差動放大電路

差動放大電路第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四對零漂的抑制u0

=uC1

-uC2

=0u0

=uC1-uC2=0ui1=ui2

=0（靜態(tài)）時：溫度變化時：完全靠電路結構對稱抑制零漂的能力有限加射極負反饋電阻RERCRCu0T1T2+UCCR1RBR1RBui1ui2第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四二.差動放大電路

1.靜態(tài)分析

（Analysisstatic）IB

=UEE-UBERB+（+1)×2RE

IBICUC=UCC－IC×RC

UCUEUCEUE=－IB×RB－UBE

-UEERE+UCCET1T2RBRCRCRBCC第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四2.動態(tài)分析輸入信號種類T1T2-UEERE+UCCERBRCRCRBu0ui2ui1ui1

=-ui2差模輸入(differentialmode)udui1

=ui2共模輸入(commonmode)uC任意輸入ui1,

ui2（既非差模又非共模）第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四T1T2-UEERE+UCCERBRCRCRBu0ui2ui1共模電壓放大倍數(shù):

uod1-uod2uoduiAud

==ui1-(-ui2)=ui1-(-ui2)A1[ui1-(-ui2)]=A1差模電壓放大倍數(shù):Differential-modeVoltagegainu0

ui1-ui2Auc

==0第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四三.差動放大電路的輸入輸出方式2單端輸出：Ad

=Ad11雙端輸出：Ad=Ad1四種:雙端輸入雙端輸出雙端輸入單端輸出單端輸入雙端輸出單端輸入單端輸出差模電壓放大倍數(shù)-UEE+UCCRBRCRCRBOut1In1IC3Out2In2第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四10.2

集成運算放大器10.2.1

集成運算放大器簡介集成電路：是60年代初發(fā)展起來的，利用氧化、光刻、擴散、外延、蒸鋁等集成工藝，將整個電路的所有元件及導線集中制做在一小塊半導體基片上，成為不可分割的整體。集成電路集成電路是相對分立電路而言的。分立電路：是由各種單個元件聯(lián)接起來的電路。第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四雙列直插式圓殼式集成電路成品（組件）外形工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。1.集成電路的優(yōu)點第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四2.集成內部電路的特點1）單個元件精度不高，受溫度影響也較大，但所有元器件由同一工藝做成，性能參數(shù)一致性、對稱性好，溫度均一性好，適于組成差動電路。2）電阻元件由硅半導體構成，范圍在幾十到30千歐，精度低。高值電阻用三極管有源元件代替或外接。第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四3）大電容和電感不易制造。幾十Pf以下的小電容用PN結的結電容構成、大電容要外接。電感只限極小（微亨以下）的數(shù)值，一般盡量避免使用。4）二極管一般用三極管的發(fā)射結代替。第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四3.集成電路的分類超大規(guī)模集成電路按集成度小規(guī)模集成電路(<1百個元器件）中規(guī)模集成電路（1百~1千）大規(guī)模集成電路（1千~1萬）（在幾十平方毫米的芯片上制有上百萬個元件）集成運算放大器、集成功率放大器、集成穩(wěn)壓電源等。按功能數(shù)字集成電路模擬集成電路：第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四二.集成運算放大器集成運算放大器是一個高增益的直接耦合放大電路，簡稱集成運放。1.集成運放的組成偏置電路uoui輸入級中間級輸出級第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四F004Inputgrade集成運放-UEE+UCC

u+uo

u-反相端同相端T3T6T7T1T2T3T4T8T9T5RLMiddlegradeOutputgradeInvertinginputNoninvertinginputOutput第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四輸入級：零點漂移小、KCMR大、輸入阻抗ri大。輸出級：帶負載能力強，輸出電流io足夠大，輸出阻抗ro小。中間級：足夠大的電壓放大倍數(shù)。偏置電路uoui輸入級中間級輸出級第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四2.集成運算放大器的主要參數(shù)3.Symbol＋＋

u－

u+uoAriKCMRro

A:很大，104以上-107。:很高，幾十K幾百K。:很大,>80dB，越大表明對噪聲、干擾、漂移的抑制能力強。：小,幾十-幾百。(Mostly

parameterofOp-Amp)u－u+

uo＋舊符號(OldSymbol)第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四uiuoA很大，線性范圍很小，必須加負反饋才能工作于線性區(qū)。uiuo_++A4.電壓傳輸特性uo

=f(ui)+UOM正飽和區(qū)-UOM負飽和區(qū)線性區(qū)第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四5.集成運放的應用6.集成運放的分析方法*

線性應用：信號運算、有源濾波、電壓--電流轉換與信號測量等。*

非線性應用：信號處理、信號發(fā)生等。*實際運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻極高，輸出電阻極低，與理想運放相近，分析時按理想運放處理。理想運放

riKCMR

ro

0A

第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四*

線性與非線性應用中的集成運放分析方法不同。線性應用中的集成運放必須接有深度負反饋，其特點為：虛短路與虛開路是分析線性運算放大電路輸出與輸入關系的依據(jù)。由理想化運放uoL=

uo輸出電壓不受負載的影響。虛短路虛開路第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四10.2.2

信號運算電路一.反相比例運算電路

i1=i2_++RFR1RPuiuoi1i2虛地Virtualground第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等。RP=R1//RF_++RFR1RPuiuo當

R1=RF時：該電路稱為反相器。第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四二.同相比例運算電路u-=u+=uii2=i1RFR1RPuiuo_++i2i1第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四電壓跟隨器_++RF=0uiuo其作用與射極輸出器相同，電壓跟隨性能好。第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四三.反相加法運算電路i11i12iFuoRP_++RFR11R12ui2ui1第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四四.同相加法運算電路u+

~ui1、ui2？R1RF++ui1+_uoR21R22ui2-第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四五.減法運算電路解出：uoR2_++RFR1R1ui2ui1RF=R2

第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四求:電路輸出與輸入間的關系式。課堂練習1i3Ai1i2i4uiuoR_++R1R2R3R4uii1==i2

R1i2=uAR2-

i2=i3+i4i3=uA-uoR3i4=uAR4uo=1R1ui(R2+R3+

R2R3R4-)uA=f(ui)第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四課堂練習2求:三運放電路輸出與輸入間的關系式。++A1-+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+R1R1-+A3R2R2uo+第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四課堂練習2++A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四課堂練習2uo1uo2R1R1-+A3R2R2uo+第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四六.微分運算電路i1iFuiuoR2C_++RuitUu0t第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四uiuoR2C_++RF課堂練習3R1求圖示電路輸出與輸入的關系式。i1iFiC比例-微分運算電路（PD調解器）第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四七.積分運算電路i1iFuiuoR2C_++R第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四若輸入為一直流電壓，輸出將反向積分，輸出飽和經(jīng)過的時間。tu0tuiU-UomTM輸出飽和所需時間i1iFuiuoR2C_++R第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四tuituo輸入為方波時，可輸出三角波。應用舉例1i1iFuiuoR2C_++R第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四組成比例-積分運算電路（PI調解器）比例-積分-微分運算電路（PID）如何構成？i1iFuiuoR2C_++RFR1課堂練習2第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四比例-積分-微分運算電路（PID）uiRFuoR2C1_++R1C2i1iFiC1第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四i1i2iFi3uiuoRC2_++AR1C1R2R3比例-積分-微分運算電路（PID）duidtui

dt

R2R3C1R1R1C21++uo=-[(

+

+

)uiR3R1R1C2R3C1R2R1

ii=iF=i2+i3第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四10.2.3

信號處理電路

-----集成運放的非線性應用一.非線性運放電路*集成運放處于開環(huán)或外接正反饋。uoui_++-UOM+UOMuoui第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四二.集成運放工作在處于非線性區(qū)的特點1.虛短路不成立3.輸出電阻仍可以認為是0u+>u-uo=+UoMu+<u-uo=-UoMu+=u-2.輸入電阻仍可以認為很大i+=i-=0第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四uoui0+U0m-U0m三.電壓比較器對兩個輸入電壓的大小進行比較，在輸出端顯示比較結果；兩個輸入電壓中一個為參考（基準）電壓，另一個是被比較的輸入信號電壓;用于模擬和數(shù)字電路的接口電路。1.零電壓比較器uoui_++第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四tuo應用----波形變換uoui_+++Uom-Uom將任意波形變換為距形波。tui第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四2.電壓(單限)比較器uoui0+Uom-UomURuoUR+-+uiu+>u-uo=+UoMu+<u-uo=-UoM第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四溫度高時熱敏電阻R3阻值變小，ui增大到>

UR，uo=+UoM

晶體管飽和導通。KA動作切除加熱電源。++uouiKAURRR2R1+UccR4R3T應用---復印機熱輥過溫保護電路第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四3.遲滯比較器電路結構：在過零比較器或電壓比較器電路中引入正反饋。因輸入輸出電壓傳輸特性曲線具有遲滯回線的形狀而得名。uoui0Uom-UomU+HU+LUR++RR2R1uiuo第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四1.當uo正飽和時2.當uo負飽和時工作原理UR++uoRR2R1ui第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四傳輸特性曲線U+H-U+L稱為回差小于回差的干擾不會引起跳轉。uoui0Uom-Uom下行的遲滯比較器U+HU+LUR++uoRR2R1ui下限閾值電壓上限閾值電壓第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四tuiU+HU+LtuoUom-Uom輸入為正弦波UR++uoRR2R1ui第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四？如何計算上下限用UZ代替Uom！為穩(wěn)定輸出電壓，可在輸出端加雙向穩(wěn)壓管。UZUR++uoRR2R1uituoUZ-UZ第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四10.2.4信號發(fā)生電路oscillator信號發(fā)生電路：不需外加輸入信號便能自動產(chǎn)生各種周期性變化的波形（又稱波形產(chǎn)生電路）。(產(chǎn)生矩形波、三角波、鋸齒波等)Type非正弦信號發(fā)生器正弦信號發(fā)生器用途：作測量、計算技術、自動控制和無線電技術領域的信號源。第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四電路結構由下行遲滯比較器與R-C

充放電回路組成。UR上下限：一.方波發(fā)生器UR++uoRR2R1uiR1R2C+Ruo++第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四工作原理：此時，輸出給C充電!U+Huc0tR1R2C+Ruo++1.設

uo=+Uom則：u+=U+H第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四一旦

uc>U+H

,就有u->u+

uo立即由＋Uom變成－Uom

!tuoUom-Uom在

uc<U+H

時，uo保持+Uom

不變；工作原理：U+Huctu-<u+,+++R1R2CRuo第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四C經(jīng)輸出端放電U+L2.當uo=-Uom時：u+=U+L工作原理：uc達到U+L時，uo上翻。U+HuctR1R2C+Ruo++第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四Uomuc0t-UomU+Huc0tU+LR1R2C+Ruo++當uo重新回到＋Uom

以后，電路又進入另一個周期性的變化：第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四T=2RCln(1+)2R1R2f=1/T3.周期與頻率的計算R1R2C+Ruo++TU+HucU+LUomuOt-Uom第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四點b是電位器RW

的中點，點a和點c是b的上方和下方的某點。試定性畫出點電位器可動端分別處于a、b、c三點時的uo～uc

相對應的波形圖。思考題RWR1R2C+ucuoD1D2abc++第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四正弦波發(fā)生器又稱正弦波振蕩器，與放大器的區(qū)別在于：二.正弦波發(fā)生器振蕩器：不外加輸入信號就有信號輸出。放大器：有外加輸入信號才有信號輸出。

振蕩器是怎樣振蕩起來的，輸入信號從何而來呢？1.產(chǎn)生自激振蕩的條件FA放大器反饋網(wǎng)絡XoXiXdXf第57頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四A=XdXoF=XoXfXd=Xi+Xf=Xf振蕩時：Xi=0XoA===XdXoXfF1AF=1

要有足夠的反饋量Xf=Xi

xf與xi同相位----正反饋自激振蕩條件：AF=1幅值=0相位FA放大器反饋網(wǎng)絡XoXiXdXf第58頁，共64頁，2023年，2月20日，星期四2.自激振蕩過程含有一系列頻率不同正弦分量的非正弦信號振蕩電路接通電源時輸入端必激起一微小的擾動信號（起始信號）選頻電路選出滿足自激振蕩相位條件的正弦分量該正弦分量被放大后又被反饋電路送回輸入端---放大Uf>UiAF>1如此反復循環(huán)輸