集成运算放大器及其应用

(2)差模输入
+UCC
RB2 RC + uo – V1 V2 RC RB2 RB1 + ui2 –
①差模信号 大小相等、 极性相反 (uid1 = – uid2 )
RB1
+ ui1 –
差模信号 ② 在差模信号输入下： 是有用信号 VC1 = – VC2 (集电极电位一增一减，呈等量异向变化) uo= (VC1 – VC1) – (VC2 + VC2 ) = –2 VC1 对差模信号有放大能力。
即共模信号对输出有影响。
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二、典型差动放大电路(长尾式差动放大电路)
+UCC RC
RB + ui1 – V1 + uo – RP V2 RC RB
RE的作用：
(1) 抑制零点漂移，稳 定静态工作点。 + —— 共模抑制电阻
ui2 –
RE – UEE +
(2)对差模信号无反馈 作用。
差模输入电阻Ri 差模输出电阻Ro
2(RB +Rbe) 2RC RC
2(RB +Rbe)
2RC
RC
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例1 某一双端输入、双端输出差动放大电路，已知 差模电压增益为48dB，共模抑制比为67dB， ui1=5V，ui2=5.01V。试求输出电压uo。 解： 由已知得： 20 lg AD 48 则：AD≈ -251 则：AC ≈ 0.11
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常用的集成运放芯片F007 实物外形图： 外部接线图：
+12V 7 2 Auo + 54 –12V
管脚图：
正电源端 空脚 8

u–
输出端 7 6 5
调零端
–
6
u+
3 + 1
uo
μA741
调零端 1 2 3 4 负电源端
调零电位器
反相输入端 同相输入端
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+ ui=0 –
多级直接 耦合放大 电路
+ uo –
uo
晶体管参数随温度变化、电 源电压波动、电路元件参数 的变化等。 (2) 评价零点漂移的指标
O
t
把输出漂移电压折算到输入 端来衡量。
uod ui d Au
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例：若有两个放大电路的A、B，它们的电压放大倍数 分别为1000和200，输出端的零点漂移电压均为1V。 若要放大2mV的信号，应采用哪个放大电路？
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第三节
集成运算放大器简介
一、运算放大器的特点 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级 直接耦合放大电路。 特点： Auo 高：80dB~140dB Ri 高：105 ~ 1011 Ro 低：几十 ~ 几百 KCMR高：70dB~130dB
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+ ui2 –
差动放大电路的电路结构
电路结构对称， 两个输入、两个输出
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1. 零点漂移的抑制
+UCC RB2 RB1 + ui1 – RC VC1 + uo – V1 V2
RC R B2 VC2 R B1
+ ui2 –
静态时：ui1 = ui2 = 0
uo= VC1 – VC2 = 0
第二章 集成运算放大器及其应用
第一节 直接耦合放大器
第二节
第三节 第四节 第五节 第六节
差动放大器
集成运算放大器简介 集成运放电路中的负反馈 集成运放在信号运算电路中的应用 集成运放在信号处理电路中的应用
第七节 *第八节
*第九节
集成运放在信号发生电路中的应用 集成运放的选择与使用
集成运放应用实例
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RC
RB2 RB1 + ui2 –
+ ui1 –
①共模信号 大小相等、 极性相同 (uic1 = uic2 )
共模信号 ② 在共模信号输入下： 需抑制 VC1 = VC2 （集电极电位等向等量变化） uo= (VC1 + VC1) – (VC2 + VC2 ) = 0 对共模信号没 有放大能力 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对 零点漂移的抑制水平。 总目录 章目录 返回 上一页 下一页
第一节
直接耦合放大器
+UCC
RB2 RB1 + ui –
ห้องสมุดไป่ตู้
RC1 V1
RC2 V2 RE2 +
uo
–
优点：能放大直流信号或变化十分缓慢的交流信号。 缺点：(1)前、后级静态工作点互相影响； (2)零点漂移。
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1、前后级静态工作点相互影响
+UCC RB2 RB1 + ui – RC1 VC1
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二、集成运算放大器的组成
输入端 输入级 中间级 输出级 输出端 偏置 电路 运算放大器组成方框图
输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干 扰信号，都采用差动放大电路。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用共发射极 放大电路构成。 输出级：要求输出电阻低，带负载能力强，一般 由互补对称电路或射极输出器构成。
uoc 共模放大倍数： AC uic uod 差模放大倍数： AD uid AD AD 或 K CMR 20lg ( dB ) 共模抑制比：K CMRR AC AC
KCMR越大，说明差放电路放大差模信号的 能力越强，而受共模干扰的影响越小。
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若电路完全对称，理想情况下AC= 0， KCMRR→∞ uo = AD (ui1－ui2 ) = AD uid 若电路不完全对称，则 AC 0 uo = AC uic + AD uid
+ RC u oc1 -
RC 2 RE
若RE足够大，AC 0
微变等效电路
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其差模放大倍数AD为：
uo1 uo1 RC AD1 （反相输出） ui 2uid1 2( RB Rbe ) uo2 uo2 RC AD2 （同相输出） ui 2uid2 2( RB Rbe )
K CMR
ui1 ui2 共模输入电压：uic uic1 uic2 5.005V 2 差模输入电压： uid ui1 ui2 0.01V
uo = AC uic + AD uid =0.11×5.005+(-251)×(-0.01)=3.06V
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当T ICVC （两管变化量相等）
uo= (VC1 + VC1 ) – (VC2 + VC2 ) = 0
对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移 都有抑制作用。
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2. 有信号输入时的工作情况
+UCC (1) 共模输入
RB2
RB1
RC
+ uo – V1 V2
结论：差动放大电路的电压放大倍数与输出形式有 关，只要是双端输出，它的差模放大倍数与单管相 同；若为单端输出，则为单管的一半。
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四种差分放大电路的比较
输入方式 双端 双端
RC
单端
输出方式
单端
双端
单端
RC RC RC 差模放大倍数AD RB Rbe 2( RB Rbe ) RB Rbe 2( RB Rbe )
RC2
V2 RE2 + uo –
V1 VB2
VC1 VB2
RE2的接入，提高了V1基极电位，从而保证第一级 有较高的静态电位，而不致于进入饱和区。但RE2 的接入使第二级电压放大倍数大大降低。
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2、零点漂移 —— 指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢 地、无规则地变化的现象。 (1) 产生的原因
共模信号 差模信号
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共模放大倍数AC
+ uic1
-
RB
2RE
+ V1 RC uoc1 -
uoc1 AC AC1 AC2 uic1 RC RB Rbe (1 )2 RE
+ uic1 -
交流通路 RB ib ib Rbe
2RE
微变等效电路
AD1 (ui1 ui 2 ) 双端输出电压放大倍数为： uo RC AD AD1 ui1 ui2 RB Rbe
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当两管之间接负载电阻 RL时：
AD
R '
L
RB Rbe
RL ( R L RC // ) 2
IC1 T IC1
IC2
IC2
IE
URE
UBE1
IB1
UBE2
IB2
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+UCC RC
RB + ui1 – V1 + uo – RP V2 RC RB + ui2 –
RE – UEE +
UEE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的静态工 作点。 电位器RP：调零用的。在静态时调节RP，使uo为零。 一般几十欧~几百欧之间。
'
若是单端输出，电压放大倍数为：
uo1 uo1 RC （从V1集电极输出， AD ui1 ui2 2ui1 2( RB Rbe ) 反相输出） uo2 uo1 RC （从V2集电极输 AD ui1 ui2 2ui2 2( RB Rbe ) 出，同相输出）
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三、集成运放的符号、外特性和电路模型
uo1 RC AD1 ui1 RB Rbe
同理可得： uo 2 RC AD2 AD1 ui2 RB Rbe 双端输出电压为：
+ ui1 -
+
ui1 -
RB ib
Rbe
uo uo1 uo 2 AD1ui1 AD2ui 2
+ RC uo1 -
ib
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(3) 比较输入 ——常作为比较放大来用
ui1 、ui2 大小和极性是任意的。
例: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV 可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV ui2 = 8 mV － 2 mV
共模分量 差模分量
ui1 = uic1 + uid1 ui2 = uic2 + uid2
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三、差动放大电路的几种形式 1、双端输入-双端输出
+UCC RC
(1) 静态分析
RB
IB + UBE – 2RE
IC + V1UCE – – UEE + IE
RB I B U BE 2RE I E U EE
前两项很小,可忽略。
U EE IC IE 2 RE
AD 20 lg 67 AC
练习题：
1、在直接耦合放大电路中，采用差动式电路结构的 主要目的是( b )。 (a) 提高电压放大倍数 (b) 抑制零点漂移 (c) 提高带负载能力
2、具有发射极电阻的典型差动放大电路中，RE的作 用是( a )。 (a) 稳定静态工作点，抑制零点漂移 (b) 稳定电压放大倍数 (c) 提高输入电阻，减小输出电阻
*单端输出的电压放大倍数只有双端输出的一半。
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2、单端输入-单端输出
+UCC RC RB + + ui ui1 – + + V1 uo1 uo2 V2 – – RP RE – UEE + RC
RB
+ ui2
可把 ui分解成一 对共模信号和一 对差模信号:
–
–
1 1 ui1 ui ui 2 2 1 1 ui2 ui ui 2 2
U EE IB 2RE IE
单管直流通路
U EE RC U CE U CC RC I C U CC 2 RE VE 0（虚短）
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(2) 动态分析
由于RE对差模信号不起作用， 则单管差模信号通路为：
RB + T1 RC uo1 单管交流通路
放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号—差动 放大电路
ui1 ui2 其中：共模分量 uic uic1 uic2 2 ui1 ui2 差模分量 uid1 uid2 2
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3. 共模抑制比 ——衡量差动放大电路放大差模信号和抑制 共模信号的能力。
uod 1 ui d A 1mV AuA 1000 uod 1 ui d B 5mV AuB 200
所以采用A放大电路。
(3) 抑制零点漂移的措施 —— 差动放大电路
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第二节 差动放大电路 一、差动放大电路的基本形式
+UCC RB2 RB1 + ui1 – RC + uo – V1 V2 RC RB2 RB1