第6章模擬集成電路及其應(yīng)用

1、集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成電路是相對(duì)于分立元件而指的一類半導(dǎo)體集成電路是相對(duì)于分立元件而指的一類半導(dǎo)體器件，它將元件和電路器件，它將元件和電路“集成集成”在一個(gè)半導(dǎo)體在一個(gè)半導(dǎo)體芯片內(nèi)，完成一定的功能，由于電路和元件是芯片內(nèi)，完成一定的功能，由于電路和元件是同時(shí)同時(shí)制作完成的，所以，具有很好的制作完成的，所以，具有很好的元件一致元件一致性性；另一方面，組成電路的各元件之間空間距；另一方面，組成電路的各元件之間空間距離非常小，因此，構(gòu)成電路有一套特殊的理論、離非常小，因此，構(gòu)成電路有一套特殊的理論、方法和工藝。不能用分立元件電路的理論來解方法和工藝。不能用分立元件電路的理論來解釋集

2、成電路的內(nèi)部工作情況。在電子電路中，釋集成電路的內(nèi)部工作情況。在電子電路中，集成電路已經(jīng)作為一種功能模塊器件得到廣泛集成電路已經(jīng)作為一種功能模塊器件得到廣泛應(yīng)用，使用集成電路需要了解它的外部特性，應(yīng)用，使用集成電路需要了解它的外部特性，但對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般沒有必要也不可能仔細(xì)分析。但對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般沒有必要也不可能仔細(xì)分析。集成電路的分類集成電路的分類集成電路集成電路數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路模擬集成電路模擬集成電路門電路門電路觸發(fā)器觸發(fā)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器功能部件功能部件微處理器微處理器線性電路線性電路非線性電路非線性電路集成電路集成電路雙極型雙極型單極型（單極型（MOS）小規(guī)模小規(guī)模(10100元件元件

3、/片片)SSI中規(guī)模中規(guī)模(1001000元件元件/片片)MSI大規(guī)模大規(guī)模(100010萬元件萬元件/片片)LSI超大規(guī)模超大規(guī)模(10萬元件萬元件/片片)VLSI按功能分按功能分按導(dǎo)電類型分按導(dǎo)電類型分混合型混合型按集成度分按集成度分集成電路集成電路（1）集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成）集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成集成運(yùn)算放大器內(nèi)部由五個(gè)部分組成：集成運(yùn)算放大器內(nèi)部由五個(gè)部分組成：輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)偏置電路偏置電路保護(hù)電路保護(hù)電路直流電源直流電源+同相輸入端同相輸入端- -反相輸入端反相輸入端輸出端輸出端一、集成運(yùn)算放大器的組成一、集成運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大

4、器簡(jiǎn)介（2）集成運(yùn)算放大器內(nèi)部組成特點(diǎn)：）集成運(yùn)算放大器內(nèi)部組成特點(diǎn)： 無電感、無大容量電容、無大阻值電阻、由三極無電感、無大容量電容、無大阻值電阻、由三極管代替二極管。管代替二極管。AuoAuou- -u+u- -u+uououo=Auo(u+- -u- -)uo=Auo(u+- -u- -)Auo開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù)二、集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)及器件外形二、集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)及器件外形集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)及器件外形集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)及器件外形87654321- -VCC+ +VCCuou+u- -調(diào)零調(diào)零調(diào)零調(diào)零空空雙列直插式

5、單運(yùn)放外部引腳雙列直插式單運(yùn)放外部引腳標(biāo)志標(biāo)志集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)1）、輸入電阻很大）、輸入電阻很大2）、輸出電阻很小）、輸出電阻很小3）、開環(huán)放大倍數(shù)）、開環(huán)放大倍數(shù)Auo很大很大四、集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性四、集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系曲線輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系曲線三、集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)三、集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)uou- - - - u+0線性工作范圍線性工作范圍正飽和正飽和負(fù)飽和負(fù)飽和五、集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)五、集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)1）、開環(huán)電壓放大倍數(shù)）、開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo沒有接反饋時(shí)所測(cè)出的差模電壓放大倍數(shù)，通常

6、數(shù)值沒有接反饋時(shí)所測(cè)出的差模電壓放大倍數(shù)，通常數(shù)值很高，在很高，在104107之間，理想狀態(tài)：之間，理想狀態(tài)：Auo= 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)2）、最大差模輸入電壓）、最大差模輸入電壓Uidm兩個(gè)輸入端之間允許加的最大電壓。其大小取決于輸入兩個(gè)輸入端之間允許加的最大電壓。其大小取決于輸入級(jí)的結(jié)構(gòu)。級(jí)的結(jié)構(gòu)。3）、最大共模輸入電壓）、最大共模輸入電壓Uicm運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，只有在一定的共模輸入電運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，只有在一定的共模輸入電壓范圍內(nèi)才存在，超過壓范圍內(nèi)才存在，超過UicM,運(yùn)放不能正常工作。運(yùn)放不能正常工作。4）、最大輸出電壓）、最大輸出電壓 Uom指運(yùn)放在不失真的

7、條件下的最大輸出電壓。指運(yùn)放在不失真的條件下的最大輸出電壓。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)5）、靜態(tài)功耗）、靜態(tài)功耗無輸入信號(hào)時(shí)，運(yùn)放的功率損耗。無輸入信號(hào)時(shí)，運(yùn)放的功率損耗。6）、輸入失調(diào)電壓）、輸入失調(diào)電壓U0S當(dāng)輸入為當(dāng)輸入為0時(shí)，輸出不為時(shí)，輸出不為0。要使輸出為。要使輸出為0，在輸入端加，在輸入端加一個(gè)很小的補(bǔ)償電壓，這個(gè)補(bǔ)償電壓稱為一個(gè)很小的補(bǔ)償電壓，這個(gè)補(bǔ)償電壓稱為Uos7）、輸入失調(diào)電流）、輸入失調(diào)電流I0S21BBosIII 8）、輸入基極電流）、輸入基極電流IB 221BBBIII 越小越好。越小越好。放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋1、反饋的概念、反

8、饋的概念基本放大電路中，有源器件（晶體管）具有信號(hào)單向基本放大電路中，有源器件（晶體管）具有信號(hào)單向傳遞性，被放大信號(hào)從輸入端輸入，放大以后輸出，傳遞性，被放大信號(hào)從輸入端輸入，放大以后輸出，只有輸入信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)的控制；如果在電路中存在只有輸入信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)的控制；如果在電路中存在一些通路，將輸出信號(hào)的一部分饋送到放大器的輸入一些通路，將輸出信號(hào)的一部分饋送到放大器的輸入端，與外部輸入信號(hào)疊加，產(chǎn)生基本放大電路的凈輸端，與外部輸入信號(hào)疊加，產(chǎn)生基本放大電路的凈輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)對(duì)輸入的控制，即稱構(gòu)成了反入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)對(duì)輸入的控制，即稱構(gòu)成了反饋。如圖饋。如圖基本放大電路基本放大電路

9、反饋電路反饋電路外輸入外輸入輸出輸出凈輸入凈輸入反饋信號(hào)反饋信號(hào)+- -XiXf=FXoXdXo=AXd 如果加反饋后如果加反饋后 XdXi 則稱此反饋為則稱此反饋為正反饋正反饋。即：反饋信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)。即：反饋信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)。沒有反饋時(shí)，凈輸入就是外部輸入；沒有反饋時(shí)，凈輸入就是外部輸入；有反饋時(shí)，有反饋時(shí)，Xd = Xi - Xf基本放大電路基本放大電路反饋電路反饋電路外輸入外輸入輸出輸出凈輸入凈輸入反饋信號(hào)反饋信號(hào)+- -XiXf=FXoXdXo=AXd放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋兩種反饋具有不同的作用：兩種反饋具有不同的作用：負(fù)反饋有自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用。負(fù)反饋有自動(dòng)調(diào)節(jié)的作

10、用。 I I BC)VVU(UVIITEBBEBEEEC自動(dòng)調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)IC基本不變，即：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)?；静蛔儯矗悍€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。負(fù)反饋有直流負(fù)反饋和交流負(fù)反饋之分，負(fù)反饋有直流負(fù)反饋和交流負(fù)反饋之分，但在放大電路中，兩種反饋往往同時(shí)存在。但在放大電路中，兩種反饋往往同時(shí)存在。反饋的作用反饋的作用IEUBI1ICI2IBTRB1RC+VCCRB2RE正反饋沒有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，但在振蕩電路中常用正反正反饋沒有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，但在振蕩電路中常用正反饋才能實(shí)現(xiàn)振蕩過程的建立。饋才能實(shí)現(xiàn)振蕩過程的建立。因此正、負(fù)反饋各有各的作用，各有各的優(yōu)、缺點(diǎn)。因此正、負(fù)反饋各有各的作用，各有各的優(yōu)、缺點(diǎn)。這一節(jié)

11、我們只討論放大電路的負(fù)反饋。這一節(jié)我們只討論放大電路的負(fù)反饋。反饋的作用反饋的作用從放大電路的輸出端看從放大電路的輸出端看從放大電路的輸入端看從放大電路的輸入端看電流反饋電流反饋電壓反饋電壓反饋基本放大電路基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FRS+-eS+-iU+-iU +-fU串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋基本放大電路基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FRS+-eSiI iI fI并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋反饋的種類反饋的種類基本放大電路基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FRL+-0I0U0I基本放大電路基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FRL+-0U 0U+-反饋的種類反饋的種類在反饋放大電路中，輸入、輸出可分別取電壓或電流，因

12、此共有四在反饋放大電路中，輸入、輸出可分別取電壓或電流，因此共有四種反饋放大電路組態(tài)：種反饋放大電路組態(tài)：A=uo/udF=uf /uououiuduf電壓串聯(lián)反饋電壓串聯(lián)反饋電壓并聯(lián)反饋電壓并聯(lián)反饋電流串聯(lián)反饋電流串聯(lián)反饋電流并聯(lián)反饋電流并聯(lián)反饋A=io/udF=uf /ioiouiudufRLA=uo/idF=if /uouoiiidifA=io/idF=if /ioioRLiiidif負(fù)反饋的判別負(fù)反饋的判別存在與組態(tài)存在與組態(tài)2、反饋組態(tài)判別、反饋組態(tài)判別判別法判別法（開路短路法）（開路短路法）： 如果負(fù)載短路后反饋消失如果負(fù)載短路后反饋消失電壓反饋，電壓反饋， 如果負(fù)載開路后反饋消失

13、如果負(fù)載開路后反饋消失電流反饋；電流反饋； 如果輸入端開路反饋消失如果輸入端開路反饋消失串聯(lián)反饋，串聯(lián)反饋， 如果輸入端短路反饋消失如果輸入端短路反饋消失并聯(lián)反饋。并聯(lián)反饋。1、反饋存在的判別、反饋存在的判別 如果在輸入（回路）和輸出（回路）之間存在除有源器如果在輸入（回路）和輸出（回路）之間存在除有源器件以外的其它支路，則該支路構(gòu)成放大電路的反饋。件以外的其它支路，則該支路構(gòu)成放大電路的反饋。負(fù)反饋的判別負(fù)反饋的判別反饋極性反饋極性原理上，如果反饋使輸入得到加強(qiáng)原理上，如果反饋使輸入得到加強(qiáng)正反饋；正反饋； 如果反饋使輸入受到削弱如果反饋使輸入受到削弱負(fù)反饋。負(fù)反饋。具體判斷反饋的正、負(fù)，通

14、常采用瞬時(shí)極性法：具體判斷反饋的正、負(fù)，通常采用瞬時(shí)極性法：找到反饋環(huán)在輸入端的連接點(diǎn)，從輸入端注入某一極性的信號(hào)，按找到反饋環(huán)在輸入端的連接點(diǎn)，從輸入端注入某一極性的信號(hào)，按照放大電路的工作特性，沿反饋環(huán)一周標(biāo)出各點(diǎn)信號(hào)的瞬時(shí)極性，照放大電路的工作特性，沿反饋環(huán)一周標(biāo)出各點(diǎn)信號(hào)的瞬時(shí)極性，直至反饋支路在輸入端的連接點(diǎn)，比較注入信號(hào)極性和反饋回的信直至反饋支路在輸入端的連接點(diǎn)，比較注入信號(hào)極性和反饋回的信號(hào)極性：號(hào)極性：反饋放大電路分析反饋放大電路分析分析一個(gè)反饋放大電路可以從三方面入手分析一個(gè)反饋放大電路可以從三方面入手1）、判別電路中有無反饋）、判別電路中有無反饋方法：看電路中是否有連接輸

15、入回路與輸出回路的反方法：看電路中是否有連接輸入回路與輸出回路的反饋元件。饋元件。2）、判別反饋類型）、判別反饋類型方法：從輸入端看，定出是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。方法：從輸入端看，定出是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋。 從輸出端看，定出是電流反饋還是電壓反饋。從輸出端看，定出是電流反饋還是電壓反饋。3）、判別電路是正反饋還是負(fù)反饋）、判別電路是正反饋還是負(fù)反饋方法：瞬時(shí)極性法。在輸入端加一個(gè)對(duì)地瞬時(shí)極性為方法：瞬時(shí)極性法。在輸入端加一個(gè)對(duì)地瞬時(shí)極性為“+”的電壓，標(biāo)出電路各點(diǎn)的電壓極性，根據(jù)反饋回的電壓，標(biāo)出電路各點(diǎn)的電壓極性，根據(jù)反饋回來的信號(hào)是增強(qiáng)還是消弱輸入信號(hào)而定出是正反饋還是來的信號(hào)是增強(qiáng)還是

16、消弱輸入信號(hào)而定出是正反饋還是負(fù)反饋。負(fù)反饋。集成運(yùn)算放大電路中反饋的判別集成運(yùn)算放大電路中反饋的判別 集成運(yùn)算放大電路中反饋的類型與判斷同基本集成運(yùn)算放大電路中反饋的類型與判斷同基本放大電路中反饋的判斷類似，也是從電路的輸出端放大電路中反饋的判斷類似，也是從電路的輸出端判斷是電壓反饋還是電流反饋，從電路的輸入端判判斷是電壓反饋還是電流反饋，從電路的輸入端判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋，用瞬時(shí)極性法判斷是斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋，用瞬時(shí)極性法判斷是正反饋還是負(fù)反饋，正反饋還是負(fù)反饋， 例：例：負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響1）、降低放大倍數(shù)）、降低放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大

17、倍數(shù)開環(huán)放大倍數(shù)開環(huán)放大倍數(shù)iofXXA AF+- -iXdXdXAX 00XFXf AFAXXXXXXXXXXXXXXXAfddodfdofdoiof 11100X 可以是電壓；也可以是電流?？梢允请妷?；也可以是電流。doXXA 反饋系數(shù)反饋系數(shù)0XXFf 反饋深度反饋深度負(fù)反饋以降低放大電路的放大倍數(shù)為代價(jià)，放大倍數(shù)負(fù)反饋以降低放大電路的放大倍數(shù)為代價(jià)，放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了的穩(wěn)定性提高了1+AF倍。倍。)AdA(AFAdAff 11AAAFAFdAAFAddAdAff 11)1(1)1(2負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響2）、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性）、提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定

18、性設(shè)：由外界影響引起電壓放大倍數(shù)變化為：開環(huán)設(shè)：由外界影響引起電壓放大倍數(shù)變化為：開環(huán) dA； 閉環(huán)閉環(huán) dAf3）、改善波形失真）、改善波形失真兩級(jí)放大電路兩級(jí)放大電路反饋電路反饋電路反饋信號(hào)反饋信號(hào)- -實(shí)質(zhì)上負(fù)反饋是利用失真了的波形來改善波形的失真。實(shí)質(zhì)上負(fù)反饋是利用失真了的波形來改善波形的失真。負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響4）、對(duì)放大電路輸入電阻的影響）、對(duì)放大電路輸入電阻的影響串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋iiifIUR iiiIUR )AF(R)UUUU(R)UUU(RUUIURifiiifiiiiiiif 1100 加

19、了串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻是原來的（加了串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻是原來的（1+AF）倍。）倍。基本放大電路基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FRS+-eS+-iU+-iU +-fUiI并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋)AF(R)II(IUIIUIURiifiifiiiiif 11 加了并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻是原來的加了并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻是原來的1/（1+AF）倍。）倍。負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響基本放大電路基本放大電路A反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FRS+-eSiI iI fI負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響5）、對(duì)輸出電阻的影響）、對(duì)輸出電阻的影響引入負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響與是電壓反饋

20、還是電流反饋有關(guān)。引入負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響與是電壓反饋還是電流反饋有關(guān)。電壓負(fù)反饋，放大電路輸出電阻降低。電壓負(fù)反饋，放大電路輸出電阻降低。電流負(fù)反饋，放大電路輸出電阻升高。電流負(fù)反饋，放大電路輸出電阻升高。負(fù)反饋類型負(fù)反饋類型放大倍數(shù)放大倍數(shù)輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻頻帶頻帶非線性非線性失真失真電壓串聯(lián)電壓串聯(lián)降低降低1+AF倍倍增大增大減小減小展寬展寬減小減小電壓并聯(lián)電壓并聯(lián)降低降低1+AF倍倍增大增大減小減小展寬展寬減小減小減小減小電流串聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)電流并聯(lián)降低降低1+AF倍倍降低降低1+AF倍倍增大增大增大增大減小減小展寬展寬減小減小展寬展寬減小減小電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓

21、、電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流。電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓、電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流。綜上所述：負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性提高是以降低放大倍數(shù)為綜上所述：負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性提高是以降低放大倍數(shù)為 代價(jià)的。代價(jià)的。集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器按其在電路中的工作狀態(tài)分為：集成運(yùn)算放大器按其在電路中的工作狀態(tài)分為：線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用線性工作范圍線性工作范圍正飽和正飽和負(fù)飽和負(fù)飽和uou- - - - u+0運(yùn)放的電壓傳輸特性運(yùn)放的電壓傳輸特性線性應(yīng)用線性應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)上存在從輸出端到反向輸入端的電路結(jié)構(gòu)上存在從輸出端到反向輸入端的 負(fù)反饋支路，以保證集成運(yùn)算

22、放大器的輸負(fù)反饋支路，以保證集成運(yùn)算放大器的輸 出于最大輸出電壓的范圍內(nèi)。出于最大輸出電壓的范圍內(nèi)。非線性應(yīng)用非線性應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)上，集成運(yùn)算放大器處于開環(huán)電路結(jié)構(gòu)上，集成運(yùn)算放大器處于開環(huán) （無反饋）或存在從輸出端到同相輸入端（無反饋）或存在從輸出端到同相輸入端 的正反饋支路，輸出總是處于飽和狀態(tài)，的正反饋支路，輸出總是處于飽和狀態(tài)， 即輸出在正、負(fù)最大值之間變化。即輸出在正、負(fù)最大值之間變化。在分析運(yùn)算放大器時(shí)在分析運(yùn)算放大器時(shí),一般將它看成是一個(gè)理想運(yùn)算放一般將它看成是一個(gè)理想運(yùn)算放大器。大器。u- -u+uoFABi1if集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用一、運(yùn)算放大器理想

23、化的條件：一、運(yùn)算放大器理想化的條件：1）、開環(huán)放大倍數(shù)）、開環(huán)放大倍數(shù)Auo ;2）、差模輸入電阻）、差模輸入電阻 rid 4）、共模抑制比）、共模抑制比 CMR 3）、輸出電阻）、輸出電阻ro 0 u- -u+uouiii二、分析理想運(yùn)算放大器的兩個(gè)重要結(jié)論：二、分析理想運(yùn)算放大器的兩個(gè)重要結(jié)論：1）、）、u+ u- - u u Au u-ui0 002）、）、ii 00 0 iiiiiru i線性應(yīng)用運(yùn)放電路的一般分析方法線性應(yīng)用運(yùn)放電路的一般分析方法A、B、F分別為一部分電路分別為一部分電路對(duì)這樣的電路，求輸出電對(duì)這樣的電路，求輸出電壓的方法可分壓的方法可分5步進(jìn)行：步進(jìn)行：Step

24、1、利用、利用i+=0，由，由B電路求出同電路求出同 相輸入端電壓相輸入端電壓 u+Step 2、利用、利用u+ = u- -，確定反相輸入端電壓，確定反相輸入端電壓 u- - = u+Step 3、利用已知電壓、利用已知電壓u- -，由，由A電路求出電流電路求出電流i1Step 4、利用、利用i- -=0，求出電流，求出電流 if =i1Step 5、由電路、由電路F的特性和的特性和u- -確定輸確定輸 出電壓：出電壓：uo=u- - -F(if )Step 6*、檢驗(yàn)輸出電壓是否在線性范圍內(nèi)。、檢驗(yàn)輸出電壓是否在線性范圍內(nèi)。u- -u+uoFABi1if三、線性應(yīng)用運(yùn)放電路的一般分析方法三

25、、線性應(yīng)用運(yùn)放電路的一般分析方法電路結(jié)構(gòu)一般為電路結(jié)構(gòu)一般為集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用舉例集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用舉例1、比例運(yùn)算電路、比例運(yùn)算電路3、積分微分電路、積分微分電路2、求和運(yùn)算電路、求和運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路uiR1R2Rfuoi1ifStep 1、i+=0 u+0VStep 2、u- -=u+=0VStep 3、i1=ui /R1Step 4、i- -=0，if =i1= ui /R1Step 5、ffoiRuu 電路電路分析分析由此可見：由此可見：1RRuuAfiou ifouRRu1 1）輸出電壓與輸入電壓比值是一個(gè)負(fù)常數(shù)，所以這樣）輸出電壓與輸入電壓比值是

26、一個(gè)負(fù)常數(shù)，所以這樣的電路稱為反相比例運(yùn)算器。的電路稱為反相比例運(yùn)算器。2）整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)只與）整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)只與R1，Rf有關(guān)，與開環(huán)有關(guān)，與開環(huán) Auo無關(guān)。無關(guān)。3）Rf=R1時(shí)，時(shí)，Au =-，稱為反相器。，稱為反相器。4）Au 與與R2（平衡電阻（平衡電阻R2無關(guān)）無關(guān)）5）u-= 0常稱為常稱為“虛地虛地”點(diǎn)，即電位可以認(rèn)為是點(diǎn)，即電位可以認(rèn)為是0，但不是，但不是 真正接地。真正接地。6）R2 = R1/Rf ，作用是消除靜態(tài)基極電流對(duì)輸出電，作用是消除靜態(tài)基極電流對(duì)輸出電 壓的影響。壓的影響。1RRuuAfiou 比例運(yùn)算比例運(yùn)算uiR1R2Rfuo1i1ifRR

27、3Ruoi1ififouRRu11 ifoouRRuu11 Step 4、i- -=0，if =i1Step 5、ifffou)RR(Riuu11 Step 1、i+=0 iuu Step 2、iuuu Step 3、111RuRuii 電路電路分析分析uiR1Rfuoi1ifR2ffoRiuu )RR(Afu11 可見：可見：1）輸出電壓）輸出電壓uo與輸入電壓與輸入電壓ui比值是正常數(shù)，稱為同比值是正常數(shù)，稱為同 相比例運(yùn)算。相比例運(yùn)算。2）Au僅與僅與R1，Rf 有關(guān)，而與有關(guān)，而與Auo無關(guān)。無關(guān)。3）Rf=0，或，或R1= ，或兩者同時(shí)出現(xiàn)，或兩者同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，時(shí)，Au=1,輸出輸出

28、電壓全部等于輸入電壓，是電壓跟隨器。電壓全部等于輸入電壓，是電壓跟隨器。uiR1Rfuoi1ifR2)RR(Afu11 uiR1R3Rfuoi1ifR2R2/R3=R1/RfStep 1、i+=0 Step 2、Step 3、Step 4、i- -=0，if =i1Step 5、ifouRRR)RR(u32311 iuRRRu323 iuRRRuu323 132311RuRRRRuii 電路電路構(gòu)成要求構(gòu)成要求分析分析ffoRiuu 差動(dòng)輸入電路差動(dòng)輸入電路減法減法Rfui2R1R3uoi1ifR2ui1Step 1、i+=02323iuRRRu Step 2、iuRRRuu323 分析分析S

29、tep 3、111Ruuii Step 4、i- -=0，if =i1Step 5、112323112323123231 ififfiiiffouRRuRRR)RR(RRuRRRuuRRRRiuu ffoRiuu Rfui2R1R3uoi1ifR2ui1差動(dòng)輸入電路差動(dòng)輸入電路疊加法疊加法ui1單獨(dú)作用，單獨(dú)作用，ui2接地。接地。反向輸入反向輸入11ifouRRu ui2單獨(dú)作用，單獨(dú)作用，ui1接地。接地。232311ifouRRR)RR(u 11232311ififooouRRuRRR)RR(uuu Rfui2R1R3uoi1ifR2ui1反相求和反相求和i2i1電路電路Step 1、i

30、+=0 u+0V分析分析Step 2、u- -=u+=0VStep 3、i1=ui1 /R1， i2=ui2 /R2Step 4、i- -=0， if =i1+ i2 = ui1 /R1+ ui2 /R2Step 5、)RuRu(RiRuuiifffo2211 電路電路同相求和同相求和疊加法：疊加法：u1單獨(dú)作用時(shí)，單獨(dú)作用時(shí)，1313221324132132411uRRRRRRRR)RR(uR/RRR/R)RR(uffo u2單獨(dú)作用時(shí)，單獨(dú)作用時(shí)，2313221314231231411uRRRRRRRR)RR(uR/RRR/R)RR(uffo 電路電路)uRRuRR(RRRRRR)RR(u

31、uufooo231132313221411 i1if電路電路分析分析Step 1、i+=0V0 uStep 2、V0 uuStep 3、111 RuRuuiii Step 4、i- -=0，if =i1反相積分反相積分i1if電路電路dtuudCiff)(0 Step 5、 dtuCRdtRuCdtiCuuuififffco11111i1電路電路反相微分反相微分分析分析Step 1、i+=0V0 uStep 2、V0 uuStep 3、dtduCii11 Step 4、i- -=0，if =i1Step 5、dtduCRiRuuifo111 例:電路如圖所示，要求電路如圖所示，要求（2）若）若

32、RF1=R1，RF2=R2，R3=R4，寫出此時(shí)，寫出此時(shí)uo與與ui1，ui2的關(guān)系式。的關(guān)系式。（1）寫出輸出電壓）寫出輸出電壓uo 與輸入電壓與輸入電壓ui1，ui2之間之間運(yùn)算關(guān)系的表達(dá)式。運(yùn)算關(guān)系的表達(dá)式。ui1R1RF1Ruou01ui2R2R4R3RF2 解解:(1)11101ifuRRu 1221101220ifffuRRRRuRRu 當(dāng)當(dāng)u01單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí)當(dāng)當(dāng)u12單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí)24342201ifuRRR)RR(u ui1R1RF1Ruou01ui2R2R4R3RF2 解：解：ui1R1RF1Ruou01ui2R2R4R3RF22344221221101ifi

33、ffuRRR)RR(uRRRRu （2）若）若Rf1=R1，Rf2=R2，R3=R4210iiuuu 有源濾波器有源濾波器 濾波器實(shí)質(zhì)是一種選頻電路，當(dāng)有用頻濾波器實(shí)質(zhì)是一種選頻電路，當(dāng)有用頻率的信號(hào)通過濾波器時(shí)，衰減很小，信號(hào)能率的信號(hào)通過濾波器時(shí)，衰減很小，信號(hào)能順利通過；而當(dāng)無用頻率的信號(hào)通過濾波器順利通過；而當(dāng)無用頻率的信號(hào)通過濾波器時(shí)，衰減很大，信號(hào)不能通過。時(shí)，衰減很大，信號(hào)不能通過。 用集成運(yùn)算放大器可以構(gòu)成各種濾波器，用集成運(yùn)算放大器可以構(gòu)成各種濾波器，由于運(yùn)算放大器是有源元件，所以稱為有源由于運(yùn)算放大器是有源元件，所以稱為有源濾波器。濾波器。 iiC+111UUUUj Cj

34、RCRj C1、一階低通濾波器、一階低通濾波器 FFio+11(1)(1)1RRUUURRj RCFo1ufi11RURAUj RC輸出電壓隨頻率的增加輸出電壓隨頻率的增加愈來愈小，該電路是一愈來愈小，該電路是一個(gè)低通濾波器。個(gè)低通濾波器。2、一階高通濾波器、一階高通濾波器 oFufi1URAURjC 輸出電壓隨頻率的降低也愈來愈小，該電輸出電壓隨頻率的降低也愈來愈小，該電路是一個(gè)高通濾波器。路是一個(gè)高通濾波器。集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用輸入差模電壓的線性工作范圍很?。ㄒ话銉H十幾毫輸入差模電壓的線性工作范圍很小（一般僅十幾毫伏），在線性輸入范圍外，出現(xiàn)兩種飽和狀態(tài)伏）

35、，在線性輸入范圍外，出現(xiàn)兩種飽和狀態(tài)正正飽和，輸出為正最大值，負(fù)飽和，輸出為負(fù)最大值。飽和，輸出為正最大值，負(fù)飽和，輸出為負(fù)最大值。2、運(yùn)算放大器非線性工作狀態(tài)的判斷、運(yùn)算放大器非線性工作狀態(tài)的判斷負(fù)反饋是判斷是否線性應(yīng)用的主要電路標(biāo)志。如果電路負(fù)反饋是判斷是否線性應(yīng)用的主要電路標(biāo)志。如果電路中不存在負(fù)反饋或接有正反饋，則運(yùn)算放大器將工作在中不存在負(fù)反饋或接有正反饋，則運(yùn)算放大器將工作在非線性狀態(tài)。非線性狀態(tài)。1、集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)移特性、集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)移特性u(píng)- -u+uouou- - - - u+0線性工作范圍線性工作范圍正飽和正飽和負(fù)飽和負(fù)飽和UoLUoH集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用集

36、成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用一、比較器一、比較器比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒別和比較的電路，比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒別和比較的電路，視輸入信號(hào)是大于還是小于給定值來決定輸視輸入信號(hào)是大于還是小于給定值來決定輸出狀態(tài)。它在測(cè)量、控制以及各種非正弦波出狀態(tài)。它在測(cè)量、控制以及各種非正弦波發(fā)生器等電路中應(yīng)用廣泛。發(fā)生器等電路中應(yīng)用廣泛。-+uiUR uo1、有參比電壓的比較器、有參比電壓的比較器R1R2uit0URuot0+Uom-Uom集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用2、零比較器、零比較器參比電壓等于零時(shí)，輸入?yún)⒈入妷旱扔诹銜r(shí)，輸入信號(hào)每次過零時(shí)、輸出電信號(hào)每次過零時(shí)、輸出電壓都會(huì)發(fā)生

37、突變。利用過壓都會(huì)發(fā)生突變。利用過零比較器可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的零比較器可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的波形變換。波形變換。-+uiUR uoR1R2uit0URuot0+Uom-Uom+Uom-Uomuot03、滯回比較器（又稱施密特、滯回比較器（又稱施密特Schmidt觸發(fā)器）觸發(fā)器） 2FoF2RuuuRR2iomTH1F2=RuuUURRoomuU 如果比較器當(dāng)前輸出電壓如果比較器當(dāng)前輸出電壓，要使，要使uo變?yōu)樽優(yōu)?U0m，必須使，必須使2iomTH2F2()=RuuUURRoomuU 如果比較器輸出電壓如果比較器輸出電壓，要使，要使uo變?yōu)樽優(yōu)?Uom，必須使，必須使2TH1omF2RUuURR稱為稱為上閾值電壓（或上門限電壓）上閾值電壓（或上門限電壓）2TH2omF2()RUuURR稱為稱為下閾值電壓（或下門限電壓）下閾值