第三章 集成运算放大器基础及负反馈电路

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1、3.1 差分放大电路差分放大电路 3.2 集成运算放大器集成运算放大器 3.3 反馈的基本概念反馈的基本概念 3.4 反馈的分类及判别方法反馈的分类及判别方法 3.5 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 教学目标教学目标1 1、了解直接耦合电路存在问题、零点漂移产生原因及其抑了解直接耦合电路存在问题、零点漂移产生原因及其抑制措施。制措施。 2 2、掌握差分放大器组成、抑制零漂原理。熟悉差模信号与掌握差分放大器组成、抑制零漂原理。熟悉差模信号与共模信号及其放大倍数、共模抑制比概念。会对任意信号进共模信号及其放大倍数、共模抑制比概念。会对任意信号进行分解。行分解。 3 3、选学常

2、见恒流源电路组成。选学常见恒流源电路组成。 4 4、熟悉集成运放特点及其内电路框图、电路符号、理想运熟悉集成运放特点及其内电路框图、电路符号、理想运放概念。了解集成电路分类、外形、命名方法。放概念。了解集成电路分类、外形、命名方法。 教学目标教学目标5 5、熟悉反馈、反馈深度和深度负反馈的概念。掌握反馈的熟悉反馈、反馈深度和深度负反馈的概念。掌握反馈的分类及其判别方法。分类及其判别方法。 6 6、熟悉负反馈对放大电路性能影响。了解负反馈电路产生熟悉负反馈对放大电路性能影响。了解负反馈电路产生自激震振荡条件及其消除方法。熟悉深度负反馈放大电路的自激震振荡条件及其消除方法。熟悉深度负反馈放大电路的

3、闭环增益估算方法。闭环增益估算方法。 差分放大电路(Differential amplifier)又称差动放大器，简称差放，是集成运算放大器(Intergrated operational amplifier)中常用的一种单元电路，具有优越的抑制零点漂移性能。 3.1 3.1 差分放大电路差分放大电路 一、直接耦合放大电路需要解决的问题：一、直接耦合放大电路需要解决的问题： 1. 各级静态工作点相互影响，相互牵制。 3.1.1 差动放大器的电路组成和静态分析差动放大器的电路组成和静态分析 2. 存在零点漂移(Zero drift)。 零漂定义：在输入信号为零时，出现输出端的直流电位缓慢变化的现

4、象。 产生零点漂移的原因：元器件参数的变化；环境的温度的变化(最主要的因素，因温度变化引起零漂称为温漂)。 零漂在RC耦合电路中影响不大；但在直接耦合放大电路中会被后级电路逐级放大，且第一级的零漂影响最为严重。 抑制零漂的措施：抑制零漂的措施：1、选用高稳定性的元器件。2、电路元件在安装前要经过认真的筛选和老化处理，以确保质量和参数的稳定性。3、采用稳定性高的稳压电源，减少电源电压的波动的影响。4、采用温度补偿电路。5、采用调制型直流放大器。6、采用差动放大电路。这是目前应用最广的电路，它常用作集成运放的输入级。 典型的差动放大器电路如图3.1.1所示，它具有两个输入端，两个输出端。该电路采用

5、发射极电阻Re耦合的对称共射电路，其中V1、V2称为差分对管，两边的元器件采用相同的温度特性和参数，使之具有很好的对称性，双电源供电，且VCC=VEE，输出负载可以接到两输出端之间（称为双端输出），也可接到任一输出端到地之间（称为单端输出）。 二、差动放大电路组成二、差动放大电路组成 （a) （b) 图3.1.1差动放大电路 （a)电路图 （b) 直流通路 静态时，IC1=IC2IE，UC1=UC2=VCCIC1Rc1 。故： Uo=UC1UC2=0。 另一思路，忽略IB影响。UB=0，UE=UBE， 即静态时，差动放大器具有零输入零输出的特点。不会产生零点漂移现象，前提：电路完全对称。 eE

6、EeEEBEERVRVUI22三、静态分析三、静态分析 3.1.2 3.1.2 共模信号、差模信号及其放大倍数共模信号、差模信号及其放大倍数 一、差模信号（一、差模信号（Difference-Mode signal）和差模放大倍数）和差模放大倍数(Difference-Mode gain) 差模信号就是一对大小相等、极性相反的信号电压，即 ui1ui2uid=uid1-uid2 =2uid1 ，uid1=-uid2=uid/2 。 若电路仅有uid作用，则输出电压为uod，电路的差模电压放大倍数Auduod/uid 。 二、共模信号二、共模信号(Common-Mode signal)和共模放大

7、倍数和共模放大倍数(Common-Mode gain) 共模信号就是一对大小相等、极性相同的信号，即ui1ui2uic 差动放大器只有uic作用输出电压为uoc；则共模电压放大倍数Auc=uoc/uic 。 三、任意信号的分解三、任意信号的分解 ui1和ui2输入的两个任意信号。此时，若将ui1和ui2改写成 其中 由此可知，一对任意信号均可以分解为一对共模信号和一对差模信号之和，即 2222i2i1i2i12i2i1i2i11uuuuuuuuuuii2/2/idici2idici1uuuuuui2i1idi2i1ic2/ )(uuuuuu 任意信号输入时，分解成uid和 uic ，分别放大再

8、叠加。即 icucidudocodouAuAuuu 差动放大器的性能应是差模性能和共模性能的合成。 例3.1.1 已知差动放大电路ui1=10.02V，ui2=9.98V，试求共模和差模输入电压。 解： mV40V04. 0V102/ )(i2i1idi2i1icuuuuuu3.1.3 3.1.3 差模输入信号的动态分析差模输入信号的动态分析 差动电路有两个输入端、两个输出端，它具有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出四种组态。 一、双端输出差分放大电路动态分析及共模抑制比一、双端输出差分放大电路动态分析及共模抑制比 图3.1.2双端输入双端输出差分电路 （a

9、）电路原理图 （b）差模交流通路 （c）共模交流通路 1Ei2EieReREEV21ccuuLRLR当差模信号单独作用的情况下，两管发射极电流和一个增大，一个减小，而且变化的幅度相同，因此流过电阻的电流大小不变。又因电阻下端接直流电源 ，故两管发射极电压为固定的直流量，即对于差模信号，两管发射极交流电压值为零。另外，两管集电极电压 ，即差模信号输入时，两端电压向相反方向变化，故中点电压相当于交流接地。 双端输入双端输出电路的差模交流通路如图3.1.2（b）所示。由图可得 式中， 为双端输出时差模输出电压，它等于两管输出信号电压之差； 为单管共射电路电压放大倍数； 。上式说明双端输出差动当大电路

10、的电压放大倍数与单管共射放大电路的电压放大倍数相同。 bebLu1id1od1id2id1od2od1idodud22rRRAuuuuuuuuAodu1uA)2/(LC/LRRR 电路的输入电阻则是从两个输入端看进去的等效电阻。 Ri=2(Rb+rbe) 电路的输出电阻为 Ro=2Rc 图3.1.2（a）所示电路其共模交流通路如图3.1.2（c）所示。 eREieR21ccuuLR因在输入共模信号时，流过中的电流为2 ，发射极电阻等效为2。电路完全对称，在输入共模信号中没有电流流过，可视为开路，故时，总有0icocucuuA从上式可知，差动放大电路对共模信号具有抑制作用。 为反映电路对共模信号

11、的抑制能力，引入共模抑制比的概念，定义为 或 ucudCMRAAKucudCMRlg20AAK KCMR越大，差动放大电路的抑制共模信号的能力越强。在理想情况下，双端输出差动电路的 CMRK 二、单端输出电路的共模抑制比二、单端输出电路的共模抑制比 双端输入单端输出电路及其差模交流通路、共模交流通路如图3.1.3所示。 图3.1.3 双端输入单端输出电路 分析表明，该电路的共模抑制比为 bebLid1od1idodud1212rRRuuuuA式中, ./LCLRRR 上式表明，Re越大，对共模信号的抑制能力越强。 单端输入双端输出、单端输入单端输出差动电路分析方法与双端输入相同。 bebeuc