第三章集成運算放大電路.ppt

1、第三章合并運算放大電路，第一節(jié)合并運算放大電路基礎(chǔ)知識第二節(jié)放大電路中反饋第三節(jié)合并運算放大電路基礎(chǔ)知識，第一節(jié)合并運算放大基礎(chǔ)知識，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，同時制造與整個電路各組成部分的互連，實現(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，后退，第一節(jié)合并運算放大電路基礎(chǔ)知識，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)運算放大器輸入級別應(yīng)使用差動放大電路

2、(2)，兩個管道的性能相同。(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，適當組合發(fā)射極、基極、集電極三種。上一頁，下一頁，返回，第一節(jié)合并運算擴展電路基礎(chǔ)知識，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，下一頁，返回，第一節(jié)集成運算放大電路基礎(chǔ)知識，2，集成放大器的電路組件，符號和參數(shù)1 2。集成運算放大器電路符號圖3 -4顯示了集成運算放大器電路符號。上一頁，下一頁，返回，第一個合并運算擴展電路基礎(chǔ)知識，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算放大器最大輸出電壓。(2)開環(huán)電壓放大系數(shù)Auo在沒有外部反饋電路的情況下測量的差模電壓放大系數(shù)(稱為開環(huán)電壓放大系數(shù))。(3)輸入不平衡電壓Uio理想集成運算，輸入電壓ui2=ui1，輸出電壓uio=0，但是，由于工藝問題的制作，實際操作需要在輸出uo=0時，在輸入端添加補償電壓。這稱為輸入不平衡電壓UIO。UIO通常在幾毫伏。上一頁，下一頁，上一頁，上一頁，第一節(jié)集成運算放大電路基礎(chǔ)，(4)輸入不平衡電流Iio輸入不平衡電流指示輸入信號為零時兩個輸入端靜態(tài)基流差。(5)當輸入偏置電流IB輸入信號為零時，兩個輸入側(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集成運算放大器具有抑制共模信號的性能，但牙齒性能只能在規(guī)定的共模電壓范圍內(nèi)使用。超過牙齒電壓會大大降低運算放大器共同模式抑制性，甚至?xí)p壞部件。上一頁，下一頁，上一頁，第一節(jié)集成運算放大電路基礎(chǔ)知識，3，理想集成放大器1。集成放大器的理想特性(1)開環(huán)差分模式電壓放大系數(shù)接近無窮大。即接近Auo (2)差分模式輸入電阻無窮大，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、下一頁、返回、第一次集成計算放大電路基礎(chǔ)知識、2。理想集成運算分析方法理想運算電路符號圖3-6 (a)所示。圖3-6 (b)顯示了集成運算放大器的電壓傳輸特性，說

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)。當運算線性操作時，輸出電壓和輸入電壓是線性關(guān)系：上一頁、下一頁、返回、第一個積分運算放大電路基礎(chǔ)時，積分運算是線性放大分量。但是，由于集成運算放大器的開環(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，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，操作進入非線性區(qū)域，操作在非線性區(qū)域中工作時，輸出電壓為正或負飽和電壓，輸入電壓ui=u -u-的大小，上一頁，下一頁，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，因此理想計算兩個輸入端的輸入電流幾乎為零。由于兩個輸入端未打開，電流為零，因此稱為“虛擬斷開”。(2)由于Auo，u u-，即理想運算兩個輸入端的電勢幾乎相等。兩個輸入端電位相同，但不是段落，所以被稱為“虛斷”。(阿爾伯特愛因斯坦，Northern Exposure(美國電視電視劇)，成功)如果信號從相反輸入端輸入，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，但實際上沒有接地。也就是說，電流不能流向“土地”，通常稱為“虛擬土地”。上一頁，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(電壓或電流)，通過部分電路(反饋

7、電路)傳遞回輸入電路，從而影響輸入信號的過程稱為反饋。反饋到輸入電路的信號稱為反饋信號。圖3 -7顯示了負反饋放大電路方塊圖。下一頁，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。一個是反饋量xf與輸入量Xi的比較結(jié)果，可以通過增加凈輸入量xd來提高放大系數(shù)。這是積極的反饋。另一種是將反饋量xf與輸入量Xi進行比較后，凈輸入量xd減少，放大率降低的負反饋。積極反饋和負反饋也稱為反饋的極性?？梢钥闯?，擴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、是正向反饋太強會導(dǎo)致電路自振，電路性能破壞放大，因此在放大電路過程中很少使用正向反饋，通常在振動電路中使用。負反饋(WHO)降低了比例，但以此為代價，作為擴大電路性能的提高而被廣泛采用。上一頁，下一頁，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反饋，常用的方法是“瞬時極性法”。具體方法如下：假定電路放大在中頻信號頻率范圍內(nèi)工作。可以忽略電路內(nèi)電抗因素的影響，假設(shè)放大電路輸入正弦信號處于瞬時極性(表示瞬時極性的正、負或該點瞬時信號變化的正、負或減少)。然后，首先放大，然后根據(jù)反饋的正向傳輸順序，逐步推進電路內(nèi)每個點信號的瞬時極性。反饋網(wǎng)絡(luò)通常是線性電阻網(wǎng)絡(luò)，其口、輸出端信號的瞬時

9、極性牙齒。在反饋中，輸入電路信號的瞬時極性是否增強原始輸入信號(或凈輸入信號)，增強者是否是正向反饋，弱化者負反饋。、上一頁、下一頁、返回、第2節(jié)放大電路反饋、(2) DC反饋和AC反饋信號僅包含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、直流反饋同時存在。直流反饋僅影響電路放大(例如靜態(tài)工作點)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、下一頁、返回、第2節(jié)放大電路反饋、(3)電壓反饋和電流反饋信號來自輸出電壓、來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，反饋信號與輸出電壓成正比。電流反饋時反饋網(wǎng)絡(luò)和基本放大電路(連接輸出端子)，反饋信號與輸出電流成正比。通常，通過在擴大電路中引入電壓負反饋，可以穩(wěn)定輸出電壓。引入電流負反饋可以穩(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xf消失時引入電壓反饋。如果Xf仍然存在，則為電流反饋。上一頁、下一頁、后退、第二節(jié)放大電路反饋、(4)串行反饋和并行反饋信號以及輸入信號連接到輸入環(huán)路的人稱為串行反饋。并行連接器稱為并行反饋。一般來說，在放大電路中引入串

11、行負反饋可以提高放大電路的輸入電阻。并行負反饋引入通過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xf仍然可以添加到默認放大電路輸入，則為串行反饋，否則為并行反饋。上一頁，下一頁，后退，第二節(jié)放大電路反饋，2，提高負反饋放大器性能1?？s小比例2。提高比例穩(wěn)定性3。非線性失真減少4。擴展通過頻帶5。根據(jù)輸入電阻和輸出電阻的變化、上一頁、返回、第3節(jié)集成放大器運算放大器工作線性區(qū)域的兩個茄子分析，進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、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)電壓放大的準確度和穩(wěn)定性也很高。這是在運算放大器深度負反饋條件下工作的重要特征。表達式的負號表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反，因此這種運算電路稱為逆相輸入放大電路。上一頁，下一頁，上一頁，上一頁，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稱，使兩個輸入端的外部電阻等相等，從而擴大輸入級別差異。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

13、值，牙齒兩個階段的相位相反。此時，電路相當于變量運算。這種擴大運算的電路稱為反相器。，上一頁，下一頁，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ui通過外部電阻R2發(fā)送到相同的輸入端，相反的輸入通過電阻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反饋。根據(jù)運算放大器工作線性區(qū)域的兩個茄子分析，上一頁、下一頁、返回、第三個集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，即閉環(huán)電壓放大率為上一頁、下一頁、返回、第三個集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，相反輸入比計算電路， 為了提高差分電路對稱性，從均衡電阻R2=R1/RF圖3 -12所示的相同輸入比運算電路(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算電路模擬儀器、電視機、顯示器等一些運算電路，通常是加法運算電路和相同的加法運算電路，然后是逆向加法運算電路，例如分析其運算法則。如圖3 -16所示，將多個輸入電路(例如圖3-16)添加到逆比例運算電路輸入后，構(gòu)成逆加運算電路。4.減法運算電路減法運算電路是指輸出電壓與多個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，下一頁，返回，第3節(jié)集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，5。用電容C替換集成計算電路的相反輸入比計算電路反饋電阻RF，成為集成計算電路，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輸入電壓方波(ui)和輸出電壓三角波(uo)的波形。上一頁，下一頁，返回，三節(jié)集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，6。微分運算電路積分運算電路R，C位置調(diào)整是微分運算電路，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電壓，判斷哪個電壓大，輸出端輸出比較結(jié)果。輸入部的兩個電壓之一是基準電壓或基準電壓UR，另一個是比較的輸入信號電壓ui。比較結(jié)果輸出電壓uo是兩個茄子不同的平面高電平或低電平數(shù)字信號1或0。圖3 -26 (a)示出了簡單的電壓比較器，圖3 -26 (b)示出了電壓比較器的電壓傳輸特性。上一頁，下一頁，返回，第3節(jié)集成放大器的應(yīng)用節(jié)目，基準電壓UR=0時稱為零比較器，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)