第三章集成運(yùn)算放大電路.ppt

1、第三章合并運(yùn)算放大電路，第一節(jié)合并運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)放大電路中反饋第三節(jié)合并運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)知識(shí)，第一節(jié)合并運(yùn)算放大基礎(chǔ)知識(shí)，1，合并放大器概述傳統(tǒng)的放大電路是分立元件，即由各種個(gè)別元件連接的電路，由這些分立元件組成的電路稱為分立電子電路。集成電路是與分立電路相比，同時(shí)制造與整個(gè)電路各組成部分的互連，實(shí)現(xiàn)與半導(dǎo)體籌碼不可分割的整體。圖3 -1顯示了半導(dǎo)體硅集成電路放大的截面結(jié)構(gòu)圖。將小型硅電路及其引線封裝在金屬或塑料外殼中，只露出外部引線。下一頁(yè)，后退，第一節(jié)合并運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)知識(shí)，1 .集成放大器的特性(1)集成電路工藝期間電感組件制造困難(2)運(yùn)算放大器輸入級(jí)別應(yīng)使用差動(dòng)放大電路

2、(2)，兩個(gè)管道的性能相同。(3)集成電路中比較合適的電阻值約為1030 k。(4)集成電路中的二極管均采用電晶體配置，適當(dāng)組合發(fā)射極、基極、集電極三種。上一頁(yè)，下一頁(yè)，返回，第一節(jié)合并運(yùn)算擴(kuò)展電路基礎(chǔ)知識(shí)，2。集成放大器分類(1)通用(2)低功耗(3)高精度(4)高電阻圖3 -2顯示了集成電路封裝形式。上一頁(yè)，下一頁(yè)，返回，第一節(jié)集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)知識(shí)，2，集成放大器的電路組件，符號(hào)和參數(shù)1 2。集成運(yùn)算放大器電路符號(hào)圖3 -4顯示了集成運(yùn)算放大器電路符號(hào)。上一頁(yè)，下一頁(yè)，返回，第一個(gè)合并運(yùn)算擴(kuò)展電路基礎(chǔ)知識(shí)，3 .集成放大器的基本參數(shù)(1)最大輸出電壓UOPP保持輸出電壓和輸入電壓不失真

3、的最大輸出電壓稱為運(yùn)算放大器最大輸出電壓。(2)開(kāi)環(huán)電壓放大系數(shù)Auo在沒(méi)有外部反饋電路的情況下測(cè)量的差模電壓放大系數(shù)(稱為開(kāi)環(huán)電壓放大系數(shù))。(3)輸入不平衡電壓Uio理想集成運(yùn)算，輸入電壓ui2=ui1，輸出電壓uio=0，但是，由于工藝問(wèn)題的制作，實(shí)際操作需要在輸出uo=0時(shí)，在輸入端添加補(bǔ)償電壓。這稱為輸入不平衡電壓UIO。UIO通常在幾毫伏。上一頁(yè)，下一頁(yè)，上一頁(yè)，上一頁(yè)，第一節(jié)集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)，(4)輸入不平衡電流Iio輸入不平衡電流指示輸入信號(hào)為零時(shí)兩個(gè)輸入端靜態(tài)基流差。(5)當(dāng)輸入偏置電流IB輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入側(cè)靜態(tài)基流的平均值稱為輸入偏置電流。(6)最大共模輸入電壓

4、UICM集成運(yùn)算放大器具有抑制共模信號(hào)的性能，但牙齒性能只能在規(guī)定的共模電壓范圍內(nèi)使用。超過(guò)牙齒電壓會(huì)大大降低運(yùn)算放大器共同模式抑制性，甚至?xí)p壞部件。上一頁(yè)，下一頁(yè)，上一頁(yè)，第一節(jié)集成運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)知識(shí)，3，理想集成放大器1。集成放大器的理想特性(1)開(kāi)環(huán)差分模式電壓放大系數(shù)接近無(wú)窮大。即接近Auo (2)差分模式輸入電阻無(wú)窮大，即rid (3)。即KCMRR (5)輸入不平衡電壓Uio、輸入不平衡電流Iio和漂移均為0、上一頁(yè)、下一頁(yè)、返回、第一次集成計(jì)算放大電路基礎(chǔ)知識(shí)、2。理想集成運(yùn)算分析方法理想運(yùn)算電路符號(hào)圖3-6 (a)所示。圖3-6 (b)顯示了集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性，說(shuō)

5、明了輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系。傳輸特性分為線性區(qū)域和非線性區(qū)域(飽和區(qū)域)。當(dāng)運(yùn)算線性操作時(shí)，輸出電壓和輸入電壓是線性關(guān)系：上一頁(yè)、下一頁(yè)、返回、第一個(gè)積分運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)時(shí)，積分運(yùn)算是線性放大分量。但是，由于集成運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大系數(shù)很高，只有在輸入電壓ui=u -u-最小值(接近0)時(shí)，輸出電壓uo和輸入電壓ui之間才有線性關(guān)系。Ui稍大一些時(shí)，操作進(jìn)入非線性區(qū)域，操作在非線性區(qū)域中工作時(shí)，輸出電壓為正或負(fù)飽和電壓，輸入電壓ui=u -u-的大小，上一頁(yè)，下一頁(yè)，返回，第一節(jié)集成操作放大電路基礎(chǔ)，操作在線性區(qū)域中的理想操作，以上理想?yún)?shù)(如上所示): (1)由于具有rid I-0

6、牙齒，因此理想計(jì)算兩個(gè)輸入端的輸入電流幾乎為零。由于兩個(gè)輸入端未打開(kāi)，電流為零，因此稱為“虛擬斷開(kāi)”。(2)由于Auo，u u-，即理想運(yùn)算兩個(gè)輸入端的電勢(shì)幾乎相等。兩個(gè)輸入端電位相同，但不是段落，所以被稱為“虛斷”。(阿爾伯特愛(ài)因斯坦，Northern Exposure(美國(guó)電視電視劇)，成功)如果信號(hào)從相反輸入端輸入，并在相同輸入端接地，則根據(jù)u-的不同，相反輸入端的電位接近“地面”電位，但實(shí)際上沒(méi)有接地。也就是說(shuō)，電流不能流向“土地”，通常稱為“虛擬土地”。上一頁(yè)，返回，第2節(jié)放大電路中的反饋，1，反饋的基本概念1。反饋的概念是放大部分或全部電路輸出信號(hào)(電壓或電流)，通過(guò)部分電路(反饋

7、電路)傳遞回輸入電路，從而影響輸入信號(hào)的過(guò)程稱為反饋。反饋到輸入電路的信號(hào)稱為反饋信號(hào)。圖3 -7顯示了負(fù)反饋放大電路方塊圖。下一頁(yè)，返回，第二節(jié)放大電路反饋，2。反饋分類和判別方法(1)反饋放大電路中。通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋，將輸出量拉回到輸入循環(huán)，影響輸入量，因此只能影響電路放大率。影響有兩種茄子的可能性。一個(gè)是反饋量xf與輸入量Xi的比較結(jié)果，可以通過(guò)增加凈輸入量xd來(lái)提高放大系數(shù)。這是積極的反饋。另一種是將反饋量xf與輸入量Xi進(jìn)行比較后，凈輸入量xd減少，放大率降低的負(fù)反饋。積極反饋和負(fù)反饋也稱為反饋的極性?？梢钥闯?，擴(kuò)大電路引入了極性不同的反饋，電路影響明顯不同。正向反饋可以提高比例，但

8、是正向反饋太強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致電路自振，電路性能破壞放大，因此在放大電路過(guò)程中很少使用正向反饋，通常在振動(dòng)電路中使用。負(fù)反饋(WHO)降低了比例，但以此為代價(jià)，作為擴(kuò)大電路性能的提高而被廣泛采用。上一頁(yè)，下一頁(yè)，后退，第二節(jié)放大電路中的反饋，放大電路中是否引入正反饋或負(fù)反饋，常用的方法是“瞬時(shí)極性法”。具體方法如下：假定電路放大在中頻信號(hào)頻率范圍內(nèi)工作?？梢院雎噪娐穬?nèi)電抗因素的影響，假設(shè)放大電路輸入正弦信號(hào)處于瞬時(shí)極性(表示瞬時(shí)極性的正、負(fù)或該點(diǎn)瞬時(shí)信號(hào)變化的正、負(fù)或減少)。然后，首先放大，然后根據(jù)反饋的正向傳輸順序，逐步推進(jìn)電路內(nèi)每個(gè)點(diǎn)信號(hào)的瞬時(shí)極性。反饋網(wǎng)絡(luò)通常是線性電阻網(wǎng)絡(luò)，其口、輸出端信號(hào)的瞬時(shí)

9、極性牙齒。在反饋中，輸入電路信號(hào)的瞬時(shí)極性是否增強(qiáng)原始輸入信號(hào)(或凈輸入信號(hào))，增強(qiáng)者是否是正向反饋，弱化者負(fù)反饋。、上一頁(yè)、下一頁(yè)、返回、第2節(jié)放大電路反饋、(2) DC反饋和AC反饋信號(hào)僅包含DC成分的DC反饋、僅包含AC成分的被稱為AC反饋。但是在很多情況下，交流、直流反饋同時(shí)存在。直流反饋僅影響電路放大(例如靜態(tài)工作點(diǎn))的直流性能。交流反饋僅影響交流性能(例如比例、輸入電阻、輸出電阻等)。交流和直流反饋影響兩者。要確定反饋的交流、直流特性，只需確定反饋網(wǎng)絡(luò)交流、直流路徑。上一頁(yè)、下一頁(yè)、返回、第2節(jié)放大電路反饋、(3)電壓反饋和電流反饋信號(hào)來(lái)自輸出電壓、來(lái)自輸出電流的電壓反饋稱為電流反

10、饋電壓反饋。反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路輸出端并行連接，反饋信號(hào)與輸出電壓成正比。電流反饋時(shí)反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路(連接輸出端子)，反饋信號(hào)與輸出電流成正比。通常，通過(guò)在擴(kuò)大電路中引入電壓負(fù)反饋，可以穩(wěn)定輸出電壓。引入電流負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電流。確定是否在電路中引入電壓反饋或電流反饋，通常使用“交流短路方法”。具體方法是假定放大：牙齒電路輸出端AC短路(即使Vo=0)，并在反饋信號(hào)xf消失時(shí)引入電壓反饋。如果Xf仍然存在，則為電流反饋。上一頁(yè)、下一頁(yè)、后退、第二節(jié)放大電路反饋、(4)串行反饋和并行反饋信號(hào)以及輸入信號(hào)連接到輸入環(huán)路的人稱為串行反饋。并行連接器稱為并行反饋。一般來(lái)說(shuō)，在放大電路中引入串

11、行負(fù)反饋可以提高放大電路的輸入電阻。并行負(fù)反饋引入通過(guò)減小放大電路輸入電阻，可以確定電路引入是串行反饋還是并行反饋，通常使用“交流短路法”。具體方法是假設(shè)放大：牙齒電路輸入的交流短路，如果反饋信號(hào)xf仍然可以添加到默認(rèn)放大電路輸入，則為串行反饋，否則為并行反饋。上一頁(yè)，下一頁(yè)，后退，第二節(jié)放大電路反饋，2，提高負(fù)反饋放大器性能1?？s小比例2。提高比例穩(wěn)定性3。非線性失真減少4。擴(kuò)展通過(guò)頻帶5。根據(jù)輸入電阻和輸出電阻的變化、上一頁(yè)、返回、第3節(jié)集成放大器運(yùn)算放大器工作線性區(qū)域的兩個(gè)茄子分析，進(jìn)氣口放大器的電流接近于0，相反輸入端幾乎等于同一輸入端的電位。因此，下一頁(yè)、返回、第三集成放大器的應(yīng)用節(jié)

12、目、閉環(huán)電壓放大率指示輸出電壓和輸入電壓是比例運(yùn)算關(guān)系或比例放大的關(guān)系。徐璐選擇不同的電阻比，徐璐可以獲得不同數(shù)量的閉環(huán)電壓比例。由于電阻精度和穩(wěn)定性高，閉環(huán)電壓放大的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性也很高。這是在運(yùn)算放大器深度負(fù)反饋條件下工作的重要特征。表達(dá)式的負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反，因此這種運(yùn)算電路稱為逆相輸入放大電路。上一頁(yè)，下一頁(yè)，上一頁(yè)，上一頁(yè)，第3節(jié)集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，在圖3 -11中，位于同一輸入端的外部電阻R2稱為平衡電阻。這確保了電路偏置電路對(duì)稱，使兩個(gè)輸入端的外部電阻等相等，從而擴(kuò)大輸入級(jí)別差異。在圖3 -11所示的電路中，如果RF=R1，則輸出電壓uo等于輸入電壓ui的絕對(duì)

13、值，牙齒兩個(gè)階段的相位相反。此時(shí)，電路相當(dāng)于變量運(yùn)算。這種擴(kuò)大運(yùn)算的電路稱為反相器。，上一頁(yè)，下一頁(yè)，返回，第3節(jié)集成放大器應(yīng)用節(jié)目，2。如圖3 -12所示，輸入信號(hào)ui通過(guò)外部電阻R2發(fā)送到相同的輸入端，相反的輸入通過(guò)電阻R1接地。反饋電阻RF跳線在輸出和同一輸入端之間形成電壓串行負(fù)反饋。根據(jù)運(yùn)算放大器工作線性區(qū)域的兩個(gè)茄子分析，上一頁(yè)、下一頁(yè)、返回、第三個(gè)集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，即閉環(huán)電壓放大率為上一頁(yè)、下一頁(yè)、返回、第三個(gè)集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，相反輸入比計(jì)算電路， 為了提高差分電路對(duì)稱性，從均衡電阻R2=R1/RF圖3 -12所示的相同輸入比運(yùn)算電路(例如R1=)中刪除另一端的外部電阻R1

14、，或從反饋電阻RF短接(例如RF=0)中刪除，如圖3 -13所示的輸出電壓等于輸入電壓大小加法運(yùn)算電路模擬儀器、電視機(jī)、顯示器等一些運(yùn)算電路，通常是加法運(yùn)算電路和相同的加法運(yùn)算電路，然后是逆向加法運(yùn)算電路，例如分析其運(yùn)算法則。如圖3 -16所示，將多個(gè)輸入電路(例如圖3-16)添加到逆比例運(yùn)算電路輸入后，構(gòu)成逆加運(yùn)算電路。4.減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路是指輸出電壓與多個(gè)輸入電壓和差異成正比的電路，如圖3 -18所示。可以獲得疊加原理輸入和輸出之間的關(guān)系。上一頁(yè)，下一頁(yè)，返回，第3節(jié)集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，5。用電容C替換集成計(jì)算電路的相反輸入比計(jì)算電路反饋電阻RF，成為集成計(jì)算電路，如圖3 -20

15、所示。積分電路應(yīng)用非常廣泛，除了積分運(yùn)算外，還可以用于方波1三角波轉(zhuǎn)換、示波器顯示和掃描、模塊轉(zhuǎn)換、波形發(fā)生等。圖3 -22示出了在方波1三角波轉(zhuǎn)換中使用積分電路時(shí)輸入電壓方波(ui)和輸出電壓三角波(uo)的波形。上一頁(yè)，下一頁(yè)，返回，三節(jié)集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，6。微分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路R，C位置調(diào)整是微分運(yùn)算電路，如圖3 -23所示。第二，集成放大器的非線性應(yīng)用電壓比較器的基本功能是比較輸入部的兩個(gè)電壓，判斷哪個(gè)電壓大，輸出端輸出比較結(jié)果。輸入部的兩個(gè)電壓之一是基準(zhǔn)電壓或基準(zhǔn)電壓UR，另一個(gè)是比較的輸入信號(hào)電壓ui。比較結(jié)果輸出電壓uo是兩個(gè)茄子不同的平面高電平或低電平數(shù)字信號(hào)1或0。圖3 -26 (a)示出了簡(jiǎn)單的電壓比較器，圖3 -26 (b)示出了電壓比較器的電壓傳輸特性。上一頁(yè)，下一頁(yè)，返回，第3節(jié)集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，基準(zhǔn)電壓UR=0時(shí)稱為零比較器，比較輸入電壓ui和零電位。電路圖和電壓傳輸特性如圖3 -27所示。如圖3 -28(a)所示，輸出電壓uo的大小限制可以限制到輸出端的穩(wěn)