第8章 集成運(yùn)算放大器

1、8.1 零點(diǎn)漂移 8.2 差動(dòng)放大電路 8.3 電流源電路 8.4 集成運(yùn)算放大器介紹 8.5 集成運(yùn)放的性能指標(biāo) 8.6 集成運(yùn)放應(yīng)用基礎(chǔ),第8章 集成運(yùn)算放大器,01,8.7 運(yùn)算電路 8.8 有源濾波器 8.9 電壓比較器 8.10 集成運(yùn)放應(yīng)用舉例 8.11 實(shí)際使用中的一些問(wèn)題,02,引 言,集成運(yùn)算放大電路概述,集電路、元器件、系統(tǒng)一體化的新型電子器件。,集成電路（IC-integrate circuit),優(yōu)點(diǎn)： 體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、成本低。,1958年，德克薩斯公司發(fā)明第一塊集成電路。 目前，集成度：70萬(wàn)個(gè)元件/毫米2芯片,03,（1）不易制作大電容，均采用直接

2、耦合。,（2）功耗小，各級(jí)的偏置電流通常較小。,（3）為了克服零漂，大量采用差動(dòng)放大器,（4）不易制作高阻值電阻，采用恒流源代替。,（5）電感，大電容，高電阻采用外接方式。,集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn):,04,差放,復(fù)合管CE,互補(bǔ)輸出,電流源電路,集成運(yùn)放結(jié)構(gòu)圖,05,8.1 零點(diǎn)漂移問(wèn)題,問(wèn)題一： 前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響,06,零點(diǎn)漂移的原因：,2. 管子老化、電源波動(dòng)、工頻干擾等,1. 環(huán)境溫度的變化,07,零點(diǎn)漂移的原因：,2. 管子老化、電源波動(dòng)、工頻干擾等,1. 環(huán)境溫度的變化,08,零點(diǎn)漂移的危害：,1. 使測(cè)量和控制出現(xiàn)錯(cuò)誤,2. 三極管可能進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū),3. 信號(hào)可能被淹沒(méi),0

3、9,3. 采用溫敏元件補(bǔ)償,2. 引入直流負(fù)反饋,1. 采用差動(dòng)放大電路,抑制方法：,10,8.2 差動(dòng)放大電路,8.2.1基本形式,設(shè)計(jì)思路：采用兩個(gè)特性相同電路，使兩個(gè)輸出端的零漂互相抵消。,沒(méi)有外界影響時(shí)：,11,有外界影響時(shí)：,如溫度變化使電路的靜態(tài)工作點(diǎn)改變。,電路利用對(duì)稱性，使輸出的漂移電壓相互抵消。,由于處在同一環(huán)境溫度下，兩管的零漂相等。,12,共模信號(hào)：大小相等，方向相同的信號(hào)。,共模信號(hào)對(duì)兩支電路的作用相同，與溫度影響相似。,1. 共模信號(hào)及共模電壓放大倍數(shù)Auc,13,共模放大倍數(shù),雙端輸出時(shí)，該電路共模放大倍數(shù)為零，故共模信號(hào)不能被差動(dòng)放大電路放大，是無(wú)用信號(hào)。,共模放

4、大倍數(shù)越小，對(duì)零漂的抑制能力超強(qiáng)。,14,差模信號(hào):大小相等，方向相反的信號(hào)。,2. 差模信號(hào)及差模電壓放大倍數(shù)Aud,兩個(gè)輸入端之間有差別，輸出端才有變動(dòng)，故稱為差動(dòng)放大電路。,15,雙端輸出時(shí)，差模放大倍數(shù)等于單管電路的放大倍數(shù)：,差模放大倍數(shù),差模信號(hào)是有用信號(hào)，電路要有較大的差模放大倍數(shù)。,16,(1)電路難于絕對(duì)對(duì)稱，仍然存在零漂。,(2)每個(gè)管沒(méi)采取消除零漂的措施，溫度變化十分大時(shí)，可能進(jìn)入截止或飽和。,(3)單端輸出時(shí)，零漂仍然十分嚴(yán)重。,3. 基本差動(dòng)電路存在如下問(wèn)題,17,兩管通過(guò)射極電阻Re 和UEE 耦合。,電路仍具有對(duì)稱性，其抑制零漂的原理與基本差動(dòng)放大電路相同。,8.

5、2.2 長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路,18,所以,UCE=UCC-IcRc+UBE+IBRs,1.靜態(tài)工作點(diǎn),19,雙端輸出時(shí)，共模輸出電壓仍為零，原理同基本電路。,對(duì)每一管而言，可視為都接入了射極電阻2Re。,2.對(duì)共模信號(hào)的抑制作用,20,單端輸出時(shí)，由于2Re的作用，有很強(qiáng)的負(fù)反饋?zhàn)饔茫瑢?duì)共模信號(hào)起到抑制作用。,共模放大倍數(shù),21,流過(guò)射極電阻Re的差模電流為,此處稱為“虛地”， Re 對(duì)差模信號(hào)不產(chǎn)生任何影響。,雙端輸出的差模放大倍數(shù)仍為,3. 對(duì)差模信號(hào)的放大作用,22,共模抑制比CMRR定義：,共模抑制比是衡量電路性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。,4. 共模抑制比,23,實(shí)用電路舉例坦克橫風(fēng)傳感器電路,

6、直流電橋?qū)L(fēng)速變化轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。,長(zhǎng)尾式差放電路放大信號(hào)，抑制零漂，后續(xù)電路判讀、補(bǔ)償。,24,實(shí)用電路舉例坦克橫風(fēng)傳感器電路,Ra、Rb為熱敏電阻，直接受風(fēng)吹的鉑絲溫度下降，阻值減小。,電橋平衡時(shí)，輸出電壓為零。,電橋的輸出電壓與風(fēng)速成正比。,Rc,Rd,25,實(shí)用電路舉例坦克橫風(fēng)傳感器電路,傳感器工作環(huán)境溫差變化大，零漂比信號(hào)還要大，如不抑制將淹沒(méi)信號(hào)，傳感器無(wú)法工作。,26,經(jīng)傳感器變換的電信號(hào)很微弱，且零漂很大，需經(jīng)差動(dòng)放大路，既放大信號(hào)又抑制零漂。,實(shí)用電路舉例醫(yī)用壓力傳感器電路,27,（1）差模放大倍數(shù),（2）共模放大倍數(shù),（3）共模抑制比CMRR,5.差模放大器的主要指標(biāo),28

7、,(4)差模輸入電阻rid,(5)差模輸出電阻rod,(6)共模輸入電阻ric,29,電路絕對(duì)對(duì)稱，求其,（2）,6.例題,30,（3）,（4）,(5),（6）用外加電源法，可求出：,31,為了克服半導(dǎo)體三極管V1,V2和電路元件參數(shù)不對(duì)稱，在射極增加電位器RW。,7.帶調(diào)零電路的差動(dòng)放大電路,32,輸出電壓為：,差模信號(hào),共模信號(hào),8. 對(duì)一般輸入信號(hào)作用,33,問(wèn)題的提出： 長(zhǎng)尾電路中Re 越大，抑制零漂越好，但過(guò)大受限， （1）必須提高UEE值。 （2）集成電路中不易做大電阻,8.2.3 恒流源差動(dòng)放大電路,34,交流電阻,很大，提高了共模抵制能力,其它指標(biāo)計(jì)算與長(zhǎng)尾電路一樣，用 代替,

8、35,8.2.4 差動(dòng)放大電路的4種接法,36,輸出只從V1的集電極輸出，所以輸出電壓只有雙端輸出的一半。,37,Ui僅加在一個(gè)管輸入端,忽略對(duì)共模信號(hào)的放大作用，可等效為雙端輸入的情況，故雙端輸入、雙端輸出的結(jié)論均適用單端輸入、雙端輸出。,與雙入?yún)^(qū)別，單入時(shí)伴有共模信號(hào)輸入。,38,與雙端輸入、單端輸出的電路等效?？筛鶕?jù)不同的輸出端，得到同相或反相關(guān)系。,39,4種接法的比較,（1）差模放大倍數(shù),單出為雙出的一半，由不同輸出端可得到不同的相位。,（2）抑制零漂能力,單出不如雙出，僅靠Re負(fù)反饋?zhàn)饔?，不能從輸出端抵消零漂?（3）輸入電阻,相同,（4）輸出電阻,單出為雙出的一半,（5）輸入信號(hào),單入時(shí)伴有共模信號(hào) 。,40,例 電路如圖8.13所示，設(shè)CC=UEE=12V,1=2=50, RW=200,R3=33k,R2=6.8k,R1=2.2k,(1)求靜態(tài)工作點(diǎn)。 (2)求差模電壓放大倍數(shù)。 (3)求RL=100k時(shí)，差模電壓放大倍數(shù)。,(4)從V1管集電極輸出，求差模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比CMRR(設(shè)rce3=50k)。,41,解 (1) 靜態(tài)工作點(diǎn):,設(shè)UBE3=0.6V, 則,所以,42,所以一般估算時(shí), 認(rèn)為UB0。,43,(2) 差模電壓放大倍數(shù):,其中,44,(3) 當(dāng)RL=100 k時(shí)：,45,(4) 當(dāng)單端輸