第4章 集成运算放大电路.ppt

第4章集成运算放大电路
直接耦合放大电路及问题
差分放大电路
集成运算放大器简介
集成运算放大器的应用
实训: 集成运算放大器应用Multisim仿真测试
直接耦合放大电路的前后级之间没有耦合电容,级与级之间直接用导线连接,因此,直接耦合放大电路既可以放大交流信号,又可以放大直流和变化缓慢的信号;直接耦合放大电路便于大规模集成,所以集成电路中多采用直接耦合方式。但直接耦合放大电路也存在两个问题:一个是前级、后级静态工作点相互影响的问题;另一个是零点漂移问题。
前级、后级静态工作点相互影响
前级的集电极电位恒等于后级的基极电位,前级的集电极电阻RC1同时又是后级的偏流电阻,前、后级的静态工作点就互相影响,互相牵制。
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因此,在直接耦合放大电路中必须采取一定的措施,必须全面考虑各级的静态工作点的合理配置,当放大电路的级数增多时,这个问题显得更加复杂。常用的办法之一是提高后级的发射极电位。在图4-1中是利用V2的发射极电阻RE2上的压降来提高发射极的电位。这一方面能提高V1的集电极电位,增大其输出电压的幅度,另一方面又能使V2获得合适的工作点。在工程中还有其他方法可以实现前、后级静态工作点的配合。
零点漂移问题
一个理想的直接耦合放大器,当输入信号为零时,输出端的电位应该保持不变。
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但实际上,由于温度、频率等因素的影响,直接耦合的多级放大器在输入信号为零时,输出端的电位会偏离初始设定值,产生缓慢而不规则的波动,这种输出端电位的波动现象,称为零点漂移。引起零点漂移的原因很多,如三极管参数(ICBO、UBE、β)随温度的变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等,其中温度的影响是最严重的。在多级放大电路各级的漂移当中,第一级的漂移影响最为严重,因为直接耦合,第一级的漂移被逐级放大,以致影响到整个放大电路的工作。所以,抑制漂移要着重于第一级。
抑制零点漂移方法有很多,如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。但最有效且被广泛采用的方法是输入级采用差分放大电路。
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差分放大电路简称为差放,广泛应用于测量电路、医学仪器等电子仪器中,差放也是集成运算放大器的重要单元电路。


典型的差分放大电路如图4-2所示,它由完全相同的两个完全对称的共发射极放大电路组成,电源为双路对称电源,,发射极经电阻RE接VEE。电路中两管集电极负载电阻的阻值相等,两基极电阻阻值相等,输入信号ui1和ui2分别加在两管的基极上,输出电压u0从两管的集电极输出。这种连接方式称为双端输入、双端输出方式。
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2. 抑制零点漂移的原理
(1)依靠电路的对称性
在图4-2所示电路中,当温度变化等原因引起两个管子的基极电流IB1、IB2变化时,由于两边电路完全对称,势必引起两管子集电极电流IC1、IC2的变化量相等,方向相同,即△IC1=△IC2,集电极电位VC1,VC2的变化量也相同,即△VC1=△VC2。
采用双端输出时,输出电压u0=uo1-uo2,如在输入信号为零时,假定温度上升,则有:
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由此可知,虽然温度变化对每个管子都产生了零点漂移,但在输出端两个管子的集电极电压的变化互相抵消了,所以抑制了输出电压的零点漂移。
(2)依靠RE的负反馈作用
发射极电阻RE具有负反馈作用,可以稳定静态工作点,从而进一步减小VC1、VC2的绝对漂移量。RE抑制输出电压的零点漂移的方法将在差分放大电路的静态分析和动态分析中讨论。

当输入信号为零时,放大电路的直流通路如图4-3所示。
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在图4-3中,由电路对称性可得
由基极回路可以得到
所以
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其中β是晶体管的电流放大倍数。
从上可知,静态时,每个管子的发射极电路中相当于接入了2RE的电阻,这样每个晶体管的工作点稳定性都得到提高。VEE的作用是补偿RE上的直流压降,使得晶体管有合适的工作点。


在放大器两输入端分别输入大小相等、相位相反的信号,即ui1=-ui2时,这种输入方式称为差模输入,所输入的信号称为差模输入信号。差模输入信号用uid来表示。差模输入电路如图4-4所示。
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由图4-4可得
或
图4