第三章 集成運(yùn)算放大器.

1、 集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。級(jí)直接耦合放大電路。uP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uNuO輸入級(jí)：輸入級(jí)：采用采用差動(dòng)放大電路，以提高輸入電阻，減小差動(dòng)放大電路，以提高輸入電阻，減小 零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)。 u+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u-uO中間級(jí)：中間級(jí)：主要進(jìn)行主要進(jìn)行電壓放大電壓放大，一般由，一般由共發(fā)射極共發(fā)射極放大電路放大電路構(gòu)成，集電極電阻常采用晶體管恒流構(gòu)成，集電極電阻常采用晶體管恒流源代替，以提高電壓放大倍數(shù)。源代替，以提高電壓放

2、大倍數(shù)。 輸出級(jí)：輸出級(jí)：采用互補(bǔ)對(duì)稱功放電路或射極輸出器，采用互補(bǔ)對(duì)稱功放電路或射極輸出器，以便以便輸出足夠大的電流和功率輸出足夠大的電流和功率，并降低輸出電并降低輸出電阻，阻，提高帶負(fù)載能力。提高帶負(fù)載能力。 偏置電路：偏置電路：一般是由恒流源電路組成，為以一般是由恒流源電路組成，為以上三部分電路上三部分電路提供穩(wěn)定和合適的靜態(tài)工作點(diǎn)提供穩(wěn)定和合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 Auo是指集成運(yùn)放在沒有外接反饋電路時(shí)的是指集成運(yùn)放在沒有外接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)，也稱，也稱開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益。 iouolg20UUA Auo一般在一般在80140dB，即，即104107。 集成

3、運(yùn)放在額定電源電壓和額定負(fù)載下，不出現(xiàn)集成運(yùn)放在額定電源電壓和額定負(fù)載下，不出現(xiàn)明顯非線性失真的最大輸出電壓峰值。它與集成運(yùn)放明顯非線性失真的最大輸出電壓峰值。它與集成運(yùn)放的電源電壓有關(guān)。的電源電壓有關(guān)。 要使輸出電壓為零，必須在輸入端加一個(gè)要使輸出電壓為零，必須在輸入端加一個(gè)很小的補(bǔ)償電壓，它就是輸入失調(diào)電壓，一很小的補(bǔ)償電壓，它就是輸入失調(diào)電壓，一般為幾毫伏，理想集成運(yùn)放的般為幾毫伏，理想集成運(yùn)放的為零。為零。 輸入信號(hào)為零時(shí)，流入集成運(yùn)放兩輸入端靜態(tài)基極輸入信號(hào)為零時(shí)，流入集成運(yùn)放兩輸入端靜態(tài)基極電流之差，一般在零點(diǎn)零幾微安級(jí)，電流之差，一般在零點(diǎn)零幾微安級(jí)， 越小越好。越小越好。 輸入

4、信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流的平均輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流的平均值，稱為輸入偏置電流。值，稱為輸入偏置電流。 允許加在輸入端的最大共模輸入電壓。當(dāng)實(shí)際的共允許加在輸入端的最大共模輸入電壓。當(dāng)實(shí)際的共模信號(hào)大于模信號(hào)大于UICM時(shí)，將使輸入級(jí)工作不正常，共模抑時(shí)，將使輸入級(jí)工作不正常，共模抑制比顯著下降。制比顯著下降。 兩個(gè)輸入端間所允許加的最大電壓差值稱為最大差兩個(gè)輸入端間所允許加的最大電壓差值稱為最大差模輸入電壓。如果差模輸入信號(hào)超過模輸入電壓。如果差模輸入信號(hào)超過，將引起輸，將引起輸入管反向擊穿而使運(yùn)放不能正常工作。入管反向擊穿而使運(yùn)放不能正常工作。 主要取決于輸入級(jí)差

5、動(dòng)電路的共模抑制比。主要取決于輸入級(jí)差動(dòng)電路的共模抑制比。 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)無窮大開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)無窮大 Auo ，差模輸入電阻無窮大差模輸入電阻無窮大 rid ，開環(huán)輸出電阻為零開環(huán)輸出電阻為零 ro 0 ，共模抑制比無窮大共模抑制比無窮大 KCMR +Uo(sat)Uo(sat)線性區(qū)線性區(qū)理想特性理想特性實(shí)際特性實(shí)際特性飽和區(qū)飽和區(qū) O u+ u uo線性區(qū)：線性區(qū)：uo = Auo( (u+ u)非線性區(qū)：非線性區(qū)：u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = +Uo(sat) u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = + Uo(sat) u+ 0 時(shí)信號(hào)衰減時(shí)信號(hào)衰減得更快些，常將兩節(jié)得更快些，常將兩節(jié)

6、RC濾波環(huán)節(jié)串接起來，濾波環(huán)節(jié)串接起來，組成二階有源低通濾波器。組成二階有源低通濾波器。二階二階一階一階 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | OuiuoRFCR+ R1 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUAufi1jUCRRU URRU)(11Fo頻率頻率角角稱為截止稱為截止RC1: 式中0 uiuoRFCR+ R1 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUAuf 01Fioufj11)(j)(j)(j RRUUA 0f0j1 uA1Fuf01RRA 為通頻帶放大倍數(shù)為通頻帶放大倍數(shù) 20f0uf)(1)(j uAA幅頻函數(shù)：幅頻函數(shù)：相頻函數(shù)相

7、頻函數(shù): 0arctan)( 0f0j1)( uufAjA20f0uf)(1)(j uAA,時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) f0uf)(juAA ,0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 0)(juf A,0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 2)(jf0uufAA 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | Auf(j ) | O 將低通濾波器將低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)，和高通濾波器串聯(lián)，并使低通濾波器的并使低通濾波器的截止頻率大于高通截止頻率大于高通濾波器的截止頻率，濾波器的截止頻率，則構(gòu)成有源帶通濾則構(gòu)成有源帶通濾波器。波器。 將低通濾波將低通濾波器和高通濾波器和高通濾波器并聯(lián)，并使器并聯(lián)，并使高通濾波器的高通濾波器的截止頻率大于截止頻率大于低通濾波器的

8、低通濾波器的截止頻率，則截止頻率，則構(gòu)成有源帶阻構(gòu)成有源帶阻濾波器。濾波器。 控制信號(hào)控制信號(hào) 采樣保持電路采樣保持電路，多用于模，多用于模 - 數(shù)轉(zhuǎn)換電路（數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A/D）之前。由于之前。由于A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以在進(jìn)行轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換前必須對(duì)模擬量進(jìn)行瞬間采樣，并把采樣轉(zhuǎn)換前必須對(duì)模擬量進(jìn)行瞬間采樣，并把采樣值保存一段時(shí)間，以滿足值保存一段時(shí)間，以滿足A/D 轉(zhuǎn)換電路的需要。轉(zhuǎn)換電路的需要。模擬開關(guān)模擬開關(guān)模擬輸模擬輸入信號(hào)入信號(hào)采樣存儲(chǔ)采樣存儲(chǔ)電容電容電壓跟隨器電壓跟隨器 SuC+ui+uo+ uG uG為高電平，為高電平， S 閉合，閉合，ui對(duì)

9、存儲(chǔ)電容對(duì)存儲(chǔ)電容C充電，充電， uo= uC = ui 。 uG為為 0， S 斷開，輸出斷開，輸出 保持該階段開始瞬間的值不變。保持該階段開始瞬間的值不變。uitouGto采樣速度愈高，愈接近模擬信號(hào)的變化情況。采樣速度愈高，愈接近模擬信號(hào)的變化情況。 SuC+ui+uo+ uG 電壓比較器用來電壓比較器用來比較輸入信號(hào)與參考電壓比較輸入信號(hào)與參考電壓的大小的大小。當(dāng)兩者幅度相等時(shí)輸出電壓產(chǎn)生躍變，。當(dāng)兩者幅度相等時(shí)輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來判斷輸入信號(hào)的大小和極性。平。由此來判斷輸入信號(hào)的大小和極性。 。U

10、RuouiR2+ R1參考電壓參考電壓電壓傳輸特性電壓傳輸特性:uiuoOUR可見，在可見，在 ui =UR 處輸出電壓處輸出電壓 uo 發(fā)生躍變。發(fā)生躍變。uiuoOURuitOURt1t2Ouot +Uo (sat) Uo (sat)URuouiR2+ R1 當(dāng)當(dāng)UR=0時(shí)，即輸入電壓和零電平比較，時(shí)，即輸入電壓和零電平比較，稱為稱為過零比較器過零比較器。 uouiR2+ R1tuituo+Uo(sat)Uo(sat)ui UR，uo=+ Uo (sat)ui UR，uo= Uo (sat)uiuoURR2+ R1 uiuoOUROt +Uo(sat) Uo(sat)uouitOURt1t

11、2uoRVSuouiR2+ R1+UZ UZ電壓傳輸特性電壓傳輸特性u(píng)iuoO 例例3-7 電路如圖所示，輸入電壓電路如圖所示，輸入電壓ui是一正弦電是一正弦電壓，其周期為壓，其周期為T，輸出端外接，輸出端外接RC電路的時(shí)間常數(shù)電路的時(shí)間常數(shù)RC ，試畫出，試畫出uo、uA、uL的波形。的波形。 2TuoRVDuLuiRL+ +CAtuituo+Uo(sat)Uo(sat)uoRVDuLuiRL+ +CAtuituo+Uo(sat)Uo(sat)tuAtuL由于由于RC0 由于運(yùn)算放大器的內(nèi)部參數(shù)不可能完全對(duì)稱，當(dāng)輸由于運(yùn)算放大器的內(nèi)部參數(shù)不可能完全對(duì)稱，當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)不為零，應(yīng)用時(shí)要先調(diào)零入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)不為零，應(yīng)用時(shí)要先調(diào)零 調(diào)零的兩種方法：調(diào)零的兩種方法： 一是在無輸入時(shí)調(diào)零一是在無輸入時(shí)調(diào)零，即將兩個(gè)輸入端接，即將兩個(gè)輸入端接“地地”，調(diào)節(jié)電位器，使輸出電壓為零，調(diào)節(jié)電位器，使輸出電壓為零 。VD1VD2uoui+ RFR2R1 當(dāng)輸入端所加的差模電壓超過允許的最大值當(dāng)輸入端所加的差模電壓超過允許的最大值UIDM或共模電壓超過允許的最大值或共模電壓超過允許的最大值UICM時(shí)，時(shí)，可能會(huì)損壞輸可能會(huì)損壞輸入級(jí)的晶體管。保護(hù)電路將輸入電壓