第3章 直接耦合放大电路和 集成运算放大器 3.1 直接耦合放大电路 3.2 差动放大电路 3.3 集成运算放大器

多级放大器的耦合 许多放大器都是由多级当大电路组成的，各级放大电路对微弱信号进行接续放大，从而获得必要的电压幅数或足够的功率。 多级放大器的组成模式可用下列框图示意： 输入 第一级 第二级 第(n-1)级 第n级 输出 末前级 末级(输出级) 前置级 电压放大 功率放大

耦合的概念及类型： 多级放大电路中，前后两级之间的联接方式称为耦合。常用的级间耦合有阻容耦合、直接耦合及变压器耦合三种方式。 阻容耦合方式的结构简单，易于调整，适合于交流放大电路； 直接耦合结构较复杂，调整比较繁琐。在集成电路得到极大发展以来，直接耦合的应用越来越多； 变压器耦合结构虽比较简单，但元件体积大、重量大、不适于电路的小型化和集成化，在应用上有许多局限性，许多场合已被前两种方式所取代。

3.1 直接耦合放大电路 3.1.1 直接耦合放大电路的两个特殊问题 3.1 直接耦合放大电路 3.1.1 直接耦合放大电路的两个特殊问题 为了能对缓慢变化的信号或直流信号进行放大，不能采用阻容耦合而只能采用直接耦合——将前级的输出信号直接接到后级的输入端. 直接耦合的结构虽然简单，但存在着严重问题，一是前后级静态工作点的相互影响；二是所谓的零点漂移。

1. 各级工作点的互相影响与合理安排问题 R2 +VCC RC1 RC2 R1 T1 T2 u0 ui RE2 R2 、RE2 : 为设置合适的Q点而增加。 返回

2.直耦放大电路的特殊问题——零点漂移 零漂现象： 产生零漂的原因： 零漂的衡量方法： 将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。 u V 输入ui=0时，，输出有缓慢变化的电压产生。 产生零漂的原因： + ¡ª - R e1 b1 c1 V 1 o u i 2 CC e2 EE 由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 零漂的衡量方法： 将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。

例如 则等效输入有100 uV的漂移电压 第一级是关键 3. 减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿 采用差动放大电路 假设 3. 减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿 采用差动放大电路

3.1.2 合理安排各级工作点的常用方法 1. 在后级射极接电阻，提高前级集电极电压 用Re2调节电位

2. 串联二极管或稳压管 用二极管调节电位 用稳压管调节电位

3.1.3 零漂的抑制 （1）对电路元件进行认真筛选及做“老化”处理，确保质量和参数的稳定性。 （2）采用稳定度高的稳压电源减小电源电压波动引起的零漂。 （3）采用差动放大电路，其工作原理将在下一节介绍。

3.2 差动放大电路 对称性结构 一.结构: 3.2.1 基本差动放大电路 即：1=2= UBE1=UBE2= UBE 3.2 差动放大电路 3.2.1 基本差动放大电路 一.结构: 对称性结构 即：1=2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb11=Rb12 Rb11=Rb12= Rb, R1=R2

二. 几个基本概念 1. 差动放大电路一般有两个输入端： 2. 差动放大电路可以有两个输出端。 双端输入——从两输入端同时加信号。 二. 几个基本概念 1. 差动放大电路一般有两个输入端： 双端输入——从两输入端同时加信号。 单端输入——仅从一个输入端对地加信号。 2. 差动放大电路可以有两个输出端。 双端输出——从C1 和C2输出。 单端输出——从C1或C2 对地输出。

3. 差模信号与共模信号 差模信号： 共模信号： 差模电压增益： 共模电压增益： 总输出电压： 4. 共模抑制比

三、抑制零漂的原理: 当温度变化时： 设T   ic1 ,ic2  uc1  , uc2  当ui1 = ui2 = 0 时， UC1 = UC2 Uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时： 设T   ic1 ,ic2  uc1  , uc2   uo= uc1 - uc2 = 0

3.2.2 带发射极电阻Re的差动放大电路 1. 失调与调零 实际上差放很难做到完全对称，所以在静态时，输出电压不为0，这种现象称为失调。 为了消除失调，在实际差放电路中采用调零电路。调节RP可以改变两个晶体管发射极电阻的大小，从而改变两管的发射极电流，也改变了集电极电流，使无输入信号时的输出信号uO=0，

2.电路的动态分析 ui1=-ui2 =uid/2， uic=0。 若ui1 ,ui2   ib1 ,ib2  (1)加入差模信号 ui1=-ui2 =uid/2， uic=0。 若ui1 ,ui2   ib1 ,ib2  ie1 ,ie2   IRe不变  UE不变 所以，Re对差模信号相当于短路。

①求差模电压放大倍数： 因为ui1 =- ui2  uo= uo1 – uo2=2 uo1 i i R r i β R u u R - - b c + + + R + b r i β R u be u b L i1 R o1 C 2 - - + +

②差模输入电阻 ③输出电阻

(2)加入共模信号 ui1=ui2 =uic， uid=0。 设ui1 ，ui2   uo1 ， uo2 。 共模电压放大倍数

加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re 。 3.2.3 具有恒流源的差动放大电路 根据共模抑制比公式： 加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re 。 恒流源的作用 等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。 恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。

3.2.4 差动放大电路的四种接法 差动放大器共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出（双入双出） 主要讨论的问题有： 3.2.4 差动放大电路的四种接法 差动放大器共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出（双入双出） 2. 双端输入、单端输出（双入单出） 3. 单端输入、双端输出（单入双出） 4. 单端输入、单端输出（单入单出） 主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻

1.双端输入双端输出 (1)差模电压放大倍数 （2）共模电压放大倍数 （3）差模输入电阻 （4）输出电阻

2. 双端输入单端输出 (1)差模电压放大倍数 这种方式适用 于将差分信号转换 为单端输出的信号。 （2）差模输入电阻 （3）输出电阻

（4）共模电压放大倍数 ui1=ui2 =uic， 设ui1 ，ui2   ie1  ， ie1  。  iRe （=2 ie1 ） 画出共模等效电路

求共模电压放大倍数： i i R r βi u R u R - R - + + 2 b c b be b L ic C o1 e + + +

3. 单端输入双端输出 计算同双端输入双端输出： 动画演示 单端输入等效双端输入: ui1 = －ui2 = ui /2 3. 单端输入双端输出 单端输入等效双端输入: 因为Re＞＞从T2发射极看进去的等效电阻，故 Re 可视为开路，于是有 ui1 = －ui2 = ui /2 计算同双端输入双端输出：

4. 单端输入单端输出 计算同双入单出： 注意放大倍数的正负号： 设从T1的基极输入信号，如果从uo1 输出为负号；从uo2 输出为正号。

差动放大器动态参数计算总结 (1)差模电压放大倍数 (2)共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： 双端输出时： 单端输出时： (2)共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： 双端输出时： 单端输出时：

(3)差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。 (4)输出电阻 单端输出时， 双端输出时，

共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。 (5)共模抑制比 共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。 ，或 双端输出时KCMR可认为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比：

3.3 集成运算放大器 3.3.1 概述 将多级放大电路的差动输入级、中间放大级、输出功率级和偏置电路等集成在同一基片上就可得到高性能的集成多级放大电路——集成运算放大器。

3.3.2 集成运算放大器的组成

集成运算放大器符号 ¡Þ un－ － uo up ＋ 国内符号： 集成运放的特点： 国际符号： 电压增益高 输入电阻大 输出电阻小 + ­ V o + ¡Þ ­ A - up un u 反相输入端 输出端 同相输入端 集成运放的特点： 国际符号： 电压增益高 ＋ － un－ up uo 输入电阻大 输出电阻小

3.2.3 集成运放的主要参数 1.输入失调电UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。 2.输入失调电流 IIO ： 在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。

输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。 3.输入偏置电流IIB ： 输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。 4.开环差模电压放大倍数 Aod ： 无反馈时的差模电压增益。 一般Aod在100～120dB左右，高增益运放可达140dB以上。

KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB) 其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。

本章小结 （1）放大电路的级间耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合等。放大电路一般采用阻容耦合，因为它电路简单，调试方便；而对于直流或缓慢变化的信号，则必须采用直接耦合方式。 （2）直接耦合放大电路存在直流电位配合和零点漂移两大问题。通常采用电平移动电路来解决前后级静态工作点的合理安排问题，采用差动放大电路解决零点漂移问题。 （3）在基本的差动放大电路中，利用参数的对称性进行补偿来抑制零点漂移。 常用共模抑制比KCMR来衡量差动放大电路抑制共模信号的能力，KCMR=|Aud/Auc|，KCMR越大，则共模抑制能力越强。

（4）集成电路是将包括元件、器件及电路连线在内的整个电路制作在一块半导体基片上，构成特定功能的电子电路。它具有体积小，性能好的优点，得到越来越广泛的应用。集成运放是众多集成电路中的一种。 （5）集成运放是高放大倍数的直接耦合多级放大电路。为抑制零点漂移，输入级常采用差动放大电路，中间级一般为共射极电路，输出级多用互补输出，以提高带负载能力。 （6）集成运放的主要参数有UIO、IIO、IIB、Aod、KCMR等，使用时应合理选用。