第05章集成電路運(yùn)算放大器及應(yīng)用.

1、第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器1第五章第五章 集成電路運(yùn)集成電路運(yùn)算放大器及應(yīng)用算放大器及應(yīng)用基本要求：基本要求：理解差動(dòng)放大電路的工作原理；理解差動(dòng)放大電路的工作原理；掌握運(yùn)算放大器的分析方法。掌握運(yùn)算放大器的分析方法?；緝?nèi)容：基本內(nèi)容：差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路復(fù)合管電路復(fù)合管電路 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成電路運(yùn)算放大器的應(yīng)用第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器25. 1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路 集成電路集成電路運(yùn)算放大器是一種具有運(yùn)算放大器是一種具有高放大倍高放大倍數(shù)數(shù)的的多級(jí)直接耦合多級(jí)直接耦合放大電路。放大電路。 當(dāng)

2、多級(jí)直接耦合放大電路的輸入端短路當(dāng)多級(jí)直接耦合放大電路的輸入端短路( ui0 )，輸出端電壓它并不保持恒值，而在，輸出端電壓它并不保持恒值，而在緩慢地、無規(guī)則地變化著，這種現(xiàn)象就稱緩慢地、無規(guī)則地變化著，這種現(xiàn)象就稱為為零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移。 產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因是三極管受溫度產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因是三極管受溫度的影響。的影響。 抑制零點(diǎn)漂移有效的措施之一是抑制零點(diǎn)漂移有效的措施之一是采用采用差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路。第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路3一一. 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路 圖圖中中所示是一個(gè)基本所示是一個(gè)基本差動(dòng)放

3、大電路，又稱為差動(dòng)放大電路，又稱為長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路，長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：對(duì)稱，即對(duì)稱，即 Rs1=Rs2=Rs， Rc1=Rc2=Rc， 1=2=， UBEl= =UBE2= =UBE 兩個(gè)輸入端兩個(gè)輸入端u ui1i1和和u ui2i2兩個(gè)輸出端兩個(gè)輸出端u uo1o1和和u uo2o2第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路41.1.靜態(tài)分析靜態(tài)分析(ui1= ui2=0)對(duì)稱對(duì)稱IC1= =IC2= =IC，IB1= =IB2= =IB，IE1= =IE2= =IE

4、/2，UC1= =UC2= =UC 對(duì)輸入電路對(duì)輸入電路 RsIB+ UBE +2ReIE1= UEE 有有CeBEEEseBEEEEIRUURRUUI 2121 UE=2 2IE1Re- - UEE2 2ICRe- - UEEIBIC/ UC= UCCRcICuO= UC1 - - U C2=0 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路5抑制零點(diǎn)漂移的作用抑制零點(diǎn)漂移的作用 1）電路的對(duì)稱性有效抑制了零點(diǎn)漂移；）電路的對(duì)稱性有效抑制了零點(diǎn)漂移；2）RE 引入的電引入的電 流負(fù)反饋，穩(wěn)定電路工作點(diǎn)，流

5、負(fù)反饋，穩(wěn)定電路工作點(diǎn)，抑制單個(gè)管子的零點(diǎn)漂移。抑制單個(gè)管子的零點(diǎn)漂移。3）電源（）電源（-UEE）的作用是：）的作用是： a）對(duì)三極管）對(duì)三極管T 1、T 2 提供基極電流；提供基極電流； b）補(bǔ)償）補(bǔ)償I E 在在RE 上產(chǎn)生的直流壓降，使上產(chǎn)生的直流壓降，使UE = 0，則，則UCE = UC，輸出電壓有較大的變化，輸出電壓有較大的變化范圍。范圍。第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路62.動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 1）輸入信號(hào)分類）輸入信號(hào)分類 差動(dòng)放大電路的輸入信號(hào)可以分為兩種類型：共模信號(hào)和差動(dòng)

6、放大電路的輸入信號(hào)可以分為兩種類型：共模信號(hào)和差模信號(hào)。差模信號(hào)。 當(dāng)兩個(gè)輸入端的信號(hào)為當(dāng)兩個(gè)輸入端的信號(hào)為ui1-ui2uid/2時(shí)，輸入方式稱為時(shí)，輸入方式稱為差模輸入。差模輸入。uidui1-ui2稱為差模信號(hào)。稱為差模信號(hào)。 當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)為當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)為ui1ui2uic， uic稱為共模信號(hào)，其輸稱為共模信號(hào)，其輸入方式稱為共模輸入。入方式稱為共模輸入。 uic的作用與溫度影響相似，所以的作用與溫度影響相似，所以常常用對(duì)共模信號(hào)的抑制能力來反映電路對(duì)零漂的抑制能常常用對(duì)共模信號(hào)的抑制能力來反映電路對(duì)零漂的抑制能力。力。 當(dāng)兩個(gè)任意的輸入信號(hào)電壓當(dāng)兩個(gè)任意的輸入信號(hào)電壓ui1和和u

7、i2可以分解為差模信號(hào)和可以分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)，共模信號(hào)， 即即 uidui1-ui2 uic=(ui1+ui2)/2 ui1uic+uid/2 ui2= uic-uid/2第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路72 2）主要技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算）主要技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算(1)(1)共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù) 雙端輸入、雙端輸出雙端輸入、雙端輸出若電路的完全對(duì)稱有，若電路的完全對(duì)稱有，uic= =ui1= =ui2 ue= =ieRe=2Reie1 uoc=0 Auc= uoc/ uic=0=0 共

8、模電壓放大倍數(shù)越小，說明放大電路的性能越好。共模電壓放大倍數(shù)越小，說明放大電路的性能越好。 共模輸入信號(hào)時(shí)的信號(hào)通路共模輸入信號(hào)時(shí)的信號(hào)通路 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路8單端輸出單端輸出Auc1= Auc2= uoc1/ uic=-Rc/(Rs +rbe +(1+)2Re) 一般情況下，一般情況下，(1+)2Re(rbe+Rs)， 1 Auc1 = Auc2 -Rc/ 2Re Re越大，越大，ie的恒流性能越的恒流性能越好，好，Auc1越小，說明它抑越小，說明它抑制共模信號(hào)的制共模信號(hào)的

9、能力越強(qiáng)。能力越強(qiáng)。 共模輸入信號(hào)時(shí)的信號(hào)通路共模輸入信號(hào)時(shí)的信號(hào)通路 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路9(2)(2)差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù) 雙端輸入、雙端輸出雙端輸入、雙端輸出 ui1= =-ui2， ie1= =-ie2 ， ie=0=0差模信號(hào)對(duì)差模信號(hào)對(duì)R Re e不起作用，不起作用，R Re e可視為短路，可視為短路，差模電壓差模電壓放大倍數(shù)與單邊放大電路放大倍數(shù)與單邊放大電路的電壓放大倍數(shù)相同的電壓放大倍數(shù)相同。 Aud=uo/ uid = (uo1- uo2)/ uid

10、 = uo1/ ui1= -Rc/(Rs+rbe) 當(dāng)集電極當(dāng)集電極c1c1、c2c2間接入負(fù)載間接入負(fù)載電阻電阻R RL L時(shí)，電壓放大倍為時(shí)，電壓放大倍為 Aud = -RL/(Rs+rbe) RL = Rc /（RL/2）差模信號(hào)通路差模信號(hào)通路第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路10雙端輸入、雙端輸入、單端輸出單端輸出 uo1 = uo /2 (同相同相 ), 或或 uo2 =- uo /2 (反相反相 )單端輸出單端輸出電壓放大倍數(shù)只電壓放大倍數(shù)只有雙端輸出時(shí)的一半有雙端輸出時(shí)的一半 。

11、Aud1= uo1/ uid =Aud /2= - - Aud2 = -Rc/2(Rs+rbe) 若從集電極若從集電極c1c1或或c2c2點(diǎn)與地之點(diǎn)與地之間接入負(fù)載電阻間接入負(fù)載電阻R RL L時(shí)時(shí)Aud1 =- -Aud2 = -RL /2(Rs+rbe)RL = Rc /RL 差模信號(hào)通路差模信號(hào)通路第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路11單單端輸入端輸入( (設(shè)設(shè) ui2 =0)uid=ui1- -ui2 = ui1 uic=( (ui1+ +ui2) ) /2 = ui1 /2 一方面：若

12、電路完全對(duì)稱，一方面：若電路完全對(duì)稱， ui1=uic+uid/ 2uid / 2 ui2= uic-uid / 2 -uid / 2 單端輸入可等效為雙端輸入。單端輸入可等效為雙端輸入。另方面：若滿足另方面：若滿足Rer be ie =ue /Re 0 ， 則，則，uid近似地均分在兩管的輸入回路上近似地均分在兩管的輸入回路上。結(jié)論：結(jié)論：差模電壓放大倍數(shù)僅與輸出形式有關(guān)，雙端輸出，差模電壓放大倍數(shù)僅與輸出形式有關(guān)，雙端輸出，電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)Aud與單邊放大電路相同；單端輸出，與單邊放大電路相同；單端輸出， Aud1 =- -Aud2 = Aud / 2 ，而輸入電阻都是相同的。，而

13、輸入電阻都是相同的。 差模信號(hào)通路差模信號(hào)通路第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路12(3) (3) 共模抑制共模抑制比比KCMR 為了衡量差動(dòng)放大電路抑制共模信號(hào)的能力，常為了衡量差動(dòng)放大電路抑制共模信號(hào)的能力，常用共模抑制比作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來，其定義為用共模抑制比作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來，其定義為 KCMR=|Aud /Auc | 或或 KCMR=20lg |Aud /Auc| dB 若差動(dòng)放大電路完全對(duì)稱，雙端輸出時(shí)，若差動(dòng)放大電路完全對(duì)稱，雙端輸出時(shí)， KCMR=|Aud /Auc | 單端輸出

14、時(shí)，單端輸出時(shí)， KCMR=|Aud /Auc |= (Rs +rbe +(1+)2Re)/2 (Rs +rbe )一般有一般有 (1+)2Re(rbe+Rs)，1 ， 所以所以KCMR = Re/ (Rs +rbe )單端輸出時(shí)，總輸出電壓為單端輸出時(shí)，總輸出電壓為 uo1=uid Aud1+ +uic1Auc1 = uid Aud1 (1+ (1+ uic/( uid KCMR)第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路13(4) 輸入電阻輸入電阻差模輸入電阻差模輸入電阻rid 無論單、雙端輸入無論

15、單、雙端輸入 ，都有，都有uid=ui1ui2= ib1(Rs+rbe)ib2(Rs+rbe) iid = ib1= ib2 rid=uid/iid=2 (Rs+rbe) 在對(duì)稱的條件下，無論在對(duì)稱的條件下，無論單、雙輸入，單、雙輸入，rid是其單邊差是其單邊差模信號(hào)通路輸入電阻的模信號(hào)通路輸入電阻的2倍倍 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路14共模輸入電阻共模輸入電阻ricuic=ui1= =ui2 = ib1(Rs+rbe)+ +ib1(1+)2(1+)2Re iic= ib1+ ib2=2

16、ib1 ric=uic/iic =(Rs+rbe)+(1+)2(1+)2Re/2 對(duì)稱的條件下，共模對(duì)稱的條件下，共模輸入電阻輸入電阻ric是其單邊共模是其單邊共模信號(hào)通路輸入電阻的一半。信號(hào)通路輸入電阻的一半。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路/ / 基本差動(dòng)放大電路基本差動(dòng)放大電路15(5) 差模輸出電阻差模輸出電阻 差模輸出電阻差模輸出電阻ro是在差模信號(hào)作用下從是在差模信號(hào)作用下從RL兩兩端向放大器看去的等效電阻。端向放大器看去的等效電阻。因?yàn)椴顒?dòng)放大電路由兩邊對(duì)稱的共射極電路因?yàn)椴顒?dòng)放大電路由兩邊對(duì)稱的共射極電路組成，可用

17、共射極電路來分析，所以組成，可用共射極電路來分析，所以 雙端輸出電阻雙端輸出電阻r ro o=2 R=2 Rc c 單端輸出電阻單端輸出電阻r ro o= R= Rc c第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.1 /5.1 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路16二二. 恒流源差動(dòng)放大電路恒流源差動(dòng)放大電路 長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路，長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路，因有因有Re提高了共模信號(hào)提高了共模信號(hào)的抑制能力，且的抑制能力，且Re愈大，愈大，抑制能力愈強(qiáng)。抑制能力愈強(qiáng)。 若若Re增大，則增大，則Ue增大，增大，對(duì)靜態(tài)有影響。對(duì)靜態(tài)有影響。 為此由為此由T3構(gòu)成的恒流源，構(gòu)成的恒流源，輸出電阻輸出電阻r

18、 ro3o3取代取代Re，由由微變等效電路計(jì)算。微變等效電路計(jì)算。 oooiur 3321331ceberRRRrR / 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器175.2 復(fù)合管電路復(fù)合管電路 為獲得高放大倍數(shù)，可以利用多個(gè)晶體管組成復(fù)為獲得高放大倍數(shù)，可以利用多個(gè)晶體管組成復(fù)合管，以得到較大的電流放大系數(shù)。合管，以得到較大的電流放大系數(shù)。 1.1.復(fù)合管的組成形式復(fù)合管的組成形式 一般復(fù)合管由兩個(gè)晶體管組成，兩個(gè)晶體管的類一般復(fù)合管由兩個(gè)晶體管組成，兩個(gè)晶體管的類型可以相同，也可不同。型可以相同，也可不同。 組成后的復(fù)合管應(yīng)滿足復(fù)合起來的管子都處于導(dǎo)組成后的復(fù)合管應(yīng)滿足復(fù)合起來的

19、管子都處于導(dǎo)通狀態(tài)的條件，即滿足發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)通狀態(tài)的條件，即滿足發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。反向偏置。 復(fù)合管的類型與第一個(gè)晶體管的類型相同。復(fù)合管的類型與第一個(gè)晶體管的類型相同。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器18第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/5.2 /5.2 復(fù)合管電路復(fù)合管電路192.2.復(fù)合管的主要參數(shù)復(fù)合管的主要參數(shù) 復(fù)合管的主要參數(shù)是等效電流放大系效復(fù)合管的主要參數(shù)是等效電流放大系效和等效和等效輸入電阻輸入電阻rbe。 由上圖四種接法的復(fù)合管各極電流關(guān)系可以推由上圖四種接法的復(fù)合管各極電流關(guān)系可以推出：復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)

20、是兩管電流放出：復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)是兩管電流放大系數(shù)的乘積，即大系數(shù)的乘積，即12。 （a a）(b)(b)兩種接法的復(fù)合管中，兩種接法的復(fù)合管中，T T1 1管是共集電極管是共集電極組態(tài)，組態(tài)，而而r rbe2be2是是T T1 1管的射極電阻，所以復(fù)合管等管的射極電阻，所以復(fù)合管等效輸入電阻為效輸入電阻為r rbebe= r= rbe1be1 + +（1+1+）r rbe2be2，。，。 （c）(d)兩種接法的復(fù)合管中兩種接法的復(fù)合管中, rbe= rbe1。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器205.3 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器一一. 集成運(yùn)算放大器組成集成運(yùn)算

21、放大器組成 輸輸入入級(jí)級(jí)輸輸出出級(jí)級(jí)偏置電路偏置電路中中間間級(jí)級(jí)UiUo集成電路集成電路運(yùn)算放大器框圖運(yùn)算放大器框圖第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.3 / 5.3 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器21二二. 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)1開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod 是指集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，無負(fù)反是指集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，無負(fù)反饋情況下的直流差模電壓放大倍數(shù)。饋情況下的直流差模電壓放大倍數(shù)。2最大輸出電壓最大輸出電壓Uop-p 最大輸出電壓是指在額定的電壓下，集成運(yùn)放的最大不最大輸出電壓是指在額定的電

22、壓下，集成運(yùn)放的最大不失真輸出電壓的峰一峰值。失真輸出電壓的峰一峰值。用集成運(yùn)放的傳輸特性曲線用集成運(yùn)放的傳輸特性曲線表示表示Uop-p的的 影響。影響。3最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Uid max 所指的是集成運(yùn)放的反相和所指的是集成運(yùn)放的反相和 同相輸入端所能承受的最大同相輸入端所能承受的最大 電壓值。電壓值。4最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Uic max 這是指運(yùn)放所能承受的最大這是指運(yùn)放所能承受的最大 共模輸入電壓。共模輸入電壓。UoUidUOM= Uop- p/ 2- -UOM0線性區(qū)線性區(qū)第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.3 / 5.3 集成運(yùn)算放大器

23、集成運(yùn)算放大器22三三. 集成運(yùn)算放大器的低頻等效電路集成運(yùn)算放大器的低頻等效電路1.1.低頻等效電路低頻等效電路集成運(yùn)放作為完整的獨(dú)立集成運(yùn)放作為完整的獨(dú)立器件，只畫出三個(gè)信號(hào)端，器件，只畫出三個(gè)信號(hào)端，即即2 2個(gè)輸入端，個(gè)輸入端，1 1個(gè)輸出端。個(gè)輸出端。因?yàn)檩斎胍驗(yàn)檩斎雞i1與輸出與輸出uo反相，反相，所以稱所以稱u-端為反相輸入端。端為反相輸入端。而輸入而輸入ui2 與電壓與電壓uo同相，同相，所以稱所以稱 u+端為同相輸入端。端為同相輸入端。ui稱為凈輸入電壓，稱為凈輸入電壓，ii稱稱為凈輸入電流。為凈輸入電流。u+u- -u0ui+_- - + +A0dUid r0ii第五章第五

24、章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.3 / 5.3 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器/ / 集成運(yùn)算放大器的低集成運(yùn)算放大器的低頻等效電路頻等效電路232. 集成運(yùn)算放大器的理想模型集成運(yùn)算放大器的理想模型理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是：理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是：開環(huán)電壓放大倍數(shù)為無窮大開環(huán)電壓放大倍數(shù)為無窮大Au；輸入電阻為無窮大輸入電阻為無窮大ri；輸出電阻為零輸出電阻為零ro=0，共模抑制比無窮大共模抑制比無窮大KCMR；。；。3. 線性應(yīng)用的兩個(gè)重要概念線性應(yīng)用的兩個(gè)重要概念由于由于uo有限，如果有限，如果Au，則，則ui=u+u-0；兩輸入端；兩輸入端的電位相等，好象短接了一樣，這一概

25、念稱之為的電位相等，好象短接了一樣，這一概念稱之為“虛虛短短”。即。即u+u- 由于由于ui=0，而，而ri ，故凈輸入電流，故凈輸入電流ii 0 ，輸入端好，輸入端好象斷開了一樣，但又不是真正的斷開，這一概念稱之象斷開了一樣，但又不是真正的斷開，這一概念稱之為為“虛斷虛斷”。即。即ii0 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器245.4 集成電路運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成電路運(yùn)算放大器的應(yīng)用 “虛短虛短” 和和“虛斷虛斷”的概念是分析集成運(yùn)算放大器的概念是分析集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用的理論根據(jù)線性應(yīng)用的理論根據(jù)。一一. 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路對(duì)輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)比例運(yùn)算的電路稱比例運(yùn)算電路。

26、根據(jù)對(duì)輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)比例運(yùn)算的電路稱比例運(yùn)算電路。根據(jù)輸入信號(hào)端鈕不同，比例運(yùn)算電路可分為反相比例運(yùn)算輸入信號(hào)端鈕不同，比例運(yùn)算電路可分為反相比例運(yùn)算電路和同相比例運(yùn)算電路。電路和同相比例運(yùn)算電路。1. 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路圖反相比例運(yùn)算電路圖ii= ii - if 0, ii = ifu+= u0， u-端稱為端稱為“虛虛地地”。1iiRui FofRuiiFouRRu11RRuuAFioufrif=ui /ii=R1 r0=0 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 2

27、5反相比例運(yùn)算電路的反相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)：特點(diǎn)： 存在存在“虛地虛地”，共摸輸入分量近似為零。，共摸輸入分量近似為零。 u0與與ui成比例關(guān)系成比例關(guān)系,相位相反相位相反,比值是比值是RF/R1與運(yùn)算放大與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無關(guān)，其精度和穩(wěn)定性都很高。器本身的參數(shù)無關(guān)，其精度和穩(wěn)定性都很高。 可以進(jìn)行可以進(jìn)行y=ax的運(yùn)算，運(yùn)算式中的系數(shù)的運(yùn)算，運(yùn)算式中的系數(shù)a0。當(dāng)。當(dāng)R1=Rf時(shí)，時(shí)，uo=ui，此電路稱為反相器。，此電路稱為反相器。 由于集成運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)非常大，需要引入負(fù)反由于集成運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)非常大，需要引入負(fù)反饋，且是深度負(fù)反饋。電路中引入的是并聯(lián)電壓負(fù)反饋，且是深度負(fù)

28、反饋。電路中引入的是并聯(lián)電壓負(fù)反饋。饋。 R2為平衡電阻，為保證集成運(yùn)算放大器第一級(jí)差動(dòng)放為平衡電阻，為保證集成運(yùn)算放大器第一級(jí)差動(dòng)放大電路中結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，應(yīng)選擇大電路中結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，應(yīng)選擇R2=R1/Rf。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 262. 2. 同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路ii=0, 有有 ii=if u-= u+=ui ,有有FofRuuiFoRuuRu11RuiiuRRuFo)(1111RRuuAFioufi1F1Fou)RR1(u)RR1(u第五章第五章 集成電路運(yùn)算放

29、大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 27同相輸入運(yùn)算電路同相輸入運(yùn)算電路特點(diǎn)特點(diǎn)：u-=u+=ui，引入共摸輸入信號(hào)，要求引入共摸輸入信號(hào)，要求CMRR大。大。u0與與u+成比例關(guān)系成比例關(guān)系,相位相同相位相同,比值是比值是(1+RF/R1)1與運(yùn)與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無關(guān)，其精度和穩(wěn)定性都較高。算放大器本身的參數(shù)無關(guān)，其精度和穩(wěn)定性都較高。當(dāng)當(dāng)R1或或Rf=0時(shí)，時(shí)，Auf=1，此時(shí)稱為跟隨器。，此時(shí)稱為跟隨器。同相比例運(yùn)算電路可以進(jìn)行同相比例運(yùn)算電路可以進(jìn)行y=ax的運(yùn)算，且運(yùn)算式中的運(yùn)算，且運(yùn)算式中的系數(shù)的系數(shù)a1。

30、電路中引入了電路中引入了深度串聯(lián)深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，電壓負(fù)反饋，故同相輸入運(yùn)算故同相輸入運(yùn)算電路的閉環(huán)輸入電阻和輸出電阻為電路的閉環(huán)輸入電阻和輸出電阻為 rif=ui/ii ， ro=0 R2為平衡電阻，為平衡電阻，R2=R1/Rf，作用與反相輸入運(yùn)算電路，作用與反相輸入運(yùn)算電路相同相同 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用 28二二. 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路 1. 反相加法運(yùn)算電路反相加法運(yùn)算電路 ii=0， u+= u- 0 i i1 + i i2 + i i3 = i fFoiiiRuRuRuRu133122111)(3

31、13212111iFiFiFouRRuRRuRRu特點(diǎn)：特點(diǎn)：只調(diào)整某一路的只調(diào)整某一路的Ri，就可改變?cè)撀返谋壤禂?shù)。，就可改變?cè)撀返谋壤禂?shù)。平衡電阻：平衡電阻：R2 = R11 / R12 / R13 / RF反相反相求和求和電路可以實(shí)現(xiàn)如下運(yùn)算：電路可以實(shí)現(xiàn)如下運(yùn)算： y = - -(a0 x0+ a1 x1.+an x2), an0第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路 29 2. 同相加法運(yùn)算電路同相加法運(yùn)算電路利用同相比例公式有：利用同相比例公式有：）（得：得：2i21i3321F1o

32、uRuRRR1RRRu221323iiiuuuRRRu）（）（2213321iiuRuRRRuRRuFo)(11)()/)(32213211RuRuRRRRiiF第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路 30特點(diǎn)特點(diǎn)：可以進(jìn)行可以進(jìn)行y = ( a1 x1+a2 x2 + an xn), an0若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達(dá)式所若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達(dá)式所有系數(shù)項(xiàng)，與反相有系數(shù)項(xiàng)，與反相求和求和電路比較，同相電路比較，同相求和求和電路電路調(diào)試比較麻煩。調(diào)試比較麻煩。引入共摸輸入分

33、量，使同相引入共摸輸入分量，使同相求和求和電路的應(yīng)用受到電路的應(yīng)用受到限制。限制。第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用 31三三. 減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路 采用雙端輸入可實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。采用雙端輸入可實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。 因運(yùn)放工作在線性區(qū)，可應(yīng)因運(yùn)放工作在線性區(qū)，可應(yīng)用疊加原理。用疊加原理。11223211iFiFooouRRRuRRRRuuu )/)(ui1單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí)1i1FouRRuui2單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí)22321322311111RuRRRRRRuRRRuRRuiFiFFo)/)()()( 第五章第五章 集成電路

34、運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路 32特點(diǎn)特點(diǎn)： 可以進(jìn)行可以進(jìn)行y=a1x1a2x2的運(yùn)算，故又稱減法運(yùn)算電的運(yùn)算，故又稱減法運(yùn)算電路。路。 若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達(dá)式所若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達(dá)式所有系數(shù)項(xiàng)，與反相有系數(shù)項(xiàng)，與反相求和求和電路比較，同相電路比較，同相求和求和電路電路調(diào)試比較麻煩。調(diào)試比較麻煩。 當(dāng)當(dāng): RF/R1=R3/R2 ，則則uo= RF/R1(ui2-ui1);當(dāng)當(dāng): RF = R1時(shí)，時(shí)， 得：得：uo = ui2 ui1 同樣存在共模輸入電壓，所以，影響其運(yùn)

35、算精度同樣存在共模輸入電壓，所以，影響其運(yùn)算精度的因素與同相輸入運(yùn)算放大電路完全相同。的因素與同相輸入運(yùn)算放大電路完全相同。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用 33四四. 積分電路與微分電路積分電路與微分電路1. 積分電路積分電路 i1 = if ；u-=u+=0 if =ui / R1dtiCuufFco1dtuCRiF11若若ui為圖中所示電壓，為圖中所示電壓，uc(0)=0,則則t0, uo uoL 時(shí)，時(shí)，uoL0 tuotRCEEdtRCuFFo1當(dāng)當(dāng)uo=uoL時(shí)，積分作用停止。時(shí)，積分作用停止。第五章第五章 集

36、成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ /積分電路與微分電路積分電路與微分電路 342. 2. 微分電路微分電路 i1 = if ；u-=u+=0FofRuidtduCic11icuu FiRudtduC01dtduCRuiFo1當(dāng)輸入信號(hào)為一系列方當(dāng)輸入信號(hào)為一系列方波時(shí)，微分電路可將方波時(shí)，微分電路可將方波變成尖頂波。波變成尖頂波。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用 35五五. 測(cè)量放大器測(cè)量放大器根據(jù)根據(jù)u-=u+，ii=0，對(duì)于，對(duì)于A1、A2有有 UB=Ui1 UC

37、=Ui2 RUURUUIIIiiCB2121)()(2121iiADUURRRIU)()(12121iiADfOUUUURRU第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ /測(cè)量放大器測(cè)量放大器 36特點(diǎn)特點(diǎn)：當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓Ui1、Ui2不變時(shí)，調(diào)節(jié)不變時(shí)，調(diào)節(jié)便可調(diào)整輸便可調(diào)整輸出電壓出電壓UO。此電路具有非常高的輸入電阻，對(duì)被測(cè)量的影此電路具有非常高的輸入電阻，對(duì)被測(cè)量的影響很小。響很小。當(dāng)電路其它參數(shù)一定時(shí)，輸出電壓正比于當(dāng)電路其它參數(shù)一定時(shí)，輸出電壓正比于Ui1與與Ui2的差值。的差值。第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集

38、成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用 37六六. 電壓比較器電壓比較器 電壓比較器是用來判斷輸入電壓和基準(zhǔn)電壓之間數(shù)值大小電壓比較器是用來判斷輸入電壓和基準(zhǔn)電壓之間數(shù)值大小的電路。通常由集成運(yùn)算放大器組成。的電路。通常由集成運(yùn)算放大器組成。 作為電壓比較器時(shí)，集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)。由于其自作為電壓比較器時(shí)，集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)。由于其自身的電壓放大倍數(shù)很大，只要有微小的凈輸入電壓就足以身的電壓放大倍數(shù)很大，只要有微小的凈輸入電壓就足以使集成運(yùn)放處于飽和工作狀態(tài)，所以它的輸出只有兩種可使集成運(yùn)放處于飽和工作狀態(tài)，所以它的輸出只有兩種可能：當(dāng)能：當(dāng)u+u-時(shí)，輸

39、出高電位時(shí)，輸出高電位UOH，其極性為正，數(shù)值接，其極性為正，數(shù)值接近正電源電壓值；當(dāng)近正電源電壓值；當(dāng)u+u-時(shí)，輸出低電位時(shí)，輸出低電位UOL，其極性，其極性為負(fù)，數(shù)值接近負(fù)電源電壓值。為負(fù)，數(shù)值接近負(fù)電源電壓值。 工作時(shí)，電壓比較器的一個(gè)輸入端輸入基準(zhǔn)電壓工作時(shí)，電壓比較器的一個(gè)輸入端輸入基準(zhǔn)電壓UB，另一，另一端則輸入要與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的電壓端則輸入要與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的電壓ui。電壓比較器廣泛應(yīng)用于數(shù)字儀表、模電壓比較器廣泛應(yīng)用于數(shù)字儀表、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、波形變換等方面。自動(dòng)控制、波形變換等方面。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器

40、/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 電壓比較器電壓比較器 381. 單門限電壓比較器單門限電壓比較器1）過零電壓比較器過零電壓比較器 u+ =UB=0，u-=ui當(dāng)當(dāng)ui0時(shí)，時(shí)，uo=UOH，當(dāng)，當(dāng)ui0時(shí)，時(shí)，uo=UOL。 設(shè)輸入電壓設(shè)輸入電壓ui=Umsint，電壓，電壓比較器將輸入的連續(xù)變化量比較器將輸入的連續(xù)變化量（模擬量）變成躍變的矩形波（模擬量）變成躍變的矩形波（數(shù)字量）輸出。（數(shù)字量）輸出。 從電壓比較器的工作原理可以從電壓比較器的工作原理可以看出，輸出電壓的大小僅與輸看出，輸出電壓的大小僅與輸入電壓的大小有關(guān)，而與輸入入電壓的大小有關(guān)，而與輸入電壓的

41、波形無關(guān)。電壓的波形無關(guān)。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 電壓比較器電壓比較器 392） 非零電壓比較器非零電壓比較器 u+ =UB，u-=ui ，當(dāng)當(dāng)ui UB時(shí)，時(shí)，uo=UOH，當(dāng)，當(dāng)ui UB時(shí)，時(shí)，uo=UOL。 單門限電壓比較器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。單門限電壓比較器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。 此類比較器設(shè)置了一個(gè)門限此類比較器設(shè)置了一個(gè)門限UB ，不管輸入電壓增加還，不管輸入電壓增加還是減小是減小,經(jīng)過此門限時(shí)，電路都要產(chǎn)生動(dòng)作，因此這類比經(jīng)過此門限時(shí)，電路都要產(chǎn)生動(dòng)作，因此這類比較器的抗干

42、擾能力差。為了克服這一缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中較器的抗干擾能力差。為了克服這一缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中常采用多門限電壓比較器。常采用多門限電壓比較器。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 電壓比較器電壓比較器 402. 遲滯比較器遲滯比較器 遲滯比較器在結(jié)構(gòu)上引入了正反饋，這樣遲滯比較器在結(jié)構(gòu)上引入了正反饋，這樣不僅加快了輸出電壓的翻轉(zhuǎn)過程，而且還給電不僅加快了輸出電壓的翻轉(zhuǎn)過程，而且還給電路提供了兩個(gè)不同極性的參考電壓，即設(shè)置兩路提供了兩個(gè)不同極性的參考電壓，即設(shè)置兩個(gè)門限值，使輸入電壓增加時(shí)的門限值與輸入個(gè)門限值，使輸入電壓增加時(shí)的

43、門限值與輸入電壓減小時(shí)的門限值不同，電路只對(duì)某一個(gè)方電壓減小時(shí)的門限值不同，電路只對(duì)某一個(gè)方向變化的電壓敏感，將雙向敏感改為單向敏感，向變化的電壓敏感，將雙向敏感改為單向敏感，產(chǎn)生回環(huán)，提高電路的抗干擾能力。產(chǎn)生回環(huán)，提高電路的抗干擾能力。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 電壓比較器電壓比較器 411 1）反相輸入遲滯比較器）反相輸入遲滯比較器 工作在非線性放大區(qū)，工作在非線性放大區(qū)，uo=UZ， u+=u-= UB=uoR2 /(R2+R3) = UZR2 /(R2+R3)= ui (門限值門限值 )。設(shè)設(shè)ui很小

44、，很小，uo輸出高電位輸出高電位UOH=+UZ，此時(shí)參考電位此時(shí)參考電位UB+= UZR2 /(R2+R3) ，隨著隨著ui增加，只要增加，只要uiUB+時(shí)，時(shí)， uo由由UoH躍變到躍變到UoL=-UZ，參考電壓也躍變?yōu)?，參考電壓也躍變?yōu)閁B-=-UZR2 /(R2+R3)，隨后，只要，隨后，只要ui UB- ， uo保持保持UoL=-UZ不變；不變；當(dāng)當(dāng)uiUB-時(shí)，時(shí)， 電路回到過程電路回到過程。當(dāng)當(dāng)電路電路uo發(fā)生變化時(shí)，發(fā)生變化時(shí)， u+=u-=UB所對(duì)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值為門限值。應(yīng)的輸入電壓值為門限值。第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)

45、放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 電壓比較器電壓比較器 422 2）同相輸入遲滯比較器）同相輸入遲滯比較器 u-=u+=0 ，u+=uiR3 /(R2+R3)+ UZR2 /(R2+R3) ，電路電路uo發(fā)生變發(fā)生變化時(shí)，化時(shí)， u+=u-=0，對(duì)應(yīng)的輸入電壓，對(duì)應(yīng)的輸入電壓門限值門限值ui= -UZR2 /R3 和和UZR2 /R3 。當(dāng)當(dāng)ui增加時(shí)，只要增加時(shí)，只要uiUZR2 /R3 ，u+u-=0，uo=-UZ，只有當(dāng)只有當(dāng)ui UZR2 /R3時(shí)，輸出電壓躍變?yōu)闀r(shí)，輸出電壓躍變?yōu)閡o=UZ；當(dāng)當(dāng)ui減小時(shí)，只要減小時(shí)，只要ui- -UZR2 /R3 ， u+u-=0，uo=+UZ，只有當(dāng)

46、，只有當(dāng)ui- -UZR2 /R3時(shí)，輸出電壓躍變?yōu)闀r(shí)，輸出電壓躍變?yōu)閡o=-UZ 。遲滯比較器可以提高抗干擾能力，遲滯比較器可以提高抗干擾能力，但電路靈敏度降低。但電路靈敏度降低。 第五章第五章 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器/ 5.4 / 5.4 集成運(yùn)放的應(yīng)用集成運(yùn)放的應(yīng)用/ / 電壓比較器電壓比較器 433. 窗口比較器窗口比較器 前述比較器在前述比較器在ui單方向變化時(shí)，單方向變化時(shí)，uo僅發(fā)生一次躍變，如果僅發(fā)生一次躍變，如果需要需要ui單方向變化單方向變化uo發(fā)生兩次躍變時(shí)，則需要采用窗口比較器。發(fā)生兩次躍變時(shí)，則需要采用窗口比較器。 圖中設(shè)高門限電壓為圖中設(shè)高門限電壓為UH，低門，低門限電壓為限電壓為UL。 當(dāng)