【模电笔记】——集成运算放大电路

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一、集成运放电路简介

1.集成运放电路的特点

(1)元器件参数对称性好，用到的三极管经常复合使用（复合管）

(2)不易制作大电阻，常采用晶体管代替大电阻。

(3)不易制作大电容，级间采用直接耦合方式。

(4)NPN、PNP型管的β值差别较大，通常PNP型管的β≤10。

2.集成运放电路的组成和各部分的作用

        组成图示如下所示，​为同相输入端，​为反相输入端

(1)输入级（前置级）：要求具有输入电阻高、电压放大倍数大、抑制零点漂移的能力，一般采用差分放大电路。

(2)中间级：是主要的放大电路，通常采用由复合管组成的共射放大电路以提高电压放大倍数。

(3)输出级：要求输出电阻小、带负载能力强，通常采用互补对称功率放大电路。

(4)偏置电路：为各级放大电路提供合适的偏置电流，保证各级的静态工作点合适，常采用电流源电路。

3.集成运放的电压传输特性

        集成运放用符号表示如下图所示，三角形为放大器。

​                     ​

电压传输特性表达式为​

如上右图所示，在线性区时，​，​为开环差模放大倍数。

                         在非线性区时，当u+>u-时，​，当u+<u-时，​

二、差分放大电路

        又称差动放大电路，“差动”指当电路两输入端的电压有差别时，输出电压才会发生变动。

1.基本形式的差分放大电路

(1)三种输入信号

  ①差模信号：两个大小相等、极性相反的输入信号。（通常被认为是有用信号）

  ②共模信号：两个大小相等、极性相同的输入信号。（通常是干扰/漂移信号）

  ③任意输入信号:由差模信号和共模信号共同作用。

(2)电压放大倍数

  ①差模电压放大倍数​ 。它与单管电压放大倍数是一样的，多一个管子的目的是为了抑制零点漂移。

  ②共模电压放大倍数​ 。差分电路在理想对称情况下​=0，但在实际电路中,由于元件参数不可能完全一致，​是个很小的值。

(3)共模抑制比​ 。常用对数表示为​，​值越大，说明电路抑制干扰和零漂的能力越强。在参数理想对称的情况下，​。

2.长尾式差分放大电路（进一步减小单管输出的零点漂移）

(1)结构特点

        电路结构和元件参数对称；双端输入、双端输出；双电源供电。在理想对称的情况下，克服零点漂移；零输入零输出；抑制共模信号；放大差模信号。电路图如下图所示：

(2)静态工作点分析

(3)动态分析

        把负载电阻​接入​处，作出微变等效电路如图所示，由于电路完全对称，有​,​,该电路图是对差模信号的交流等效电路。负载电阻​中点处的电位不变，所以​中点可为接地端。当差模信号输人时，由于输人信号大小相等、极性相反，因此流过两管各极电流变化量也是等值反向的，这样流过长尾电阻​上的电流变化量总和为0，也就是说不起作用，可视为短路。

​ ​

(4)小结：长尾电阻​的接入，提高了共模抑制比，单管零点漂移进一步得到抑制。Re阻值越大，抑制效果越好。

3.差分放大电路的四种接法

(1)双端输入、双端输出(2)双端输入、单端输出(3)单端输入、双端输出(4)单端输入、单端输出（输入总不变，输出影响放大倍数、输出电阻）

三、功率放大电路

        它的主要任务是提供足够大的功率去驱动装置、带动负载。

1.衡量指标

(1)输出功率应尽可能大

(2)效率​要高

(3)非线性失真要小

2.工作状态

3.OCL乙类互补对称功率放大电路

(1)电路组成即工作原理见下图。每个管子都只负责半个周期的放大任务，为乙类推广工作方式。

(2)该功率放大，电路输入输出波形见下右图所示,出现了交越失真。原因是输入的正/负半周的信号幅值较小（小于V1、V2三极管发射结的死区电压）时，两个管子的​=0，负载​无电流，所以输出电压为0。

(3)减小和克服交越失真的方法

        通常在两个三极管的基极间接入二极管和电阻，具体如图所示。此时管子是工作在甲乙类状态，电路为甲乙类互补对称放大电路。

​     ​

(4) 性能分析

①输出最大电压​，

则最大不失真输出功率（充分激励时）为：​(忽略​)

②直流电源功率​(忽略​)

③转换效率​（由于​C及元件损耗等因素，实际​在60%⁓70%）