【模拟电子技术基础】第3章集成运算放大电路

1 多级放大电路的一般问题

1.1 多级放大电路的耦合方式

组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。

多级放大电路有四种常见的耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。

（1）直接耦合放大电路：将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端。

如图所示，为直接耦合放大电路静态工作点的设置。

（a）前级的输出直接接到后级输入（b）为增大 $U_{CE1}$ 而加 $R_{e}$ 或二极管

（c）后级发射极电阻用稳压管替代（d）NPN和PNP管混合使用

优点：具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；电路中没有大容量电容，易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成放大电路。

问题：存在零点漂移现象，即输入信号为零时，输出电压产生变化的现象。

（2）阻容耦合放大电路：将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端。

通常只有在信号频率很高、输出功率很大等特殊情况下才使用。

优点：只要输入信号频率较高，耦合电容容量较大，前级的输出信号就可以几乎没有衰减地传递到后级的输入端。

问题：低频特性差，不能放大变化缓慢的信号；集成电路中制造大容量电路很困难，甚至不可能，不利于集成化。

（3）变压器耦合放大电路：将放大电路前级的输出信号通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上。

优点：可以实现阻抗变换，在分立元件功率放大电路中得到了广泛应用。

问题：低频特性差，不能放大变化缓慢的信号；笨重，不利于集成化。

只有在集成功率放大电路无法满足需要的情况下，如需输出特大功率，或实现较高功率放大时，才考虑用分立元件构成变压器耦合放大电路。

（4）光电耦合放大电路：以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递。

1.2 多级放大电路的动态分析

放大电路中前级的输出电压就是后级的输入电压。故多级放大电路的电压放大倍数为

$\dot{A_u}=\frac {\dot{U_{o1}}}{\dot{U_i}}\cdot \frac {\dot{U_{o2}}}{\dot{U_i2}} \cdot ...\cdot \frac {\dot{U_{o}}}{\dot{U_{iN}}}=\dot{A_{u1}}\cdot \dot{A_{u2}}\cdot ...\dot{A_{uN}}$

即 $\dot{A_u}=\Pi_{j=1}^{N} \dot{A_{uj}}$

2 集成运算放大电路概述

2.1 集成运放的电路结构特点

（1）因为硅片上无法制作大电容，所以集成运放采用直接耦合方式。
（2）因为相邻元件具有良好的对称性，所以电路采用各种差分放大电路（作输入级）和恒流源电路（做偏置电路或有源负载）。
（3）允许复杂的电路形式，以达到提高各方面性能的目的。
（4）硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中上常用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。
（5）常采用复合形式，以得到各方面性能俱佳的效果。

2.2 集成运放电路的组成及各部分的作用

在这里插入图片描述

（1）输入级
输入级又称前置级，它是一个双端输入的高性能差分电路。一般要求输入电阻高，电压放大倍数大，抑制零点漂移现象的能力强，静态电流小。
（2）中间级
中间级是整个放大电路的主放大器，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。
（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）、非线性失真小等特点。集成运放的输出多采用互补输出电路。
（4）偏置电路
偏置电路用于设置运放各级放大电路的静态工作点。

2.3 集成运放的电压传输特性

从外部看，可以认为集成运放是一个双端输入、单端输出，具有高电压放大倍数、高输入电阻、低输出电阻，能较好地抑制零点漂移现象的差分放大电路；有单电源供电和正负双电源供电之分。

电压传输特性：集成运放的输出电压 $u_O$ 和输入电压 $(u_P-u_N)$ 之间的关系曲线

$u_O=f(u_P-u_N)$

差模开环放大倍数：差模信号（ $u_P$ 和 $u_N$ 之间的差值信号）的电压放大倍数

$u_O=A_{od}(u_P-u_N)$