直接耦合放大电路和集成运算放大器
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在差动电路中，如果两输入端同时加一对对地大小相等、 极性（或相位）相同的信号电压，这种信号叫共模信号，用uic 表示，uic=uic1=uic2。
共模信号是无用的干扰或噪声信号。零漂信号便是一种 共模信号。 差动 放大电 路 由于电 路 对称 ， 当 输入共 模 信号时 ， uic1=uic2，三极管V1和三极管V2各电量同时等量变化，输出端 uoc1=uoc2 ，所以共模输出 uoc=uoc1-uoc2=0 ，表明差动电路对 共模信号无放大能力，这反映了差动电路抑制共模信号的能 力。 为了表示一个电路放大有用的差模信号和抑制无用的共 模信号的能力，引用了一个叫抑制比的指标 KCMRR ，它定 义为 Ad KCMRR= (9 -3) Ac 其中, Ad为差模信号放大倍数，Ac为共模信号放大倍数 KCMRR对理想的差动放大电路为无穷大, 对实际差动电路， KCMRR愈大愈好。
9.2 集成电路基本知识
1959年美国德克萨斯仪器公司的仙童半导体公司成功地制 造了世界上第一块集成电路。40余年来，集成电路的制造技术 飞速发展。集成电路的发明，是电子技术发展史上的一个重要 里程碑。 一、什么是集成电路 前面讲述的放大电路均是由彼此相互分开的三极管、二极 管、电阻、电容等元件，借助导线或印刷电路连接成的一个完 整的电路系统，称之为分立元件电路。 利用半导体三极管常用的硅平面工艺技术，把组成电路的 电阻、电容、二极管、三极管及连接导线同时制造在一小块硅 片上，便成为一块集成电路，其对外部完成某一电路的功能。
差模信号就是待放大的有用信号。在它的作用下，一只 三极管内电流上升，另一只管内电流下降，于是输出端将有 电压输Hale Waihona Puke Baidu。所以差动放大电路对差模信号能进行放大。 设差 动放大电路单侧的放大倍数为A1，由于电路对称，
1 1 U O1 A1 U id ,U O 2 A1 ( )U id 2 2
所以输出电压
减小零漂常用的一种方法，是利用两只特性相同的三极管， 接成差动式电路。这种电路在模拟集成电路中作为基本单元而 被广泛采用。 二、差动放大电路
差动放大电路又称差动电路，它能比较完善地抑制零点漂 移，常用于要求较高的直流放大电路中。差动电路又是当今集 成电路的主要单元结构。 1.
图 9 -2 所示电路为典型的差动放大电路。两侧的三极管电 路完全对称。即：Rc1= Rc2，Rb1=Rb2，三极管V1和V2的参数相 同， 两管的射极相连并接有公共的射极电阻Re ，由两组电源 +UCC和 -UEE供电。
电路。
一、直接耦合放大电路的零点漂移问题 与阻容耦合的放大电路相比，直接耦合放大电路突出的问
题就是零点漂移问题。
从实验中可以发现，对于两级以上的耦合放大电路，即使 在输入端不加信号（即输入端短路），输出端也会出现大小变 级数越多，放大倍数越大，零漂现象越严重。
化的电压，如图 9-1 所示。这种现象称作零点漂移，简称零漂。
严重的零点漂移将使放大电路不能工作。 以图 9 -1 电路
为例，放大电路的总放大倍数为300。当输入端短路时，观察 其输出电压， 在半小时内出现了0.5V的漂移。
uo1 O V1 ui＝ 0 t V2 O
uo2 t uo2
图 9 –1 零点漂移现象
若 用 这 个 放 大 电 路 放 大 一 个 2mV 的 信 号 ， 则 应 有 Uo=2×10-3×300 =0.6V的输出。但是，由于零漂的存在，输出 端实际输出可达 1.1V，而不是0.6 V。因此无法区分信号电压 与漂移电压。 引起零漂的原因很多，如电源电压波动、温度变化等， 其中以温度变化的影响最为严重。当环境温度发生变化时，
晶体管的β、ICBO 、UBE随温度而变。这些参数变化造成的影响， 相当于在输入端加入信号，使输出电压发生变化。
在阻容耦合电路中，各级的零漂被限制在本级内，所以影 响较小。而在直接耦合电路中，前一级的零漂电压将毫无阻拦 地传递到下一级，并逐级放大，所以第一级的零漂影响最为严 重。抑制零漂，应着重在第一级解决。
第 9 章 直接耦合放大电路和集成运算放大器
9.1 直接耦合放大电路
9.2 集成电路基本知识
9.3 集成运算放大器的结构和指标
9.4
9.5 集成运放在信号运算方面的应用
9.6 信号转换电路
9.7 集成运放的非线性应用——电压比较器
9.8 专用集成电路
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第 9 章 直接耦合放大电路和 集成运 算放大器
在静态时，Ui=0，三极管集电极电压 Uc1 = Uc2，Uo=Uc1-Uc2=0，
在图9- 2中，输入信号uid分成幅度相同的两个部分：ui1和
ui2，它们分别加到两只三极管的基极。由图看出：ui1和ui2极性 （或相位）相反。
这种对地大小相等、极性（或相位）相反的电压信号叫 差模信号， 用uid表示为 uid=ui1-ui2 (9 -1)
＋UCC Rc1 uod ＋ ＋ ui1 uid － ＋ ui2 － － Rb1 V1 uo1 uo2 V2 Rb2 Rc2
Re －U EE
图 9 –2 差动放大电路
由于三极管V1和三极管V2参数完全相同且电路对称，因而 实现了零输入、零输出的要求。 如果温度升高，Ic1和Ic2同时增大，Uc1和Uc2同时下降， 两 管集电极电压变化量相等。所以 ΔUo=ΔUc1-ΔUc2=0 ，输出电压 仍然为零，这就说明，零点漂移因为电路对称而抵消了。 2.
9.1 直接耦合放大电路
在测量仪表和自动控制系统中，常常遇到一些变化缓慢的
低频信号（频率为几赫兹至几十赫兹，甚至接近于零）。采用
阻容耦合或变压器耦合的放大电路是不能放大这种信号的。 因为在阻容耦合电路中，电容对这些信号呈现的阻抗极大，
信号被电容隔断，无法传输到下一级。而在变压器耦合的电路
中, 信号将被变压器原边线圈的低阻所短路，也无法耦合到副 边去。因此，放大这类变化缓慢的信号，只能用直接耦合放大
Uod=Uo1-Uo2=A1·Uid 差动放大电路的电压放大倍数为
UOd RC Ad Ai U id Rb rbe
（注意：Uo1、Uo2、Uid、Uo均为电压有效值。 ）
式（9 -2）说明：差动式放大电路（两管）的电压放大倍 数和单管放大电路的放大倍数相同。差动电路的特点是多用一 个放大管来换取对零漂的抑制。 3. 共模信号和共模抑制比KCMRR
共模信号是无用的干扰或噪声信号。零漂信号便是一种 共模信号。 差动 放大电 路 由于电 路 对称 ， 当 输入共 模 信号时 ， uic1=uic2，三极管V1和三极管V2各电量同时等量变化，输出端 uoc1=uoc2 ，所以共模输出 uoc=uoc1-uoc2=0 ，表明差动电路对 共模信号无放大能力，这反映了差动电路抑制共模信号的能 力。 为了表示一个电路放大有用的差模信号和抑制无用的共 模信号的能力，引用了一个叫抑制比的指标 KCMRR ，它定 义为 Ad KCMRR= (9 -3) Ac 其中, Ad为差模信号放大倍数，Ac为共模信号放大倍数 KCMRR对理想的差动放大电路为无穷大, 对实际差动电路， KCMRR愈大愈好。
9.2 集成电路基本知识
1959年美国德克萨斯仪器公司的仙童半导体公司成功地制 造了世界上第一块集成电路。40余年来，集成电路的制造技术 飞速发展。集成电路的发明，是电子技术发展史上的一个重要 里程碑。 一、什么是集成电路 前面讲述的放大电路均是由彼此相互分开的三极管、二极 管、电阻、电容等元件，借助导线或印刷电路连接成的一个完 整的电路系统，称之为分立元件电路。 利用半导体三极管常用的硅平面工艺技术，把组成电路的 电阻、电容、二极管、三极管及连接导线同时制造在一小块硅 片上，便成为一块集成电路，其对外部完成某一电路的功能。
差模信号就是待放大的有用信号。在它的作用下，一只 三极管内电流上升，另一只管内电流下降，于是输出端将有 电压输Hale Waihona Puke Baidu。所以差动放大电路对差模信号能进行放大。 设差 动放大电路单侧的放大倍数为A1，由于电路对称，
1 1 U O1 A1 U id ,U O 2 A1 ( )U id 2 2
所以输出电压
减小零漂常用的一种方法，是利用两只特性相同的三极管， 接成差动式电路。这种电路在模拟集成电路中作为基本单元而 被广泛采用。 二、差动放大电路
差动放大电路又称差动电路，它能比较完善地抑制零点漂 移，常用于要求较高的直流放大电路中。差动电路又是当今集 成电路的主要单元结构。 1.
图 9 -2 所示电路为典型的差动放大电路。两侧的三极管电 路完全对称。即：Rc1= Rc2，Rb1=Rb2，三极管V1和V2的参数相 同， 两管的射极相连并接有公共的射极电阻Re ，由两组电源 +UCC和 -UEE供电。
电路。
一、直接耦合放大电路的零点漂移问题 与阻容耦合的放大电路相比，直接耦合放大电路突出的问
题就是零点漂移问题。
从实验中可以发现，对于两级以上的耦合放大电路，即使 在输入端不加信号（即输入端短路），输出端也会出现大小变 级数越多，放大倍数越大，零漂现象越严重。
化的电压，如图 9-1 所示。这种现象称作零点漂移，简称零漂。
严重的零点漂移将使放大电路不能工作。 以图 9 -1 电路
为例，放大电路的总放大倍数为300。当输入端短路时，观察 其输出电压， 在半小时内出现了0.5V的漂移。
uo1 O V1 ui＝ 0 t V2 O
uo2 t uo2
图 9 –1 零点漂移现象
若 用 这 个 放 大 电 路 放 大 一 个 2mV 的 信 号 ， 则 应 有 Uo=2×10-3×300 =0.6V的输出。但是，由于零漂的存在，输出 端实际输出可达 1.1V，而不是0.6 V。因此无法区分信号电压 与漂移电压。 引起零漂的原因很多，如电源电压波动、温度变化等， 其中以温度变化的影响最为严重。当环境温度发生变化时，
晶体管的β、ICBO 、UBE随温度而变。这些参数变化造成的影响， 相当于在输入端加入信号，使输出电压发生变化。
在阻容耦合电路中，各级的零漂被限制在本级内，所以影 响较小。而在直接耦合电路中，前一级的零漂电压将毫无阻拦 地传递到下一级，并逐级放大，所以第一级的零漂影响最为严 重。抑制零漂，应着重在第一级解决。
第 9 章 直接耦合放大电路和集成运算放大器
9.1 直接耦合放大电路
9.2 集成电路基本知识
9.3 集成运算放大器的结构和指标
9.4
9.5 集成运放在信号运算方面的应用
9.6 信号转换电路
9.7 集成运放的非线性应用——电压比较器
9.8 专用集成电路
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第 9 章 直接耦合放大电路和 集成运 算放大器
在静态时，Ui=0，三极管集电极电压 Uc1 = Uc2，Uo=Uc1-Uc2=0，
在图9- 2中，输入信号uid分成幅度相同的两个部分：ui1和
ui2，它们分别加到两只三极管的基极。由图看出：ui1和ui2极性 （或相位）相反。
这种对地大小相等、极性（或相位）相反的电压信号叫 差模信号， 用uid表示为 uid=ui1-ui2 (9 -1)
＋UCC Rc1 uod ＋ ＋ ui1 uid － ＋ ui2 － － Rb1 V1 uo1 uo2 V2 Rb2 Rc2
Re －U EE
图 9 –2 差动放大电路
由于三极管V1和三极管V2参数完全相同且电路对称，因而 实现了零输入、零输出的要求。 如果温度升高，Ic1和Ic2同时增大，Uc1和Uc2同时下降， 两 管集电极电压变化量相等。所以 ΔUo=ΔUc1-ΔUc2=0 ，输出电压 仍然为零，这就说明，零点漂移因为电路对称而抵消了。 2.
9.1 直接耦合放大电路
在测量仪表和自动控制系统中，常常遇到一些变化缓慢的
低频信号（频率为几赫兹至几十赫兹，甚至接近于零）。采用
阻容耦合或变压器耦合的放大电路是不能放大这种信号的。 因为在阻容耦合电路中，电容对这些信号呈现的阻抗极大，
信号被电容隔断，无法传输到下一级。而在变压器耦合的电路
中, 信号将被变压器原边线圈的低阻所短路，也无法耦合到副 边去。因此，放大这类变化缓慢的信号，只能用直接耦合放大
Uod=Uo1-Uo2=A1·Uid 差动放大电路的电压放大倍数为
UOd RC Ad Ai U id Rb rbe
（注意：Uo1、Uo2、Uid、Uo均为电压有效值。 ）
式（9 -2）说明：差动式放大电路（两管）的电压放大倍 数和单管放大电路的放大倍数相同。差动电路的特点是多用一 个放大管来换取对零漂的抑制。 3. 共模信号和共模抑制比KCMRR