第5章 直接耦合放大器

第5章直接耦合放大器

和集成运算放大器

教学重点

1．了解差分放大器的电路特点、工作原理。

2．了解差模信号与共模信号、失调与调零的概念。

3．了解集成电路的分类、特点和集成运放主要参数。

4．掌握集成运算放大器的理想化特性。

5．掌握集成运算放大器的基本运算电路和工作原理。

6．了解集成运算放大器的应用知识。

教学难点

1．差分放大器抑制共模信号的过程。

2．利用理想化特性分析运算放大器。

学时分配

序号内容学时

1 5.1直接耦合放大器 2

2 5.2集成运算放大器 6

3 实验七差分放大器 2

4 实验八运算放大器的运算电路 2

5 本章小结与习题

6 本章总学时12

5.1直接耦合放大器

直接耦合放大器：放大器与信号源、负载以及放

大器之间采用导线或电阻直接连接。

特点：低频响应好。可以放大频率等于零的直流

信号或变化缓慢的交流信号

5.1.1直耦放大器的两个特殊问题

图5.1.1 简单的直接耦合电路

一、前后级的电位配合问题

两级直耦放大电路如图5.1.1所示。

由于

BE2

C1

V

V=，而BE2

V很小，使1V的工作点接近于饱和区，限制了输出的动态范围。

因此，要想使直接耦合放大器能正常工作，必须解决前后级直流电位的配合问题。

二、零点漂移问题

动画零点漂移

零点漂移：在输入端短路时，输出电压偏离起

始值，简称零漂。如图5.1.2所示。

产生零漂的原因：电源电压波动、管子参数随

环境温度变化。其中，温度变化是主要因素。

零漂的危害：在直接耦合多级放大器中，第一级因某种原因产生的零漂会被逐级放大，使末级输出端产生较大的漂移电压，无法区分信号电压和漂移电压，严重时漂移电压甚至把信号电压淹没了。因此抑制零漂是直耦放大器的突出问题。

5.1.2直耦放大器的级间电位调节电路

电路如图5.1.3所示。在V2的发射极接一个电阻

e2

R，这样BE2

e2

E2

BE2

CE1

V

R

I

V

V>

+

=⋅，

增大了V1管的工作范围。适当调节

e2

R值，可使前后级静态直流电位设置合理。为减小e2

R

对放大倍数的影响，采用稳压管取而代之。

图5.1.3 用发射极电阻调节电位图5.1.4 实用型差分放大器

5.1.3差分放大器

动画差分放大器的组成

电路如图5.1.4所示。

一、电路特点

特点：由两个完全对称的单管放大器组成，电路结构对称、元件参数对应相等；信号为双端输入、双端输出方式。

输入电压v I经

1

R、2R分压为相等的v I1和v I2分别加到两管的基极(双端输入)，输出电压等于两管输出电压之差，即v O = v O1 - v O2(双端输出)。

图5.1.2 零点漂移现象

二、抑制零漂原理

设输入电压v i = 0，因电路完全对称，则C2C1i i =，v O1 = v O2，v O = v O1 - v O2 = 0。当温度变化时，两管输出电压的变化量相等，使v O1' = v O2'，输出电压v O ' = v O1'-v O2' = 0。可见，两管的漂移在输出端相互抵消，从而有效地抑制了零点漂移。

三、放大倍数

动画 差模与共模信号 1．差模放大倍数A V D

差模信号：大小相等而极性相反的两个信号。 差模输入方式：两管输入信号为差模信号。 在图5.1.4中，当0I ≠v 时，I 2I 1I 2

1

v v v =

-=，放大器为差模输入。2O 1O v v -=，放大器双端输出电压v O = v O1-v O2 = v O1-(-v O1) = 2v O1。设单管放大器的放大倍数为1V A 、2V A ，且21V V A A =，于是差模放大倍数为

1I1

O1

I1O1I O D 22V V A v v v v v v A ====

即 21D V V V A A A == (5.1.1)

可见，双端输入、双端输出差放电路的差模放大倍数等于单管放大器的放大倍数。 2．共模放大倍数A V C

共模信号：大小相等、极性相同的两信号。 共模输入方式：两管输入信号为共模信号。 在图 5.1.5中，两管的输入信号v I1 = v I2 = v I ，放大器为共模输入，因电路对称，v O1 = v O2 。

其双端输出电压v O = v O1 - v O2 = 0。即共模放大倍数

00

I

I O C ===

v v v A V (5.1.2)

可见，共模输入、双端输出差放电路的共模放大倍数等于零。即对共模信号进行了抑制。

四、共模抑制比K CMR

共模抑制比K CMR ：衡量差分放大器放大差模信号及抑制共模信号的能力。 C

D

CMR V V A A K =

(5.1.3) 共模抑制比K CMR 越大，差分放大器的性能越好。

[例5.1.1] 在图5.1.5中，设单管放大器的放大倍数2021-==V V A A ，(1)求差分放大器的差模放大倍数?D =V A (2)若已知差分放大器共模放大倍数02.0C =V A ，求共模抑制比?CM R =K

解：(1) 2021D -===V V V A A A

图5.1.5 差分放大器的共模输入方式