第6章運(yùn)算放大器

1、第第 6 章章 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器6.1 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介介6.3 運(yùn)算放大器負(fù)反饋運(yùn)算放大器負(fù)反饋6.2 模擬運(yùn)算電路模擬運(yùn)算電路6.4 信號(hào)處理電路信號(hào)處理電路6.5 正弦波振蕩器正弦波振蕩器第第 6 6 章章 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器分立電路分立電路是由各種單個(gè)元件聯(lián)接起來(lái)的電子電路。是由各種單個(gè)元件聯(lián)接起來(lái)的電子電路。：體積小、重量輕、功耗低、可靠：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價(jià)格低。性高、價(jià)格低。集成電路集成電路是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上，組成一個(gè)不可的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片

2、上，組成一個(gè)不可分的整體。分的整體。按集成度按集成度按導(dǎo)電類型按導(dǎo)電類型按功能按功能小、中、大和超大規(guī)模小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容雙、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬數(shù)字和模擬用于模擬運(yùn)算、信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量、波形轉(zhuǎn)用于模擬運(yùn)算、信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量、波形轉(zhuǎn)換、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。換、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。集成運(yùn)放是具有很高開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接集成運(yùn)放是具有很高開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。耦合放大器。本章主要討論分析運(yùn)算放大器的依據(jù)及其在信本章主要討論分析運(yùn)算放大器的依據(jù)及其在信號(hào)運(yùn)算、信號(hào)處理、波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用，并介紹號(hào)運(yùn)算、信號(hào)處理、波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用，并介紹放大電路中的負(fù)反饋。放大

3、電路中的負(fù)反饋。輸出端輸出端6.1.1 集成運(yùn)放的組成集成運(yùn)放的組成輸入級(jí)輸入級(jí) 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器輸出級(jí)輸出級(jí) 射極輸出器或互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器射極輸出器或互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器偏置電路偏置電路 由鏡像恒流源等電路組成由鏡像恒流源等電路組成偏置偏置電路電路輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)輸入端輸入端6.1 6.1 運(yùn)算放大器簡(jiǎn)單介紹運(yùn)算放大器簡(jiǎn)單介紹集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1、電路元件制作在一個(gè)芯片上，元件參數(shù)偏差、電路元件制作在一個(gè)芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。方向一致，溫度均一性好。2、電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到、電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在

4、幾十到20千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。件代替或外接。3、幾十、幾十PF以下的小電容用以下的小電容用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。大電容要外接。4、二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。、二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)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)-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS基本原基本原理框圖理框圖T3T4T5T1T2IS u u反相端反相端同相端同相端uo與與uo反相反相與與uo同相同相-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS

5、要求：要求：輸入級(jí)輸入級(jí)盡量減小零點(diǎn)漂移盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高盡量提高KCMRR , 輸入阻抗輸入阻抗 ri盡可能大。盡可能大。-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)足夠大的電壓放大倍數(shù)足夠大的電壓放大倍數(shù)-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io ，輸出阻抗，輸出阻抗 ro小。小。運(yùn)算放大器的符號(hào)運(yùn)算放大器的符號(hào)反相反相輸入端輸入端uo+uu +同相同相輸入端輸入端信號(hào)傳信號(hào)傳

6、輸方向輸方向輸出端輸出端+Auo理想理想運(yùn)放開(kāi)環(huán)運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)實(shí)際運(yùn)放開(kāi)環(huán)實(shí)際運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)6.1.2 主要參數(shù)主要參數(shù)1. 最大輸出電壓最大輸出電壓 UOPP2. 開(kāi)環(huán)電壓開(kāi)環(huán)電壓 Auo3. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 UIO4. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO5. 輸入偏置電流輸入偏置電流 IIB6. 共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍 UICM理想的理想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：1. 開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù) 2. 開(kāi)環(huán)輸入電阻開(kāi)環(huán)輸入電阻3. 開(kāi)環(huán)輸出電阻開(kāi)環(huán)輸出電阻4. 共模抑制比共模抑制比 由于實(shí)際運(yùn)算

7、放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，6.1.2 理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù) ouA idr0or CMRRK在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是而用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問(wèn)題大大簡(jiǎn)化，因此而用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問(wèn)題大大簡(jiǎn)化，因此后面對(duì)運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。后面對(duì)運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。實(shí)際運(yùn)放電壓傳輸特性實(shí)際運(yùn)放電壓傳輸特性6.1.2 理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù))(oo uuAuu 表示運(yùn)算放大器輸出電壓與輸入

8、電壓之間關(guān)系的表示運(yùn)算放大器輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的曲線稱為曲線稱為傳輸特性傳輸特性。uo uuO線性區(qū)線性區(qū)正飽和區(qū)正飽和區(qū) 負(fù)飽和區(qū)負(fù)飽和區(qū) 若若 Auo = 106 UO(sat) = 15 V則則 UIM = 0.015 mV運(yùn)放要工作在線性運(yùn)放要工作在線性區(qū)必須有負(fù)反饋。區(qū)必須有負(fù)反饋。uou+u理想運(yùn)放電壓傳輸特性理想運(yùn)放電壓傳輸特性6.1.2 理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)uo uuo線性區(qū)線性區(qū)正飽和區(qū)正飽和區(qū) 負(fù)飽和區(qū)負(fù)飽和區(qū) 因?yàn)槔硐脒\(yùn)放因?yàn)槔硐脒\(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù) ouA所以，當(dāng)所以，當(dāng) uu uu(sat)oOUu (sat)o

9、OUu 時(shí)，時(shí)， uuuo 發(fā)生躍變發(fā)生躍變uou+u)(oo uuAuu6.1.2 理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù))(oo uuAuu0)(oo uAuuu運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù) 相當(dāng)于兩輸入端之間相當(dāng)于兩輸入端之間短路短路，但又未真正短路，故，但又未真正短路，故稱稱 “虛短路虛短路” 相當(dāng)于兩輸入端之間相當(dāng)于兩輸入端之間斷路斷路，但又未真正斷路，故，但又未真正斷路，故稱稱 “虛斷路虛斷路”。2. id 0 1. u+ u，而，而 uo 是有限值，是有限值，運(yùn)放開(kāi)環(huán)輸入電阻運(yùn)放開(kāi)環(huán)輸入電阻 ouA idrid 由于運(yùn)放由于運(yùn)放故從式故從式，可知，可

10、知uou+urid6.1.2 理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù))(oo uuAuuuo+uu +運(yùn)放工作在非線性區(qū)的依據(jù)運(yùn)放工作在非線性區(qū)的依據(jù)2. id 0 1. u+ u由于運(yùn)放工作在非線性區(qū)由于運(yùn)放工作在非線性區(qū)rididuo uuO不再成立不再成立非線性區(qū)非線性區(qū) 非線性區(qū)非線性區(qū) 所以所以當(dāng)當(dāng) uu uuo(sat)oUu (sat)ooUu 時(shí)，時(shí)， uuUo 發(fā)生躍變發(fā)生躍變依然成立依然成立1. .反相輸入反相輸入fiii 0 uu1i1iiRuRuui FFRuRuuioof i1ouRRuF 1iofRRuuAFu FRRR/12 6.2.1 比例運(yùn)算比例

11、運(yùn)算由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可列出可列出由此得出由此得出閉環(huán)電壓閉環(huán)電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)平衡電阻平衡電阻iouu 1iof uuAuFRR 1若若則則ifR1R2uoRFiiui+模擬模擬2. .同相輸入同相輸入fiii iuuu 1i1iRuRui FFRuuRuuioiof i1o)1(uRRuF 1iof1RRuuAFu 由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可列出可列出由此得出由此得出閉環(huán)電壓閉環(huán)電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)0 FR1iof uuAu 1R若若則則或或ifR1R2uoRFiiui+6.2.1 6.2.1 比例運(yùn)算比例運(yùn)算人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書(shū)，廣泛閱讀，所以我們要勤懇讀書(shū)，廣泛閱讀，古人說(shuō)古人說(shuō)“書(shū)中自有黃金屋。書(shū)中自有黃金屋?！蓖ㄟ^(guò)閱讀科技書(shū)籍，我們能豐富知識(shí)，通過(guò)閱讀科技書(shū)籍，我們能豐富知識(shí)，培養(yǎng)邏輯思維能力；培養(yǎng)