模擬電子技術(shù)第4章 徐安靜主編清華大學(xué)出版社

1、(5-1)第第5章章 集成運(yùn)算放大器及其集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用應(yīng)用(5-2) 第第5章章 集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用5.1 集成運(yùn)算放大器介紹集成運(yùn)算放大器介紹5.2 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移5.3 典型差動(dòng)放大電路典型差動(dòng)放大電路5.4 集成運(yùn)放中的電流源電路（略）集成運(yùn)放中的電流源電路（略）5.5 集成運(yùn)算放大器介紹集成運(yùn)算放大器介紹5.6 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器5.7 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路5.8 有源濾波器有源濾波器5.9 電壓比較器電壓比較器(5-3)集成電路集成電路: 將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同

2、一個(gè)半導(dǎo)體基片上。體基片上。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：集成電路的優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。功耗小。集成電路的分類(lèi)：集成電路的分類(lèi)：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；模擬集成電路、數(shù)字集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路； 5.1集成運(yùn)算放大器介紹集成運(yùn)算放大器介紹(5-4)集成運(yùn)放是一種高增益的直接耦合多級(jí)放大電路集成運(yùn)放是一種高增益的直接耦合多級(jí)放大電路。5.1.1集成電路的特點(diǎn)集成電路的特點(diǎn)3. 相鄰元器件的特性一致性好相鄰元器件的特性一致性好2. 不宜制作大電阻，用有源元件代替大電阻不宜制作大電阻，用有源元件代替

3、大電阻4. 采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)改進(jìn)單管電路的性能采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)改進(jìn)單管電路的性能1. 只能制作小容量的電容，極間耦合采用直接耦合只能制作小容量的電容，極間耦合采用直接耦合(5-5) 集成運(yùn)算放大器是具有高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)并帶有集成運(yùn)算放大器是具有高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)并帶有深度負(fù)反饋的多級(jí)直接耦合放大電路。深度負(fù)反饋的多級(jí)直接耦合放大電路。5.1.2 集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu) 它是由輸入級(jí)、中間級(jí)（中間放大級(jí)和中間隔它是由輸入級(jí)、中間級(jí)（中間放大級(jí)和中間隔離級(jí)）、輸出級(jí)組成。離級(jí)）、輸出級(jí)組成。輸入級(jí)輸入級(jí)差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器中間級(jí)中間級(jí)電壓放大器電壓放大器輸出級(jí)輸出級(jí)功率放大

4、器功率放大器uou+u-集成運(yùn)算放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖集成運(yùn)算放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(5-6)uiRC1R1T1增加增加R2 、Re2 : 用于設(shè)置合適的用于設(shè)置合適的Q點(diǎn)。點(diǎn)。問(wèn)題問(wèn)題 1 :前后級(jí)前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響。點(diǎn)相互影響。+UCCuoRC2T2R2Re2直接耦合電路的特殊問(wèn)題直接耦合電路的特殊問(wèn)題5.2 直接耦合放大電路的直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移(5-7)問(wèn)題問(wèn)題 2 :零點(diǎn)漂移。零點(diǎn)漂移。前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，使得當(dāng)當(dāng) ui 等于零時(shí)，等于零時(shí)， uo不等于零。不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2Re2uot

5、0有時(shí)會(huì)將有時(shí)會(huì)將信號(hào)淹沒(méi)信號(hào)淹沒(méi)(5-8)基本形式基本形式特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)。結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)。5.3 典型差動(dòng)放大電路典型差動(dòng)放大電路ui1ui2uoRC1Rb1T1RS1RC2Rb2T2RS2UCC(5-9)抑制零漂的原理抑制零漂的原理uo= UC1 - UC2 = 0uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0當(dāng)當(dāng) ui1 = ui2 =0 時(shí)：時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：ui1ui2uoRC1Rb1T1RS1RC2Rb2T2RS2UCC(5-10)(1)由于電路難以完全對(duì)稱(chēng)，所以輸出仍然存在零漂。由于電路難以完全對(duì)稱(chēng)，所以輸出仍然存在零漂。基本差放電路存在的問(wèn)

6、題：基本差放電路存在的問(wèn)題：(2)由于每一管子沒(méi)有采取消除零漂的措施，所以當(dāng)由于每一管子沒(méi)有采取消除零漂的措施，所以當(dāng)溫度變化大時(shí)，有可能使差放管進(jìn)入截止或飽和，溫度變化大時(shí)，有可能使差放管進(jìn)入截止或飽和，使放大電路失去放大能力。使放大電路失去放大能力。(3) 實(shí)際電路，常需要對(duì)地輸出，而這時(shí)的零漂和單實(shí)際電路，常需要對(duì)地輸出，而這時(shí)的零漂和單管一樣嚴(yán)重。管一樣嚴(yán)重。改進(jìn)：改進(jìn)：采用長(zhǎng)尾式差放電路采用長(zhǎng)尾式差放電路(5-11)1.電路組成電路組成為了使左右平衡，可為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器設(shè)置調(diào)零電位器: 特點(diǎn)：特點(diǎn)：加入射極電阻加入射極電阻Re；加入負(fù)電源；加入負(fù)電源 -UEE ，采，

7、采用正負(fù)雙電源供電。用正負(fù)雙電源供電。長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路5.3.1雙端輸入雙端輸入- -雙端輸出雙端輸出uoui1+UCCRC1T1Rb1RC2T2Rb2ui2ReUEE+_+_(5-12)雙電源的作用：雙電源的作用：（1）使信號(hào)變化幅度加大。）使信號(hào)變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負(fù)電源由負(fù)電源-UEE提供。提供。uoui1+UCCRC1T1Rb1RC2T2Rb2ui2ReUEE+_+_(5-13)1). 靜態(tài)分析靜態(tài)分析溫度溫度TICIE = 2ICUEUBEIBICRe的作用的作用 設(shè)設(shè)ui1 = ui2 = 0自動(dòng)穩(wěn)定自動(dòng)穩(wěn)定Re 具有強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔镁哂袕?qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔?/p>

8、 抑制溫度抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。態(tài)工作點(diǎn)。2. 工作原理工作原理uoui1+UCCRC1T1Rb1RC2T2Rb2ui2ReUEE+_+_(5-14)Q點(diǎn)的計(jì)算點(diǎn)的計(jì)算直流通路直流通路UCE1 UCC + UEE (Rc+2Re ) ICUCE1= UCE2b1B1eE1BEEE2RIRIUU eEEeBEEEE2E122RURUUII IB1IC1IC2IB2uo+UCCRC1T1Rb1RC2T2Rb2ReUEE+_IE2IE2(5-15)共模信號(hào)共模信號(hào)交流交流通路通路:(1)對(duì)共模信號(hào)的抑制作用對(duì)共模信號(hào)的抑制作用2). 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析uocRC1T1Rb1RC2T

9、2Rb22Reui1ic1 ic2ui22Re+_+_icuc1ic2ieee2iRu )(eic1be1uuu )(eic2be2uuu c1ic2i(5-16)Re 對(duì)差模信號(hào)作用對(duì)差模信號(hào)作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRe = ie1+ ie2 = 0uRe = 0Re對(duì)差模信號(hào)對(duì)差模信號(hào)不起不起作用作用(2) 對(duì)差模信號(hào)的放大作用對(duì)差模信號(hào)的放大作用+uoui1+UCCRC1T1Rb1RC2T2Rb2ReUEEib2ib1ic2ic1iReui2+_+_2,2idi2idi1uuuu o1o2o1odo1o22,uuuuuu (5-17

10、)例例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV則：則： uid = 10mV , uic = 15mV 差模分量差模分量:i2i1iduuu 共模分量共模分量:2i2i1icuuu +_12差動(dòng)差動(dòng)電路電路ui1ui2+_12差動(dòng)差動(dòng)電路電路uicuid_+2idu2idu(3) 輸入端加任意信號(hào)輸入端加任意信號(hào)2/idici1uuu)2/(idici2uuu2/odoco1uuu)2/(odoco2uuu(5-18)1). 差模電壓差模電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)AudidoduduuA 3. 主要性能指標(biāo)的計(jì)算主要性能指標(biāo)的計(jì)算Rb1uo1B1EC1RC1 ib1Uid/2rbe1i

11、b1+_T1單邊微變單邊微變等效電路等效電路uouid/2RC1T1Rb1RC2T2Rb2-uid/2+_+_uo1uo2差模信號(hào)差模信號(hào)交流通路交流通路(5-19)idoduduuA T1單邊微變單邊微變等效電路等效電路beb1c1beb1b1c1b1i1o1i2i1o2o1idodud)(22rRRrRiRiuuuuuuuuA )(2beb1b1idi1rRiuu c1b1c1c1o1RiRiu 雙端輸出雙端輸出差模差模電壓電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù):等于等于單邊差模單邊差模電壓電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)Rb1uo1B1EC1RC1 ib1Uid/2rbe1ib1+_(5-20)輸出端接有負(fù)載時(shí)的差模

12、電壓輸出端接有負(fù)載時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)AudRb1uo1B1EC1RC ib1uid/2rbe1ib1RL/2+_T1單邊微變單邊微變等效電路等效電路差模信號(hào)差模信號(hào)交流通路交流通路)2/(LcLbeb1Lud1RRRrRRA uouid/2RC1T1Rb1RC2T2Rb2-uid/2+_+_RL /2RL /2+_uo1+_uo2(5-21)2). 共模電壓共模電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)AucicocucuuA 雙端輸出共雙端輸出共模模電壓電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù):0icoc2oc1icocuc uuuuuA3). 共模抑制比共模抑制比KCMRR 差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)Aud與共模電

13、壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)Auc之比。常用分貝作單位。之比。常用分貝作單位。uCudCMRRAAKdBlog20uCudCMRRAAKCommon mode rejection ratio(5-22)4). 差模差模輸入電阻輸入電阻ridbididiur 5). 輸輸出出電阻電阻ro)(2bebidrRr ro = 2Rcuouid/2RC1T1Rb1RC2T2Rb2-uid/2+_+_uo1uo2(5-23)輸入端輸入端 接法接法雙端雙端單端單端輸出端輸出端 接法接法雙端雙端單端單端5.3.2差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路4種接法種接法uoui1+UCCRC1T1Rb1RC2T2Rb2ui2Re

14、UEE+_+_(5-24)1.雙端輸入、雙端輸出：雙端輸入、雙端輸出：beSLCuiodud)21/(rRRRAuuA 單單 uCudCMRRAAK差模差模輸入電阻輸入電阻rid)(2beb1idrRr 差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù):共共模電壓放大倍數(shù)模電壓放大倍數(shù):Auc=0共共模模抑制比抑制比:ro = 2Rc輸輸出出電阻電阻rououi1+UCCRC1T1Rb1RC2T2Rb2ui2ReUEE+_+_(5-25)2.雙端輸入、單端輸出：雙端輸入、單端輸出：bebLudiodud2121rRRAuuA 單單差模差模輸入電阻輸入電阻rid)(2bebidrRr 1)差模電壓放大倍數(shù)差模電

15、壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、輸入電阻、輸出電阻ro =Rc輸輸出出電阻電阻ro輸輸出端空載時(shí)出端空載時(shí)cLRR LCL/ RRR 輸輸出端接負(fù)載時(shí)出端接負(fù)載時(shí)uoui1+UCCRC1T1Rb1RC2T2Rb2ui2ReUEE+_+_RL(5-26)(22)1(bebebebuC1ud1CMRRrRRrRAAK 單端總輸出電壓?jiǎn)味丝傒敵鲭妷篿cuc1idud1o1uAuAu 2)共共模電壓放大倍數(shù)模電壓放大倍數(shù)3)共共模模抑制比抑制比ebebLcicoc1icoc1uc2uc1uc2)1()/(RrRRRuuuuAAA uoc1Rc1T1Rb1Rc2T2Rb22Re ui1= uicic1

16、ic22Re+_+_ ui2= uicRL(5-27)3.單端輸入、雙端輸出：?jiǎn)味溯斎?、雙端輸出：Aud = Aud1bebLCudidodud)21/(rRRRAuuA 單單差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù):共共模電壓放大倍數(shù)模電壓放大倍數(shù):Auc=04.單端輸入、單端輸出：?jiǎn)味溯斎搿味溯敵觯号c雙端輸入、單端輸出等效。與雙端輸入、單端輸出等效。uoui1 =uidRC1T1Rb1RC2T2Rb2ui2=0+_+_(5-28)2)1(WbebLudRrRRA 差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù):具有調(diào)零電位器的具有調(diào)零電位器的差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路+uouid1+UCCRC1T1Rb1RC2

17、T2Rb2ReUEEib2ib1ic2ic1iReuid2+_RW+_(5-29) 2)1(2WbebidRrRr 差模差模輸入電阻輸入電阻:+uouid1+UCCRC1T1Rb1RC2T2Rb2ReUEEib2ib1ic2ic1iReuid2+_RW+_(5-30)例例5.3.1差動(dòng)電路差動(dòng)電路,求：求：CMRRuc,)2(KA解：解：(1)oidud,)1(rrA+uoui1RC1Rb1RC2Rb2Re+15Vui2+_RW+_10k 200 1k 1k 10k 10k -15VRL100k 已知已知 1= 2=150, UBE=0.7V,200bb reE1WE1eE1WE1b1B1BE

18、EE2222RIRIRIRIRIUU 7 . 0201 . 03 .1422eWBEEEE1 RRUUI(5-31)571 . 015173. 51)50/10(1502)1()2/(WbebLcud RrRRRA k73. 571. 02615120026)1(bbbe EIrr k66.43)2 . 015173. 51(22)1(2Wbebid RrRr 差模差模輸入電阻輸入電阻:差模差模輸出電阻輸出電阻:ro =2RC =20k (5-32) uCudCMRRAAK共共模模抑制比抑制比:因?yàn)殡p端輸出電路對(duì)稱(chēng)，因?yàn)殡p端輸出電路對(duì)稱(chēng)，Auc=0(2)求共求共模模指標(biāo)指標(biāo)(5-33)例例5.

19、3.2差動(dòng)電路差動(dòng)電路,求：求：CMRRuc,)2(KA解：解：(1) 靜態(tài)值同前靜態(tài)值同前oidud,)1(rrA已知已知 1= 2=150, UBE=0.7V,200bb r+uoui1RC1Rb1RC2Rb2Re+15Vui2+_RW+_10k 200 1k 1k 10k 10k -15VRL100k 單端輸出單端輸出23.311 . 015173. 51)100/10(150212)1()/(21WbebLcud RrRRRA (5-34)+uoui1RC1Rb1RC2Rb2Re+15Vui2+_RW+_10k 200 1k 1k 10k 10k -15VRL100k 單端輸出單端輸出

20、45. 0102100/102/)22)(1()/(eLceWbebLcuc RRRRRrRRRA 4 .6945. 023.31uCudCMRR AAK共共模模抑制比抑制比:(2)求共求共模模指標(biāo)指標(biāo)(5-35)5.3.3 恒流源差動(dòng)放大電路恒流源差動(dòng)放大電路采用恒流源電路采用恒流源電路由前面討論知由前面討論知,Re越大，差動(dòng)電路的共越大，差動(dòng)電路的共模抑制比越大模抑制比越大,放大器性能越好，但放大器性能越好，但Re過(guò)大，需增加負(fù)電源的值，以保證一定過(guò)大，需增加負(fù)電源的值，以保證一定的動(dòng)態(tài)范圍，所以需要一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻大的動(dòng)態(tài)范圍，所以需要一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻大、靜態(tài)電阻小的元件代替、靜態(tài)電阻小的元件代

21、替Re。(5-36)uoui1RC1T1RS1RC2T2RS2ib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEE具有恒流源的差動(dòng)放大電路具有恒流源的差動(dòng)放大電路(5-37) rce3 1M 恒流源恒流源T3 :放大區(qū)放大區(qū)c3ce3ce3IUr uoui1RCT1RSRCT2RSib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEEuCEIB3iCUCE3IC3Q UCE3靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：主要分析主要分析T3管。管。VB3VE3 IE3 IC3(5-38)1. 恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。2. 恒流源不影響差模放大倍數(shù)。恒流源

22、不影響差模放大倍數(shù)。3. 恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模恒流源影響共模放大倍數(shù)，使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比，理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無(wú)比，理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無(wú)窮的電阻，所以共模抑制比是無(wú)窮。窮的電阻，所以共模抑制比是無(wú)窮。恒流源的作用恒流源的作用(5-39) 運(yùn)算放大器是具有高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)并帶有運(yùn)算放大器是具有高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)并帶有深度負(fù)反饋的多級(jí)直接耦合放大電路。它具有深度負(fù)反饋的多級(jí)直接耦合放大電路。它具有：1）放大倍數(shù)高；）放大倍數(shù)高；2）輸入電阻大；）輸入電阻大；3）輸出電阻）輸出電阻??；?。?）對(duì)稱(chēng)性好；）對(duì)稱(chēng)性好；5）功耗低等特點(diǎn)。）功

23、耗低等特點(diǎn)。 圖圖5.5.1為為741 型集成運(yùn)算放大器的原理電路。型集成運(yùn)算放大器的原理電路。它由偏置電路、輸入級(jí)、中間級(jí)（中間放大級(jí)它由偏置電路、輸入級(jí)、中間級(jí)（中間放大級(jí)和中間隔離級(jí)）、輸出級(jí)組成。和中間隔離級(jí)）、輸出級(jí)組成。5.5.1 通用型集成運(yùn)算放大器通用型集成運(yùn)算放大器5.5 集成運(yùn)算放大器介紹集成運(yùn)算放大器介紹(5-40)圖圖5.5.1 741 型集成運(yùn)算放大器原理電路型集成運(yùn)算放大器原理電路(5-41)1.偏置電路偏置電路 為第一級(jí)提供靜態(tài)工作點(diǎn)電流。為第一級(jí)提供靜態(tài)工作點(diǎn)電流。2.輸入級(jí)輸入級(jí) 要求：要求：輸入電阻高、能減小零點(diǎn)漂移和抑制干輸入電阻高、能減小零點(diǎn)漂移和抑制干

24、擾信號(hào)。采用帶恒流源的差動(dòng)放大電路。擾信號(hào)。采用帶恒流源的差動(dòng)放大電路。3.中間級(jí)中間級(jí) 組成：組成：由復(fù)合管的共射極放大電路構(gòu)成中間放由復(fù)合管的共射極放大電路構(gòu)成中間放大級(jí)，電壓放大倍數(shù)高。大級(jí)，電壓放大倍數(shù)高。4. 輸出級(jí)輸出級(jí) 要求：要求：輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，能輸出足夠輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，能輸出足夠大的電壓和電流。大的電壓和電流。 組成：組成：采用互補(bǔ)推挽功率放大電路構(gòu)成。采用互補(bǔ)推挽功率放大電路構(gòu)成。(5-42) ri 大大: 幾十幾十k 幾百幾百 k 運(yùn)放的特點(diǎn)：運(yùn)放的特點(diǎn)：KCMRR很大很大 ro ?。簬资。簬资?幾百幾百 A od 很很大大: 104 107運(yùn)放符號(hào)

25、：運(yùn)放符號(hào)：國(guó)際符號(hào)國(guó)際符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)5.5.2 集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)和電路模型集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)和電路模型uu+ uoPN u u+ uo NP(5-43)1.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在105 107之間。理想運(yùn)放的之間。理想運(yùn)放的Aod為為 。2.最大輸出電壓最大輸出電壓Uop-pidoodUUA 能輸出的最大不失真電壓的峰能輸出的最大不失真電壓的峰-峰值。其幅值比供電峰值。其幅值比供電電源電壓的幅值小電源電壓的幅值小1 2V。5.5.3 集成運(yùn)算放大器的主要集成運(yùn)算放大器的主要性能

26、指標(biāo)性能指標(biāo)(5-44)4.共模抑制比共模抑制比KCMRR常用分貝作單位，一般常用分貝作單位，一般100dB以上。以上。3.差模輸入電阻差模輸入電阻ridrid1M , 有的可達(dá)有的可達(dá)100M 以上。以上。5.輸入失調(diào)電壓電阻輸入失調(diào)電壓電阻UioUio越小，電路的對(duì)稱(chēng)性越好。越小，電路的對(duì)稱(chēng)性越好。理想運(yùn)放的理想運(yùn)放的rid為為 。理想運(yùn)放的理想運(yùn)放的KCMRR為為 。共模抑制比共模抑制比KCMRR反映運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。反映運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。為使運(yùn)放輸入為零時(shí)輸出為使運(yùn)放輸入為零時(shí)輸出為零，在輸入端加為零，在輸入端加的補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償電壓。實(shí)際指輸入為零時(shí)輸出電壓折算到輸入端電電

27、壓。實(shí)際指輸入為零時(shí)輸出電壓折算到輸入端電壓的負(fù)值壓的負(fù)值 。od0oio/ )(iAUUU (5-45)7. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流Iio6. 輸入偏置電流輸入偏置電流IiB集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值。集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值。運(yùn)放輸入端輸入信號(hào)為零時(shí)流入同相輸入端與反相運(yùn)放輸入端輸入信號(hào)為零時(shí)流入同相輸入端與反相輸入端的靜態(tài)基極電流之差。輸入端的靜態(tài)基極電流之差。8.溫度漂移溫度漂移2/ )(B-BiB III0BBioi UIII常用輸入失調(diào)電壓溫漂常用輸入失調(diào)電壓溫漂 和輸入失調(diào)電流和輸入失調(diào)電流溫漂溫漂 來(lái)表示。來(lái)表示。TI /ioTU /io(5-46)1.

28、1.集成運(yùn)放的電路模型集成運(yùn)放的電路模型集成運(yùn)放簡(jiǎn)化低頻等效電路集成運(yùn)放簡(jiǎn)化低頻等效電路5.5.4 集成運(yùn)放的電路模型和電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電路模型和電壓傳輸特性idu+_+iduorir_ouodA(+)(-)(5-47)Aod越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在在輸出與輸入輸出與輸入之間之間加負(fù)反饋加負(fù)反饋才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。線性放大區(qū)線性放大區(qū)2.2.集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性idu(a)運(yùn)放輸入、輸出電壓運(yùn)放輸入、輸出電壓ou u u+A+omU omU satu satu mV/iduV/ouo

29、abidodouAu (b)集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性(5-48)5.6 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器 差模輸入電阻差模輸入電阻rid 共模抑制比共模抑制比KCMMR 輸出電阻輸出電阻ro 0 0開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)Aod 5.6.1 理想運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)理想運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流Iio、輸入偏置電流、輸入偏置電流IiB 、輸入失調(diào)、輸入失調(diào)電壓電壓Uio均為零。均為零。(5-49)理想運(yùn)放的理想運(yùn)放的 odA0)(ododid Auuuu虛短路虛短路5.6.2 理想運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)的特點(diǎn)理想運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)的特點(diǎn)1.1.在線性區(qū)存在

30、在線性區(qū)存在“虛短虛短” uu即：即：2.2.在線性區(qū)存在在線性區(qū)存在“虛斷虛斷”理想運(yùn)放的理想運(yùn)放的 idr所以所以所以所以0ididid ruruuii0 ii即：即：虛斷路虛斷路(5-50)由理想運(yùn)放的電壓傳輸特性知，其線性區(qū)極小，由理想運(yùn)放的電壓傳輸特性知，其線性區(qū)極小，開(kāi)環(huán)狀態(tài)（或正反饋下），運(yùn)放工作在非線性區(qū)。開(kāi)環(huán)狀態(tài)（或正反饋下），運(yùn)放工作在非線性區(qū)。5.6.3 理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)理想運(yùn)放的理想運(yùn)放的 idr0 ii即：即：(1) (1) 在非線性區(qū)在非線性區(qū) “ “虛短虛短”不再成立不再成立)(om uuU ou)(om uuU(2) (2

31、) 在非線性區(qū)在非線性區(qū) “ “虛斷虛斷”仍然成立仍然成立(5-51)5.7基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路分析運(yùn)放組成的線性電路的出發(fā)點(diǎn)分析運(yùn)放組成的線性電路的出發(fā)點(diǎn)虛短虛短虛斷虛斷放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)，放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)， 可以分開(kāi)分析可以分開(kāi)分析。0i I uu運(yùn)算電路：比例、加減、積分、微分等運(yùn)算電路：比例、加減、積分、微分等(5-52)5.7.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路作用：作用：將信號(hào)按比例放大。將信號(hào)按比例放大。類(lèi)型：類(lèi)型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方法：方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開(kāi)負(fù)

32、負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)無(wú)關(guān)，與輸入電壓和反饋環(huán)放大倍數(shù)無(wú)關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。系數(shù)有關(guān)。(5-53)0 uui1= iffo1iRuRu 1fioufRRuuA 放大倍數(shù)放大倍數(shù)虛開(kāi)路虛開(kāi)路1.1.反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：負(fù)反饋引到反相輸負(fù)反饋引到反相輸入端，信號(hào)從反相端輸入。入端，信號(hào)從反相端輸入。虛短路虛短路uo_+ RfR1R uii1ifi-i+0 ii(5-54)電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn)輸入電阻輸入電阻 ri=R1平衡電阻，使輸入端對(duì)地平衡電阻，使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等，保證靜的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時(shí)輸入級(jí)的對(duì)稱(chēng)性。態(tài)時(shí)輸入級(jí)的對(duì)

33、稱(chēng)性。R =R1 / Rf(1)電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋并聯(lián)電壓負(fù)反饋并聯(lián)電壓負(fù)反饋輸輸出電阻小。出電阻小。 ro 0(2) 電路存在電路存在“虛地虛地”，共模輸入電壓趨于零。共模輸入電壓趨于零。uo_+ RfR1R uii1ifi-i+所以對(duì)運(yùn)放的共模抑制比要求低，所以對(duì)運(yùn)放的共模抑制比要求低，得到廣泛應(yīng)用。得到廣泛應(yīng)用。(5-55)2.2.同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路u-= u+= uiof11uRRRu i1fo)1(uRRu 反饋方式：反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋。輸入電阻高。電壓串聯(lián)負(fù)反饋。輸入電阻高。1fiouf1RRuuA 虛短路虛短路虛斷路虛斷路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：負(fù)反饋引

34、到反負(fù)反饋引到反相輸入端，信號(hào)從同相端相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。輸入。虛斷路虛斷路i1= ifR uoRf_+ R1uii1ifi-i+(5-56)同相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)：同相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)：(2) 共模輸入電壓為共模輸入電壓為ui，因此對(duì)運(yùn)放的共模抑制，因此對(duì)運(yùn)放的共模抑制比要求高比要求高。(1) 該電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸出電阻小，可該電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸出電阻小，可認(rèn)為是認(rèn)為是0，因此帶負(fù)載能力強(qiáng)。由于串聯(lián)負(fù)反，因此帶負(fù)載能力強(qiáng)。由于串聯(lián)負(fù)反饋的作用，輸入電阻大。饋的作用，輸入電阻大。(5-57)iouuuu 此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電

35、阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。器相同，但是電壓跟隨性能好。電壓跟隨器電壓跟隨器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸出電壓全輸出電壓全部引到反相輸入端，信部引到反相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。號(hào)從同相端輸入。電壓電壓跟隨器是跟隨器是同相比例運(yùn)算同相比例運(yùn)算放大器的特例。放大器的特例。_+uiuo (5-58)例例5.7.2解：解：則有：則有：求輸出電壓求輸出電壓ouiii12o111)101001()1(uuuRRu 運(yùn)放運(yùn)放A1放構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路放構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路R2_+ +R1_+ +R3100k uiA1A2

36、R5R4uo100k 500k 100k R610k 10k 運(yùn)放運(yùn)放A2放構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路放構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路iio145o5511100500uuuRRu (5-59)5.7.2 加減法運(yùn)算電路加減法運(yùn)算電路作用：作用：將若干個(gè)輸入信號(hào)之和或之差按比將若干個(gè)輸入信號(hào)之和或之差按比例放大。例放大。類(lèi)型：類(lèi)型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開(kāi)環(huán)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)無(wú)關(guān)，與輸入電壓和反饋系放大倍數(shù)無(wú)關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。數(shù)有關(guān)。(5-60)1.1.加

37、法（求和）運(yùn)算電路加法（求和）運(yùn)算電路f21/RRRR 1 1）反相求和電路）反相求和電路ui1Rfui2uoR R2R1u+i2i1i-_+ if(5-61)0 uuf21iii 調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號(hào)的輸入電阻，不影調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號(hào)的輸入電阻，不影響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。fo22i11iRuRuRu )(i22fi11fouRRuRRu ui1Rfui2uoR R2R1u+i2i1i-_+ if虛短路虛短路虛斷路虛斷路(5-62)2)2)同相求和電路同相求和電路此電路如果以此電路如果以 u+ 為輸入為輸入 ，則輸

38、出為：，則輸出為： uRRu)1(3fo下面討論如何求下面討論如何求u+。R1Rfui1uoR3R2ui2R4_+ u-u+ifi2i4i1(5-63)u+ 與與 ui1 、ui2的關(guān)系如何？的關(guān)系如何？流入運(yùn)放輸入端的電流為流入運(yùn)放輸入端的電流為0（虛斷路）虛斷路）42i21i1RuRuuRuu R1Rfui1uoR3R2ui2R4_+ u-u+ifi2i4i1421p1111RRRR )(111)(2i21i1p4212i21i1RuRuRRRRRuRuu (5-64)R1Rfui1uoR3R2ui2R4_+ u-u+ifi2i4i1 uRRu)1(3fo)()1(2i21i1p3foRu

39、RuRRRu 414221421421p1111RRRRRRRRRRRRR 注意：注意：同相求和電路的各輸入信號(hào)的放大倍數(shù)互同相求和電路的各輸入信號(hào)的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨(dú)調(diào)整。相影響，不能單獨(dú)調(diào)整。(5-65)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)ui1、ui2相減電路。相減電路。利用疊加原理求利用疊加原理求uo2.2.減法（求差）運(yùn)算電路減法（求差）運(yùn)算電路R1ui1uoR2R3ui2R4_+ ui1單獨(dú)作用單獨(dú)作用i114ouRRu ui2單獨(dú)作用單獨(dú)作用i23231414o)(1()1(uRRRRRuRRu i2323141i14ooo)(1(uRRRRRuRRuuu 若若4321RRRR 則則)(i12i14

40、ouuRRu (5-66)例例5.7.3 試證明：試證明：證畢證畢由運(yùn)放的由運(yùn)放的 “虛短虛短” 、 “虛虛斷斷”得：得：1211211243)2RuuRuuRRuu 證明：證明：則有：則有：)(21(211234ouuRRRRu ,11uu 221iii 22uu 2i _+ +R1u2i1_+ +_+ +R3R2i2u1A1A2A3R2R3R4R4uo2u 1u u3u4)(21(211243uuRRuu 對(duì)對(duì)A3：)(21()(2112343434ouuRRRRuuRRu 對(duì)運(yùn)放對(duì)運(yùn)放A1、 A2(5-67)1. 它們都引入電壓負(fù)反饋，因此輸出電阻都比它們都引入電壓負(fù)反饋，因此輸出電阻都

41、比較小較小 。2. 關(guān)于輸入電阻：反相輸入的輸入電阻小，同關(guān)于輸入電阻：反相輸入的輸入電阻小，同相輸入的輸入電阻高。相輸入的輸入電阻高。3. 同相輸入的共模電壓高，反相輸入的共模電同相輸入的共模電壓高，反相輸入的共模電壓小。壓小。比例運(yùn)算電路與加減運(yùn)算電路小結(jié)比例運(yùn)算電路與加減運(yùn)算電路小結(jié)(5-68)RuiiiRc tduRCtu0io)(1)( 1.1.積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路5.7.3 積分和微分運(yùn)算電路積分和微分運(yùn)算電路iRiCui-+RCuoR couu diCtuutt)(1)(0c0co 設(shè)電容初始電壓為零，則設(shè)電容初始電壓為零，則(5-69)tui0tuo0 tUdtRCu0o1

42、U-UomMom1UTRCU URCUTomM TM積分時(shí)限積分時(shí)限應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：如果積分器從某一時(shí)刻輸入一直流電壓，如果積分器從某一時(shí)刻輸入一直流電壓，輸出將反向積分，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后輸出輸出將反向積分，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后輸出飽和。飽和。(5-70)0)0(,F01.C,k50c uR輸入方波，輸出是三角波。輸入方波，輸出是三角波。iRiCui-+RCuoR 解：解：畫(huà)輸出波形。畫(huà)輸出波形。例例5.7.4 tduRCtu0io)(1)( mst75. 025. 0 V51010501001. 01)25. 0(31025. 0036o dmsut/msui/V00.251.250.751

43、0-10tuo/V05-5mst25. 00 V51010501001. 01)25. 0()75. 0(331075. 01025. 036oo dmsumsu(5-71)u= u+= 0RuiioRc dtduCiiC dtduRCuio u i+uoRRiCiRC若輸入為方波：若輸入為方波：則輸出為正、負(fù)相間的則輸出為正、負(fù)相間的尖頂波。尖頂波。2.2.微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路(5-72)運(yùn)算電路運(yùn)算電路要求要求1. 熟記各種單運(yùn)放組成的基本運(yùn)算電路的電熟記各種單運(yùn)放組成的基本運(yùn)算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。路圖及放大倍數(shù)公式。2. 掌握以上基本運(yùn)算電路的級(jí)聯(lián)組合的計(jì)算。掌握以上基本運(yùn)算

44、電路的級(jí)聯(lián)組合的計(jì)算。3. 會(huì)用會(huì)用 “虛斷路虛斷路(ii=0)”和和“虛短路虛短路(u+=u) ”分析給定運(yùn)算電路的分析給定運(yùn)算電路的 放大倍數(shù)。放大倍數(shù)。(5-73)濾波電路：允許有用信號(hào)通過(guò)而抑制無(wú)用信號(hào)。濾波電路：允許有用信號(hào)通過(guò)而抑制無(wú)用信號(hào)。1. 按信號(hào)性質(zhì)分類(lèi)按信號(hào)性質(zhì)分類(lèi)3. 按電路功能分類(lèi)按電路功能分類(lèi): 低通濾波器；高通濾波器；低通濾波器；高通濾波器；帶通濾波器；帶阻濾波器帶通濾波器；帶阻濾波器2. 按所用元件分類(lèi)按所用元件分類(lèi)模擬濾波器和數(shù)字濾波器模擬濾波器和數(shù)字濾波器無(wú)源濾波器和有源濾波器無(wú)源濾波器和有源濾波器4. 按階數(shù)分類(lèi)按階數(shù)分類(lèi): 一階，二階一階，二階 高階高階

45、5.8 有源濾波電路有源濾波電路1.1.基本概念基本概念(5-74)低通低通高通高通帶通帶通帶阻帶阻四種典型的頻率特性四種典型的頻率特性 | |A| | Aup O 實(shí)際實(shí)際 理想理想 通帶通帶 阻帶阻帶 fH f | |A| | Aup O 實(shí)際實(shí)際 理想理想 阻帶阻帶 通帶通帶 f L f 實(shí)際實(shí)際 理想理想 | |A| | Aup O f L f 0 f H f | |A| | Aup O 理想理想 實(shí)際實(shí)際 fH f 0 f L f (5-75)傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：ioioio)()()( UUjUjUjAio)(UUjA 幅頻特性幅頻特性io)( 相頻特性相頻特性)(i jU)(o

46、jU濾波濾波電路電路傳遞函數(shù)的定義傳遞函數(shù)的定義(5-76)CjRCjUUA 11iou RCj 11011 j)1(0RC 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：RCiUoU+(5-77)011)( jjA20)(11)( jA1. 帶負(fù)載能力差。帶負(fù)載能力差。2. 無(wú)放大作用。無(wú)放大作用。3. 特性不理想，邊沿不陡。特性不理想，邊沿不陡。截止頻率處：截止頻率處：21io UUioUU01 0.707 0截止頻率截止頻率此電路的缺點(diǎn)：此電路的缺點(diǎn)：(5-78)將兩級(jí)一階無(wú)源低通濾波器串接將兩級(jí)一階無(wú)源低通濾波器串接)()()(21 jAjAjA？)()()(21 jAjAjA各級(jí)互相影響！各級(jí)互相影響！RCR

47、CR(5-79)5.8.15.8.1有源低通濾波電路有源低通濾波電路 URRU)1 (1foii1111 URCjCjRUCjU0up1fu1111)1( jARCjRRA 1.一階有源低通濾波電路一階有源低通濾波電路傳遞函數(shù)中出現(xiàn)傳遞函數(shù)中出現(xiàn) 的一次項(xiàng)，故稱(chēng)為的一次項(xiàng)，故稱(chēng)為一階濾波電路一階濾波電路。RfR1Ci U_+_R(a)o U_+ RfR1C_+_R (b)o Ui U_+ (5-80)21(0RCf 幅頻特性：幅頻特性：20upu)(1ffAA 0fup21AuA0/ ffupA01fup1RRA 0up1fu1111)1(ffjARCjRRA (5-81)2.二階有源低通濾波

48、電路二階有源低通濾波電路傳遞函數(shù)中出現(xiàn)傳遞函數(shù)中出現(xiàn) 的二次項(xiàng)，故稱(chēng)為的二次項(xiàng)，故稱(chēng)為二階濾波電路二階濾波電路。在一階有源低通濾波電路輸入端加一節(jié)無(wú)源低通在一階有源低通濾波電路輸入端加一節(jié)無(wú)源低通濾波環(huán)節(jié)則構(gòu)成二階有源低通濾波電路。濾波環(huán)節(jié)則構(gòu)成二階有源低通濾波電路。傳遞函數(shù)的分析方法同前。（略）傳遞函數(shù)的分析方法同前。（略）(5-82)一階低通和二階低通一階低通和二階低通幅頻特性曲線幅頻特性曲線的區(qū)別：的區(qū)別：Aup理想低通理想低通一階低通一階低通二階低通二階低通階數(shù)越高，階數(shù)越高，幅頻特性曲線幅頻特性曲線越接近理想濾波器。越接近理想濾波器。0 )( jA0up21A(5-83)5.8.2

49、5.8.2 高通有源濾波電路高通有源濾波電路 URRU)1 (1foii1111 URCjUCjRRU一階高通有源濾波電路一階高通有源濾波電路i1fo111)1 ( URCjRRURfR1Ci U_+_Ro U_+ ffjAjAUUA0up0upiou11 (5-84)幅頻特性：幅頻特性：u A00ff1707. 0up AupAffjAjAUUA0up0upiou11 (5-85)有源濾波電路的優(yōu)點(diǎn)：有源濾波電路的優(yōu)點(diǎn)：1. 不使用電感元件，體積小重量輕。不使用電感元件，體積小重量輕。2. 有源濾波電路中可加電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使輸入有源濾波電路中可加電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使輸入電阻高、輸出電阻低，輸入輸出之間具有良好電阻高、輸出電阻低，輸入輸出之間具有良好的隔離。只需把幾個(gè)低階濾波電路串起來(lái)就可的隔離。只需把幾個(gè)低階濾波電路串起來(lái)就可構(gòu)成高階濾波電路，無(wú)需考慮級(jí)間影響。構(gòu)成高階濾波電路，無(wú)需考慮級(jí)間影響。3. 除濾波外，還可放大信號(hào)，放大倍數(shù)容易調(diào)節(jié)。除濾波外，還可放大信號(hào)，放大倍數(shù)容易調(diào)節(jié)。(5-86)有源濾波電路的缺點(diǎn)：有源濾波電