电工电子技术 作者 赵军 第8章070804.pptVIP

第八章 集成运算放大器及其应用 第8章 半导体器件 8.1 集成运算放大器 8.2 集成运放在信号运算方面的应用 8.3 集成运放在信号处理方面的应用 8.4 集成运算放大器使用时的几个注意事项 8.1 集成运算放大器 集成运算放大器，简称集成运放，是一个具有很高放大 倍数的直接耦合的多级放大电路。它因为具有高性能、价位 低等优点，而在很大程度上取代了分立元件的放大电路，被 广泛应用于模拟信号的处理和发生电路之中。 8.1.1 差动放大电路 1．直接耦合放大电路中存在的问题 直接耦合放大电路存在两个缺点：级间静态工作点相互 影响；存在零点漂移现象。其中零点漂移现象是直接耦合放 大电路存在的最突出问题。 零点漂移，是指即使在输入信号为零，即 时，放 大器的输出端也会出现一个缓慢变化的不规则的电压信号的 现象，简称零漂。温度变化、电源电压波动和电路元件的老 化都是产生零漂的原因，但温度变化却是主要原因，所以零 漂又称为温漂。直接耦合放大电路第一级的零漂对整个放大 电路的影响最为严重。放大器的级数愈多，零漂愈严重。 在实际中，抑制零漂最常用的办法是采用差动放大电路。 2．差动放大电路的结构 典型差动放大电路如右 图所示。该电路晶体管V1、 V2的特性参数相同，基极电 阻 ，集电极电 阻 ，Re是发射 极公共电阻。因为Re接一负 电源-VEE, 好似拖着一个尾巴，故又称其为长尾式差动放大 电路。很明显，差动放大电路是一个对称电路。 3．差动放大电路的工作原理 （1）静态分析 1） 零点漂移的抑制 当未加输入信号电压，即 时，由于电路是完 全对称的，所以 于是，输出电压 当温度升高时，两管子的集电极电流同时增长，集电极 的电位同时下降，这表明每个管子都存在零漂，但由于电路 是完全对称的，则因为： ΔIC1=ΔIC2， 所以， 由此可见，虽然每个管子的零漂并未被抑制，但由于电 路的对称性，使两个管子各自的零漂电压在输出端可以被相 互抵销掉，从而电路整体实现了抑制零漂。 结论：电路的对称性愈好，抑制零漂的效果也愈好。 2）静态工作点的估算 当 时：由于电路的对称性，则： 于是， （2）动态分析 差动放大电路的输入信号可以分为两种，即共模信号和 差模信号。 共模信号：就是一对大小相等，极性相同的信号，即 ui1=ui2。输入端加共模信号的输入方式，称为共模输入方式。 差模信号：就是一对大小相等，极性相反的信号，即 ui1= -ui2。输入端加差模信号的输入方式，称为差模输入方 式。 差动放大电路有四种接法，即：双端输入双端输出、双 端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。 以长尾式差动放大电路的双端输入双端输出接法为例来 讨论。 1） 差模输入方式 当输入差模信号，即ui1= -ui2时，因为电路是对称的， 所以， 而流过电阻Re的电流 因此，电阻Re的端电压 由此说明，电阻Re对差模信号相当于短路。长尾式差动放大 电路的交流通路和单边放大电路的微变等效电路如下图所示 用单边放大电路的微变等效电路来进行分析。 单边电路的放大倍数为 由于电路是对称的，则在差模信号的作用下： 所以， 于是，差模电压放大倍数为 上式表明，差模电压放大倍数就等于单边放大电路的电压放 大倍数。 差模输入电阻为 差模输出电阻为 2）共模输入方式 当输入共模信号时，即ui1=ui2，因为电路是对称的，所 以 则 因此，共模电压放大倍数为 这表明，差动放大电路抑制共模信号。 若将零点漂移信号折算到输入端就相当于在输入端加入 一对共模输入信号；而在实际中，随着输入信号一起加入输 入端的干扰信号也是一对共模信号，因此，差动放大电路对 共模信号的抑制能力就反映了它