第 3 章集成运算放大器

第3章集成运算放大器 在通信设备，电子仪器及自动控制系统中，所要放大的信号并不都是变化较快的交流信号，有很多是变化极为缓慢的信号。缓慢变化的信号叫做直流信号。如许多传感器（温度、压力）的输出信号都是微弱的直流信号，高保真扩音机信号中的低频成分也是相对缓慢变化的信号。要放大缓慢变化的信号，只能采用直接耦合的方法。本章首先介绍直接耦合放大器。

3.1直接耦合放大电路 两级直接耦合放大电路如图3-1所示。图3 -1 两级直接耦合放大器电路

3.1.1 直接耦合放大器和组成及其零点漂移现象 1．零点漂移现象当放大器的环境温度或电源电压发生变化时，晶体管的静态工作点也要随之发生变化，即使在输入信号为零时，输出端也会出现缓慢的不规则变动，如图3-2所示，这种现象称之为“零点漂移”。图3-2 直接耦合放大电路的零点漂移

2. 产生零点漂移的原因 产生零点漂移的原因很多，如温度的变化（包括环境温度的变化及三级管工作时由于管耗引起的结温变化），电源电压的波动以及电路元件以及电路元件参数的变化等，都会引起放大电路的零点漂移。其中又以温度的变化使三级管参数随之变化引起的漂移最为严重。当温度上升时，将引起ICBO及β增大，Ube减小。从而使静态工作点Q上移，集电极电流IC增加，产生零点漂移现象。

3．抑制零点漂移的方法 （1）在电路中引入直流负反馈，例如典型的静态工作点稳定电路（见图2-8）中Re所起的作用。（2）采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化。（3）采用特性相同的管子，使它们的温漂互相抵消，例如“差分放大电路”。

3.1.2 差分放大电路 1．基本差分式放大电路基本差分式放大电路如图3-3所示。图3-3 基本差分式放大电路

（1）工作原理 ① 静态分析 ② 动态分析（2）抑制零点漂移的原理由于差分放大电路与普通的单端输入、单端输出的放大电路不同，其输入、输出都可能是双端，为了更好的分析差分放大电路的特性，我们定义差分放大电路的输入信号为两种形式：差模信号和共模信号。

所谓差模信号，是指两个输入信号之差，用uId表示。所谓差模信号，是指两个输入信号之差，用uId表示。它在差分放大管T1、T2的基极接入的是幅值相等、相位相反的一对信号，即uI1= -uI2 。所谓共模信号，是指两个输入信号的算术平均值，用uIC表示。它在差分放大管T1、T2的基极接入的是幅值相等，相位相同的一对信号。即uI1= uI2。当输入共模信号时：uI1= uI2，理想双端输出时差分放大电路的输出电压uOC=Au（uI1- uI2）=0。可见，差分放大电路能抑制共模信号输出。

在差分式放大电路中，无论是温度变化还是电源电压的波动都会引起两管集电极电流及相应的基电极电压相同的变化其效果相当于在两个输入端加了共模信号，由于电路的对称性，和发射极电阻Re对共模信号的负反馈作用。在理想情况下，可使输出电压不变，从而抑制了零点漂移。

（3）主要技术指标的计算 ① 差模电压放大倍数双端输入，双端输出的差模电压放大倍数，在图4-3所示的电路的交流通路如图3-4所示。图3-4 基本差分式放大电路的交流通路

当集电极C1、C2两点间接入负载电阻RL时： 其中双端输入，单端输出的差模电压放大倍数如输出电压取自其中一管的集电极（uo1或uo2），则称为有单端输出，此时由于只取一管的集电极电压变化量，所以这时的电压放大倍数只有双端输出时的一半，即

② 差模输入电阻和输出电阻 根据输入、输出电阻的定义，从图4-4可以看出单端输出时，差模输出电阻为。 ③ 共模抑制比共模抑制比定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝对值，即差模电压放大倍数越大，共模电压放大倍数越小，则共模抑制能力越强，放大电路的性能越优良，因此希望KCMR值越大越好。共模抑制比有时也用分贝（dB）数来表示：

3.2集成运算放大电路概述 1．集成运放电路的组成及各部分的作用集成运算放大器实质上是一种双端输入、单端输出，具有高增益，高输入阻抗、低输出阻抗的多极直接耦合放大电路。当给他施加不同的反馈网络时，就能实现模拟信号的多种数学运算功能（如比例、求和、求差、积分、微分），故被称为集成运算放大电路，简称集成运放。

（1）集成运放内部电路的组成 集成运放内部组成框图如图3-8所示。图3-8 集成运放内部组成框图

①输入级 输入级又称前置级，它往往是一个双端输入的高性能差分放大电路。一般要求其输入电阻高，差模放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小。 ② 中间级中间级是整个放大电路的主要放大电路。其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射（或共源）放大电路。而且为了提高电压放大倍数，经常采用复合管做放大管，以恒流源作集电极负载。其电压放大倍数可达千倍以上。 ③ 输出级输出级具有输出电压线性范围宽，输出电阻小（即带负载能力强），非线性失真小等优点。多采用互补对称发射极输出电路。

④ 偏置电路 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。与分立元件不同，集成运放多采用电流源电路为各级提供合适的集电极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合适的静态工作点。集成运放的电路符号如图3-10所示。图(a)为国外常用符号，图(b)为我国常用符号。

图3-10 集成运放的符号

2. 集成运放的主要参数 (1)传输特性参数 ① 开环差模增益Aud 在集成运放无外加反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模增益。 ② 共模抑制比KCMR 共模抑制比等于差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值。 ③ 差模输入电阻Rid 集成运放在输入差模信号时的输入电阻。 ④ 输出电阻Ro 集成运放开环状态下的输出电阻。

(2) 直流参数 ① 输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT 理想集成运放，当输入为零时，输出也为零。但实际集成运放的差分输入级不易做到完全对称，在输入为零时，输出电压可能不为零。为使其输出为零，人为的在输入端加一补偿电压，称此补偿电压为输入失调电压，用UIO表示。 ② 输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT 集成运放在常温下，当输出电压为零时，两输入端的静态电流之差，称为输入失调电流，用IIO表示， (3)输出信号的响应参数在书的69页，不再列出。

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