信号称为差模输入信号。差模输入信号常用Uid来表示，即
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图4.1.4 差动放大器的输入方式 (a) 共模输入；(b) 差模输入
26
上述放大器的输入回路经过两个管子的发射结和两个电 阻Rs，故输入电阻为
(4.1.3) 放大器的输出端经过两个Rc，故输出电阻为
(4.1.4)
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3. 共模抑制比 共模抑制比KCMRR的定义为 有时用对数形式表示
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(4.1.5) (4.1.6)
4.1.3 实际差动放大器 1. 带射极公共电阻的差动放大器 上述基本差动放大器是利用电路两侧的对称性抑制零漂
数、高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合多级放大器，具有 两个输入端和一个输出端，可对直流信号和交流信号进行放 大。本实训所用LM741集成运放的外引脚排列顺序及符号如 实图4.1所示。它有8 个管脚，各管脚功能如图注所示。
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。
系的测试，初步了解集成运放基本运算电路的功能。 (3) 进一步熟练示波器的使用，练习使用双踪示波器测
量直流及正弦交流电压，以及对两路信号进行对比。
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(二) 预习要求 (1) 复习前一章中有关集成运放及其引入负反馈的有关
内容。 (2) 提前熟悉双踪示波器的使用方法。
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(三) 实训原理 1. 集成运算放大器简介 集成运算放大器(简称集成运放或运放)是一种高放大倍
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图4.1.1 简单的直接耦合放大器
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图4.1.2 直接耦合放大器
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4.1.2 基本差动放大器 1. 工作原理 图4.1.3是基本的差动放大器，它由两个完全相同的单管
放大器组成。由于两个三极管V1、V2的特性完全一样，外 接电阻也完全对称相等，两边各元件的温度特性也都一样， 因此两边电路是完全对称的。输入信号从两管的基极输入， 输出信号则从两管的集电极之间输出。
比例运算电路是否符合相应的运算关系。 (3) 总结集成运放的调零过程。
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(六) 思考题 经过实训，你肯定对下列问题产生了兴趣： (1) 在集成运放的运算电路中，为什么其输出电压与输
入电压之间的关系仅由外接元件决定，而与运放本身的参数 无关？
(2) 按照反相比例运算关系，加大比例系数是否可使输 出电压无限增大？ 这显然不会。那么，增大到什么程度就 不再增大了呢？
(3) 运放两个输入端为什么要“平衡”？ 后续理论课很快便会使这些问题得到解决。
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4.1 差动放大电路
4.1.1 直接耦合放大中的特殊问题 所谓直接耦合，就是放大器前级输出端与后级输入端以
及放大器与信号源或负载直接连接起来，或者经电阻等能通 过直流的元件连接起来。由于直接耦合放大器可用来放大直 流信号，所以也称为直流放大器。在集成电路中要制作耦合 电容和电感元件相当困难，所以后来发展起来的集成电路 (如集成运算放大器)，其内部电路都采用直接耦合方式。
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(3) 把R1、来自百度文库2换成51 kΩ，其余条件不变，重复上述(1)、 (2)步的内容。
(4) 把R1、R2、R3、Rf均换成100 kΩ，其余条件不变，重 复上述(1)、(2)步的内容。
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(五) 实训报告 (1) 整理数据，完成表格。 (2) 根据测量结果将实测值与计算值相比较，分析反相
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实图4.1 LM741的管脚排列及序号 (a) 外引脚排列顺序；(b) 符号
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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。
若使Rf=R1，Uo=－Ui，此时电路称为反相器，即输出电 压与输入电压大小相等而极性相反。
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设两管的电压放大倍数均为A(两管对称，参数相同)， 则两管输出端电位增量分别为
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差动放大器总的输出电压为 差模电压放大倍数为
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(4.1.1)
由单管共射放大器的电压放大倍数计算式(式(2.2.5)、 (2.3.17))，有
一般Rb>>rbe，于是
(4.1.2)
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应当说明，当两管的输出端(即集电极)间接有负载RL时， 上式应为
等共模信号的。但是它还存在两方面的不足。首先，各个管 子本身的工作点漂移并未受到抑制。若要其以单端输出(也 叫不对称输出)，则其“两侧对称，互相抵消”的优点就无 从体现了；另外，若每侧的漂移量都比较大，此时要使两侧 在大信号范围内做到完全抵消也相当困难。针对上述不足， 我们引入了带射极公共电阻的差动放大器，如图4.1.5所示。
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(四) 实训内容 按实图4.2在模拟实验板上搭建电路，确定无误后，接
入±12 V直流稳压电源。首先对运放电路进行调零，即令 Ui=0，再调整调零电位器RP，使输出电压Uo=0。
(1) 按实表4.1指定的电压值输入不同的直流信号UI，分 别测量对应的输出电压UO，并计算出电压放大倍数。
(2) 将输入信号Ui改为f=1 kHz、幅值为200 mV的正弦交 流信号，用示波器观察输入、输出信号的波形，分析其是否 满足上述反相比例关系。
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实图4.2 反相比例运算电路
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4. 调零问题 由于集成运放一般都存在失调电压和失调电流，因而 会影响运算精度。比如，反相比例运算电路中，输入电压 Ui=0 V时，输出电压Uo不为零，而是一个很小的非零数。此 时调整1、5脚连接的电位器RP，可使输出电压变为零。这 个过程就是运放的调零。调零之后再进行各种运算电路的测 量，测量结果才会准确。
第4章 差动放大电路与集成 运算放大器
实训4 反相比例运算电路的组装与测试 4.1 差动放大电路 4.2 集成运算放大器基础 4.3 集成运算放大器的应用
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实训4 反相比例运算电路的组装与测试
(一) 实训目的 (1) 初步接触集成运算放大器,了解其外形特征、管脚设
置及其基本外围电路的连接。 (2) 通过反相比例运算电路输出电压与输入电压之间关