模電第二、六章

1、6 6 模擬集成電路模擬集成電路6.1 模擬集成電路中的直流偏置技術模擬集成電路中的直流偏置技術6.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性6.4 集成電路運算放大器集成電路運算放大器6.5 實際集成運算放大器的主要參數和對應用電路實際集成運算放大器的主要參數和對應用電路 的影響的影響6.2 差分式放大電路差分式放大電路6.6 變跨導式模擬乘法器變跨導式模擬乘法器6.7 放大器中的噪聲和干擾放大器中的噪聲和干擾 集成電路集成電路集成電路：集成電路：把整個電路中的元器件制作在一塊硅基片上，把整個電路中的元器件制作在一塊硅基片上，完成特定功能的電子電路。完成特定功能的電子電路。按功能分

2、為數字集成電路和模擬集成電路。按功能分為數字集成電路和模擬集成電路。在模擬集成電路中在模擬集成電路中集成運放集成運放是應用極為廣泛的一種。是應用極為廣泛的一種。集成運放的基本單元電路集成運放的基本單元電路：電流源和差分式放大電路。：電流源和差分式放大電路。6.1 模擬集成電路中的模擬集成電路中的直流偏置技術直流偏置技術6.1.1 BJT電流源電路電流源電路6.1.2 FET電流源電流源1. 鏡像電流源鏡像電流源2. 微電流源微電流源*3. 高輸出阻抗電流源高輸出阻抗電流源*4. 組合電流源組合電流源1. MOSFET鏡像電流源鏡像電流源2. MOSFET多路電流源多路電流源3. JFET電流源

3、電流源 電流源是一個使輸出電流恒定的電源電路，與電流源是一個使輸出電流恒定的電源電路，與電壓源相對應。電壓源相對應。 (1) (1) 電流源電路在模擬集成放大器中用電流源電路在模擬集成放大器中用以穩(wěn)定靜態(tài)以穩(wěn)定靜態(tài)工作點工作點，這對直接耦合放大器是十分重要的。，這對直接耦合放大器是十分重要的。 電流源 (2) (2) 用電流源做用電流源做有源負載有源負載，可獲得增益高、動態(tài)范圍，可獲得增益高、動態(tài)范圍大的特性。大的特性。 (3) (3)用電流源給電容充電，以用電流源給電容充電，以獲得線性電壓輸出獲得線性電壓輸出。 (4) (4)電流源還可單獨制成穩(wěn)流電源使用。電流源還可單獨制成穩(wěn)流電源使用。

4、鏡像電流源電路的特點是工鏡像電流源電路的特點是工作三極管的集電極電流是電流源作三極管的集電極電流是電流源電路電流的鏡像電路電流的鏡像( (相等相等) )。6.1.1 BJT電流源電路電流源電路1. 鏡像電流源鏡像電流源BE1BE2=VVE1E2= II則則C1C2=,IIT T1 1、T T2 2的參數完全相同的參數完全相同（對管）（對管） 即即1 12 2，I ICEO1CEO1I ICEO2CEO2 )(CBCBCEFR 21II2II2II221 當當 時時，IC2和和IREF是鏡像關系。是鏡像關系。 26.1.1 BJT電流源電路電流源電路1. 鏡像電流源鏡像電流源當當BJT的的較大時

5、，基極電流較大時，基極電流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF RVVRVVVEECCEEBECC)( 代表符號代表符號 無論無論C2支路的負載值如何，支路的負載值如何， IC2的電的電流值將保持不變。流值將保持不變。ce r 動態(tài)動態(tài)( (交流交流) )電阻電阻 2B12CE2Co)(Ivir 一般一般ro在幾百千歐以上在幾百千歐以上電流源內阻越大穩(wěn)流特性越好。電流源內阻越大穩(wěn)流特性越好。電流源具有直流電阻小電流源具有直流電阻小而交流電阻大的特點。而交流電阻大的特點。4. 電流源作有源負載電流源作有源負載共射電路的電壓增益為：共射電路的電壓增益為： ioV=vvAbeLc)/(rRR 放

6、大管放大管鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源6.2 差分式放大電路差分式放大電路6.2.1 差分式放大電路的一般結構差分式放大電路的一般結構6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路6.2.3 源極耦合差分式放大電路源極耦合差分式放大電路 6.2.0 概述概述6.2.0 概述概述1. 直接耦合放大電路直接耦合放大電路可以放大直流信號可以放大直流信號2.直接耦合放大電路直接耦合放大電路的零點漂移的零點漂移零漂：零漂：主要原因：主要原因：溫漂指標：溫漂指標：溫度變化引起，也稱溫漂。溫度變化引起，也稱溫漂。輸入短路時，輸輸入短路時，輸出仍有緩慢變化出仍有緩慢變

7、化的電壓產生。的電壓產生。溫度每升高溫度每升高1時，輸出漂移電壓按電壓增益時，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。電源電壓波動電源電壓波動也是原因之一也是原因之一零點漂移是怎樣形成的零點漂移是怎樣形成的 運算放大器均是采用直接耦合方式，而直接耦運算放大器均是采用直接耦合方式，而直接耦合方式放大電路的各級合方式放大電路的各級Q點是相互影響的，由于各級點是相互影響的，由于各級的放大作用，第一級的微弱變化，會使輸出級產生的放大作用，第一級的微弱變化，會使輸出級產生很大的變化。當輸入短路時（由于一些原因使輸入很大的變化。當輸入短路時（由于一些原因使

8、輸入級的級的Q點發(fā)生微弱變化點發(fā)生微弱變化 ，如：溫度），輸出將隨時，如：溫度），輸出將隨時間緩慢變化，這樣就形成了零點漂移。間緩慢變化，這樣就形成了零點漂移。 產生零漂的主要原因是：晶體三極管的參數受產生零漂的主要原因是：晶體三極管的參數受溫度的影響。溫度的影響。例如例如 100,=V1A若第一級漂了若第一級漂了100 V，則輸出漂移則輸出漂移 1 V。 若第二級也漂了若第二級也漂了100 V，則輸出漂移則輸出漂移 10 mV。假設假設F 第一級是關鍵第一級是關鍵。 1= 100,=V3V2AA3、 減小零漂的措施減小零漂的措施F 用非線性元件進行溫度補償用非線性元件進行溫度補償F 調制解調

9、方式。如調制解調方式。如“斬波穩(wěn)零放大器斬波穩(wěn)零放大器”F 采用差分式放大電路采用差分式放大電路漂了漂了 100 V漂移漂移 10 mV+100 V漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV4、 差分式放大電路中的一般概念差分式放大電路中的一般概念差分式放大電路就其功能來說，是放大兩個輸入信號之差。差分式放大電路就其功能來說，是放大兩個輸入信號之差。 理想情況理想情況：vo= Avdvid=Avd（vi1-vi2）；Avd差模電壓增益差模電壓增益 放大電路兩個輸入端所共有的任何信號對輸出電壓無放大電路兩個輸入端所共有的任何信號對輸出電壓無影響。（如共有的干擾信號）影響。（如共

10、有的干擾信號）實際情況實際情況：vo=Avdvid+ Avcvic ；Avd差模電壓增益，差模電壓增益，Avc共模電共模電壓增益。壓增益。 其中，其中，差模信號差模信號vid=vi1 -vi2 ，共模信號，共模信號vic=1/2（vi1 +vi2）差模信號和共模信號差模信號和共模信號差模信號差模信號是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相反的信號是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相反的信號；共模信號共模信號是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相同的信號是指在兩個輸入端加上幅度相等，極性相同的信號。差分放大電路僅對差模信號具有放大能力，對共模信號不予放大。差分放大電路僅對差模信號具有放大能力，對共模信

11、號不予放大。 溫度對差分式放大電路輸入端的影響相溫度對差分式放大電路輸入端的影響相當于加入了共模信號。差分式放大電路抑制當于加入了共模信號。差分式放大電路抑制共模信號，放大差模信號，是模擬集成運算共模信號，放大差模信號，是模擬集成運算放大電路輸入級所采用的電路形式。放大電路輸入級所采用的電路形式。例如，溫漂信號屬共模信號，它對差分放大電路的例如，溫漂信號屬共模信號，它對差分放大電路的兩個輸入端影響相同。如果輸入信號極性相同，幅兩個輸入端影響相同。如果輸入信號極性相同，幅度也相同，則是純共模信號。度也相同，則是純共模信號。如果極性相同，但幅如果極性相同，但幅度不等，則可以認為既包含共模信號，又包

12、含差模度不等，則可以認為既包含共模信號，又包含差模信號，應分開加以計算。信號，應分開加以計算。 i1i2icic00-+ididttvvvvvv共模、差模信號混合的情況共模、差模信號混合的情況即：即：vi1=vic -vid/2 vi2=vic +vid/2差模信號差模信號vid=vi1 -vi2 ，共模信號，共模信號vic=1/2（vi1 +vi2）如如vi1=50V，vi2=50V， 則則vid=vi1 -vi2=100V ，vic=1/2（vi1 +vi2）=0如如vi1= 1050V，vi2= 950V， 則則vid=vi1 -vi2=100V ，vic=1000V 兩種情況下輸出電壓

13、是不同的。（除非共模增益為零）兩種情況下輸出電壓是不同的。（除非共模增益為零）動畫動畫6.2.1 差分式放大電路的一般結構差分式放大電路的一般結構1. 用三端器件組成的差分式放大電路用三端器件組成的差分式放大電路差放差放+-vi1+-vi2+-vo1vo2+-+-vid+-vo2. 有關概念有關概念i2i1id=vvv 差模信號差模信號)(21=i2i1icvvv 共模信號共模信號idd=vvodvA差模電壓增益差模電壓增益icc=vvocvA共模電壓增益共模電壓增益icciddo =vvvvvvvocodAA 總輸出電壓總輸出電壓其中其中odv差模信號產生的輸出差模信號產生的輸出ocv共模信

14、號產生的輸出共模信號產生的輸出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指標反映抑制零漂能力的指標cdCMR=vvAAK差分放大電路是由差分放大電路是由對稱對稱的兩個的兩個基本放大電路基本放大電路，通過射極電流通過射極電流源耦合構成。源耦合構成。對稱的含義是兩個三極管的特對稱的含義是兩個三極管的特性一致，電路參數對應相等性一致，電路參數對應相等。 1= 2= VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO Rc1=Rc2= Rc 6.2.2 射極耦合差分式放大電路射極耦合差分式放大電路1. 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理信號的輸出方式信

15、號的輸出方式：差分放大電路可以有兩個輸出端，一差分放大電路可以有兩個輸出端，一個是集電極個是集電極C C1 1，另一個是集電極，另一個是集電極C C2 2。從。從C C1 1 和和C C2 2輸出稱為輸出稱為雙端輸出雙端輸出，僅從集電極，僅從集電極 C C1 1或或C C2 2 對地輸出稱為對地輸出稱為單端輸出單端輸出。信號的輸入方式：信號的輸入方式：若信號同若信號同時從兩個輸入端輸入，稱為時從兩個輸入端輸入，稱為雙端輸入雙端輸入； 若信號僅從一若信號僅從一個輸入端個輸入端對地對地加入，稱為加入，稱為單單端輸入端輸入。差分放大電路的差模工作狀態(tài)分為四種差分放大電路的差模工作狀態(tài)分為四種1. 雙

16、端輸入、雙端輸出（雙雙端輸入、雙端輸出（雙雙）雙） 2. 雙端輸入、單端輸出（雙雙端輸入、單端輸出（雙單）單） 3. 單端輸入、雙端輸出（單單端輸入、雙端輸出（單雙）雙） 4. 單端輸入、單端輸出（單單端輸入、單端輸出（單單）單） 差分放大電路的工作狀差分放大電路的工作狀態(tài)分差模和共模兩種：態(tài)分差模和共模兩種：靜態(tài)靜態(tài)OCC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)V7 . 0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 0=Vo動態(tài)動態(tài)僅輸入差模信號，僅輸入差模信號， i2i1vv 和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 c2c1vv和和大小相等，大小相等， 0c2c1

17、o vvv信號被放大。信號被放大。相位相反。相位相反。僅輸入共模信號，僅輸入共模信號， c2c1o0vvv 2. 2. 抑制零點漂移原理抑制零點漂移原理 溫度變化和電源電壓波溫度變化和電源電壓波動，都將使集電極電流產生動，都將使集電極電流產生變化。且變化趨勢是相同的變化。且變化趨勢是相同的 差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用。差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用。其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。6.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性vBE1= vi1= vid/2vBE2= vi2 = - -vid/2 又又 vO1VCC

18、iC1Rc1 vO2VCCiC2Rc2可得傳輸特性曲線可得傳輸特性曲線 vO1，vO2f（vid）傳輸特性傳輸特性輸出差模信號隨輸入差模信號變化的曲線輸出差模信號隨輸入差模信號變化的曲線根據三極管根據三極管vBE 與與iE的基本關系的基本關系 得：得： TBEVvESEeIi/vO1，vO2f（vid）的傳輸特性曲線的傳輸特性曲線從傳輸特性可以看出；從傳輸特性可以看出；1、 時，電路處于靜態(tài)，即時，電路處于靜態(tài)，即Q態(tài)態(tài)0vvv2i1iid 2、vid在在0VT范圍變化時，范圍變化時，vo1、vo2與與vid呈線性關系，呈線性關系，放大電路工作在放大區(qū)，放大倍數越大，曲線越陡，線放大電路工作在

19、放大區(qū)，放大倍數越大，曲線越陡，線性區(qū)越窄，動態(tài)范圍小。性區(qū)越窄，動態(tài)范圍小。反之：放大倍數越小，曲線越緩，線性區(qū)越寬，動態(tài)反之：放大倍數越小，曲線越緩，線性區(qū)越寬，動態(tài)范圍大。范圍大。3、當、當vid4VT時，差分放大電路具有限幅特性。時，差分放大電路具有限幅特性。可見，差分放大電路對差模輸入信號有一定的要求?？梢姡罘址糯箅娐穼Σ钅］斎胄盘栍幸欢ǖ囊?。6.4 集成電路運算放大器集成電路運算放大器6.4.1 CMOS MC14573集成電路運算放大器集成電路運算放大器6.4.2 BJTLM741集成運算放大器集成運算放大器 運算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造運算放大器是由直接耦合多

20、級放大電路集成制造的高增益放大器，它是模擬集成電路最重要的品種，的高增益放大器，它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應用于各種電子電路之中。廣泛應用于各種電子電路之中。特點：特點：電壓增益高電壓增益高輸入電阻大輸入電阻大輸出電阻小輸出電阻小1 1、方框圖、方框圖 1.輸入級：抑制零漂，有放大作用。輸入級：抑制零漂，有放大作用。 常使用高性能的差分放大電路，它必須對共模信號有很強常使用高性能的差分放大電路，它必須對共模信號有很強的抑制能力。的抑制能力。2.中間放大級：提供高的電壓增益，以保證運放的運算精度中間放大級：提供高的電壓增益，以保證運放的運算精度。 中間級的電路形式多為差分電路和帶有源負載

21、的高增益放中間級的電路形式多為差分電路和帶有源負載的高增益放大器（共射單管、復合管放大器）。大器（共射單管、復合管放大器）。3.互補輸出級：提高帶負載能力。互補輸出級：提高帶負載能力。 常用單管（復合管）的射極輸出器，也用單管（復合管）常用單管（復合管）的射極輸出器，也用單管（復合管）的互補對稱功率放大器。的互補對稱功率放大器。 4.偏置電流源：偏置電流源：提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，以穩(wěn)定工作點。以穩(wěn)定工作點。 2 2、運算放大器的引線及符號、運算放大器的引線及符號 運算放大器的符號中有運算放大器的符號中有三個引線端三個引線端，兩個輸入端兩

22、個輸入端，一個輸出端一個輸出端。一個稱為一個稱為同相輸入端，同相輸入端，即該端輸入信號變即該端輸入信號變化的極性與輸出端相同，用符號化的極性與輸出端相同，用符號+或或IN+表示；另表示；另一個稱為一個稱為反相輸入端反相輸入端，即該端輸入信號變化的極性與輸即該端輸入信號變化的極性與輸出端相異，用符號出端相異，用符號“- -”或或“IN- -”表示。表示。輸出端輸出端一般畫在一般畫在輸入端的另一側，在符號邊框內標有輸入端的另一側，在符號邊框內標有+號。實際的運號。實際的運算放大器通常必須有正、負電源端，有的品種還有補償算放大器通常必須有正、負電源端，有的品種還有補償端和調零端。端和調零端。 (a)

23、 國家標準符號國家標準符號 (b)原符號原符號 為滿足實際使用中對為滿足實際使用中對集成運放性能的特殊要求集成運放性能的特殊要求，除性能指標比較適中的，除性能指標比較適中的通用型運放外，發(fā)展了適通用型運放外，發(fā)展了適應不同需要的專用型集成應不同需要的專用型集成運放。它們在某些技術指運放。它們在某些技術指標上比較突出。標上比較突出。 根據運算放大器的技根據運算放大器的技術指標可以對其進行分類術指標可以對其進行分類，主要有通用、高速、寬，主要有通用、高速、寬帶、高精度、高輸入電阻帶、高精度、高輸入電阻和低功耗等幾種。和低功耗等幾種。3 3、運算放大器的分類、運算放大器的分類通用型通用型高速型和寬帶

24、型高速型和寬帶型高精度高精度(低漂移型低漂移型)高輸入阻抗型高輸入阻抗型低功耗型低功耗型功率型功率型4 4、運算放大器外形圖、運算放大器外形圖6.5 實際集成運算放大器的主要實際集成運算放大器的主要參數和對應用電路的影響參數和對應用電路的影響6.5.1 實際集成運放的主要參數實際集成運放的主要參數6.5.2 集成運放應用中的實際問題集成運放應用中的實際問題6.5.3 集成運放的電路模型集成運放的電路模型6.5.4 基本線性運算電路基本線性運算電路6.5.5其他線性運算應用電路其他線性運算應用電路6.5.1 實際集成運放的主要參數實際集成運放的主要參數一、輸入直流誤差特性（輸入失調特性）一、輸入

25、直流誤差特性（輸入失調特性）1. 輸入失調電壓輸入失調電壓VIO (input offset voltage) 在室溫（在室溫（25）及標準電源電壓下，輸入電壓為零時，為）及標準電源電壓下，輸入電壓為零時，為了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓叫做失了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓叫做失調電壓調電壓VIO。一般約為。一般約為（110）mV。超低失調運放為（。超低失調運放為（120） V。高精度運放。高精度運放OP-117 VIO=4 V。MOSFET達達20 mV。 將輸出電壓除以電壓增益，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的電壓的負即為折算到輸入端的電壓的負

26、值。值。VIO是表征運放內部電路對是表征運放內部電路對稱性的指標稱性的指標。VIO越大說明電路越大說明電路的對稱性越差。的對稱性越差。V0VOIOAVVI 2. 輸入偏置電流輸入偏置電流IIB (input bias current) 輸入偏置電流是指集成運放輸入偏置電流是指集成運放兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值 IIB（IBNIBP）/ /2 BJT為為10 nA1 A；MOSFET運放運放IIB在在pA數量級。數量級。 用于衡量差分放大對管輸入電流的大小。從使用角度看，用于衡量差分放大對管輸入電流的大小。從使用角度看，其值越小，由信號源內阻變化引起的輸出電壓變化也越小

27、。其值越小，由信號源內阻變化引起的輸出電壓變化也越小。3. 輸入失調電流輸入失調電流IIO (input offset current) 輸入失調電流輸入失調電流IIO是指當輸入電壓為零時流入放大是指當輸入電壓為零時流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即 IIO|IBPIBN|VI0 一般約為一般約為1 nA0.1 A。 例： 集成運放的輸入偏置電流IIB=0.6A輸入失調電流IIO=0.2 A時，兩個差分輸入管的基極偏流分別是多少？ AIIIAIIIBNBPIOBNBPIB 2 . 06 . 0210.7A和0.5 A 用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。由

28、于信用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。由于信號源內阻的存在，號源內阻的存在，IIO會引起一輸入電壓，破壞放大器會引起一輸入電壓，破壞放大器的平衡，希望越小越好。的平衡，希望越小越好。4. 溫度漂移溫度漂移（1）輸入失調電壓溫漂）輸入失調電壓溫漂 VIO / T（2）輸入失調電流溫漂）輸入失調電流溫漂 IIO / T在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電壓隨在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。溫度的變化量與溫度變化量之比值。在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電流隨在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。溫度的變化量與溫度變化量之比值。二、差模特

29、性二、差模特性1. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬和帶寬BW 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益Avo開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW (fH)單位增益帶寬單位增益帶寬 BWG (fT)741型運放型運放AvO的頻率響應的頻率響應 2. 差模輸入電阻差模輸入電阻rid和輸出電阻和輸出電阻ro BJT輸入級的運放輸入級的運放rid一般在幾百千歐到數兆歐一般在幾百千歐到數兆歐MOSFET為輸入級的運放為輸入級的運放rid1012超高輸入電阻運放超高輸入電阻運放rid1013、IIB0.040pA一般運放的一般運放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3. 最大差模輸入電壓最

30、大差模輸入電壓Vidmax 運放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超運放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時過此電壓時,差分管將出現反向擊穿現象差分管將出現反向擊穿現象。三、共模特性三、共模特性1. 共模抑制比共模抑制比KCMR和共模輸入電阻和共模輸入電阻ric 一般通用型運放一般通用型運放KCMR為（為（80120）dB，高，高精度運放可達精度運放可達140dB，ric100M。 2. 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Vicmax 一般指運放在作電壓跟隨器時，使輸出電壓產一般指運放在作電壓跟隨器時，使輸出電壓產生生1%跟隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質量的運放跟隨誤差的共模輸入電壓幅

31、值，高質量的運放可達可達 13V。1. 1. 集成運放的選用集成運放的選用 根據技術要求應首選通用型運放，當通用型運根據技術要求應首選通用型運放，當通用型運放難以滿足要求時，才考慮專用型運放，這是因為放難以滿足要求時，才考慮專用型運放，這是因為通用型器件的各項參數比較均衡，做到技術性與經通用型器件的各項參數比較均衡，做到技術性與經濟性的統一。至于專用型運放，雖然某項技術參數濟性的統一。至于專用型運放，雖然某項技術參數很突出，但其他參數則難以兼顧，例如低噪聲運放很突出，但其他參數則難以兼顧，例如低噪聲運放的帶寬往往設計得較窄，而高速型與高精度常常有的帶寬往往設計得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾

32、，如此等等矛盾，如此等等。 6.5.2 集成運放應用中的實際問題集成運放應用中的實際問題2. 失調電壓失調電壓VIO、失調電流、失調電流IIO和偏置電流和偏置電流IIB帶來的誤差帶來的誤差 輸入為零時的等效電路輸入為零時的等效電路2IOIBP)2( RIIV f11ONRRRVV NPVV )|)(2(f1IOIBRRII IOV 解得誤差電壓解得誤差電壓 )|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV)(/1(2IOIO1fORIVRRV 當當 時，可以時，可以消除偏置電流消除偏置電流 引起的引起的誤差，此時誤差，此時f12| RRR IBI當電路為積分運算時

33、，當電路為積分運算時，即即 換成電容換成電容C，則，則fR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)( 1)()()(2IOIO12IOIOO時間越長，誤差越大，且易使輸出進入飽和狀態(tài)。時間越長，誤差越大，且易使輸出進入飽和狀態(tài)。IOIO IV和和引起的誤差仍存在引起的誤差仍存在3. 調零補償調零補償（a a）調零電路）調零電路 （b b）反相端加入補償電路）反相端加入補償電路2 2 運算放大器運算放大器2.1 集成電路運算放大器集成電路運算放大器2.2 理想運算放大器理想運算放大器2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路2.4 其他線性運算應用電路其他線性運算應用電路2.1 集成運放的電路

34、模型集成運放的電路模型通常：通常： 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益 Avo的的105 （很高）（很高） 輸入電阻輸入電阻 ri 106 （很大）（很大） 輸出電阻輸出電阻 ro 100 （很?。ê苄。?vOAvo(vPvN) （ V vO V ） 注意輸入輸出的相位關注意輸入輸出的相位關系系當當Avo(vPvN) V 時時 vO V 當當Avo(vPvN) V- -時時 vO V- -電壓傳輸特性電壓傳輸特性 vO f (vPvN)線性范圍內線性范圍內 vOAvo(vPvN)Avo斜率斜率2.2理想運算放大器理想運算放大器 滿足下列參數指標的運算放大器可以視為理想運算放大器。滿足下列參數指標的運算

35、放大器可以視為理想運算放大器。 1.差模電壓放大倍數差模電壓放大倍數Avd= ，實際上，實際上Avd80dB即可即可 1.1.理想運算放大器的條件理想運算放大器的條件2.差模輸入電阻差模輸入電阻Rid= ，實際上，實際上Rid比輸入端外電路的比輸入端外電路的 電阻大電阻大23個量級即可。個量級即可。 3.輸出電阻輸出電阻Ro=0，實際上，實際上Ro比輸入端外電路的電阻小比輸入端外電路的電阻小12個個量級即可。量級即可。 4.帶寬足夠寬。帶寬足夠寬。 5.共模抑制比共模抑制比足夠大。足夠大。 實際上在做一般原理性分析時，產品運算放大器都可以視實際上在做一般原理性分析時，產品運算放大器都可以視為理

36、想的。只要實際的運用條件不使運算放大器的某個技術指為理想的。只要實際的運用條件不使運算放大器的某個技術指標明顯下降即可。標明顯下降即可。 理想運算放大器具有理想運算放大器具有“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的特性，這兩個的特性，這兩個特性對分析線性運用的運放電路十分有用。為了保證線性運用特性對分析線性運用的運放電路十分有用。為了保證線性運用，運放必須在閉環(huán)，運放必須在閉環(huán)( (負反饋）下工作。負反饋）下工作。 2.2.理想運算放大器的特性理想運算放大器的特性 (1)(1)虛短虛短 由于運放的電壓放大倍數很大，一般通用型運算放大器的由于運放的電壓放大倍數很大，一般通用型運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數都

37、在開環(huán)電壓放大倍數都在80 dB80 dB以上。而運放的輸出電壓是有限的以上。而運放的輸出電壓是有限的，一般在，一般在10 10 V14 V。因此運放的差模輸入電壓不足。因此運放的差模輸入電壓不足1 mV，兩輸入端近似等電位，相當于兩輸入端近似等電位，相當于 “短路短路”。開環(huán)電壓放大倍數越開環(huán)電壓放大倍數越大，大，兩輸入端的電位越接近相等。兩輸入端的電位越接近相等。 “虛短虛短”是指在分析運算放大器處于線性狀態(tài)時，可把兩是指在分析運算放大器處于線性狀態(tài)時，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。顯然不輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路

38、。能將兩輸入端真正短路。(2)(2)虛斷虛斷 由于運放的差模輸入電阻很大，一般通用型運算由于運放的差模輸入電阻很大，一般通用型運算放大器的輸入電阻都在放大器的輸入電阻都在1 M1 M 以上。因此流入運放輸以上。因此流入運放輸入端的電流往往不足入端的電流往往不足1 1 A A，遠小于輸入端外電路的電流，遠小于輸入端外電路的電流. .。故。故通?？砂堰\放的兩輸入端視為開路，且輸入電阻越大，通?？砂堰\放的兩輸入端視為開路，且輸入電阻越大，兩輸兩輸入端越接近開路入端越接近開路。 “虛斷虛斷”是指在分析運放處于線性狀態(tài)時是指在分析運放處于線性狀態(tài)時，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開路，可以

39、把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。 動畫動畫1.1.反相放大電路反相放大電路 其比例系數即為反饋放大電其比例系數即為反饋放大電路的增益。該電路實際為一個路的增益。該電路實際為一個深度的電壓并聯負反饋電路。深度的電壓并聯負反饋電路。iNNO1fvvvvRR0PN vvfOi1RvvR f12/ RRR 為提高運算精度，為提高運算精度，一般要求一般要求 輸入電阻輸入電阻Ri 11iiiii/RRiR vvv2.3 基本線性運算電路基本線性運算電路2. 同相放大電路同相放大電路同相比例運算電路同相比例運算電路 該

40、電路為深度電壓串聯負反饋電路，且該電路為深度電壓串聯負反饋電路，且i1f0vRR1v 11RRAffNPivvvfON1N0RvvRv 所以所以 iiiivRivv0 該電路輸出始終跟隨輸入，稱電壓跟隨器（該電路輸出始終跟隨輸入，稱電壓跟隨器（同相比例運同相比例運算電路特例）算電路特例）11RRAff特例：電壓跟隨器的作用電壓跟隨器的作用無電壓跟隨器時無電壓跟隨器時 負載上得到的電壓負載上得到的電壓sssLsLo01. 011001vvvv RRR電壓跟隨器時電壓跟隨器時ip00，vpvs根據虛短和虛斷有根據虛短和虛斷有vovn vp vs當當R2 R3時，時，（1）試證明）試證明VS( R3

41、R1/R2 ) IM 解解:（1）根據虛斷有）根據虛斷有 II =0所以所以 I2 = IS = VS / R1 例例2.3.3直流毫伏表電路直流毫伏表電路（2）R1R2150k ，R31k ，輸入信號電壓輸入信號電壓VS100mV時，通過時，通過毫伏表的最大電流毫伏表的最大電流IM(max)？ 又又根據虛短有根據虛短有 VP = VN =0R2和和R3相當于并聯，所以相當于并聯，所以 I2R2 = R3 (I2 - - IM )所以所以1S332M)(RVRRRI 當當R2 R3時，時，VS( R3R1/R2 ) IM （2）代入數據計算即可）代入數據計算即可1、 加法電路加法電路一、反相輸

42、入加法電路一、反相輸入加法電路 在在 反相比例運算電路的反相比例運算電路的基礎上，增加一個輸入支路，就構成了反相輸入加基礎上，增加一個輸入支路，就構成了反相輸入加法電路，見圖法電路，見圖2.4.4。此時兩個輸入信號電壓產生的。此時兩個輸入信號電壓產生的電流都流向電流都流向Rf 。所以輸出是兩輸入信號的比例和。所以輸出是兩輸入信號的比例和。)()()(i22fi11ff2i21i1f2ii1ovRRvRRRRvRvRiiv相之和。時，輸出等于兩輸入反當f21RRR)()(21i2i1i2fi1fovvvRRvRRv2.4其他線性運算應用電路其他線性運算應用電路二、二、 同相輸入加法電路同相輸入加

43、法電路 在同相比例運算電路的基礎上，增加一個在同相比例運算電路的基礎上，增加一個輸入支路，就構成了同相輸入加法電路。輸入支路，就構成了同相輸入加法電路。 因運放具有虛因運放具有虛斷的特性，對運斷的特性，對運放同相輸入端的放同相輸入端的電位可用疊加原電位可用疊加原理求得理求得: 在反相輸入加法電路在反相輸入加法電路 后，增加一個反相電后，增加一個反相電路可構成同相輸入加法電路。路可構成同相輸入加法電路。)1)()1 (/)(221102122112211RRRvRvRRRvvRRRRRvRvRvRvRvvRvvfiiPfpPiiPpppipi其中：2、減法電路、減法電路一、利用反相信號相加以實現

44、減法運算一、利用反相信號相加以實現減法運算 將一路輸入信號反相后，與另一路輸入信將一路輸入信號反相后，與另一路輸入信號相加，即可實現減法號相加，即可實現減法運算。第一級為反相運算。第一級為反相比例放大器。若比例放大器。若 R1=Rf1 則則 第二級為反相輸入第二級為反相輸入加法器加法器101svv 1s2s22f2S1O22fovvRRvvRRv 若若 22RRf21SSOvvv則則二、利用差分式電路實現減法運算二、利用差分式電路實現減法運算 一個信號加在反相輸入端，另一信號加在同相一個信號加在反相輸入端，另一信號加在同相輸入端，其輸出信號將正比于兩輸入信號之差，可輸入端，其輸出信號將正比于兩

45、輸入信號之差，可實現減法運算。實現減法運算。 虛短虛短 Npvv fON1N1sRvvRvv 對對N:N:3P2P2SRvRvv 對對P:P:則則112322110sfsfvRRvRRRRRRv若選取若選取231fRRRR 則則:)(121SSfOvvRRv即輸出電壓與兩輸入電壓之差成比例。即輸出電壓與兩輸入電壓之差成比例。112322110sfsfvRRvRRRRRRv)21(123421ORRRRA vvvv3、儀用電路、儀用電路式中，負號表示式中，負號表示vO與與vI在相位上是相反的。在相位上是相反的。根據根據“虛短虛短”得得根據根據“虛斷虛斷”得得0N v0I i因此因此RiiI12v 電容器被充電，其充電電流為電容器被充電，其充電電流為2i設電容器設電容器C C的初始電壓為零，則的初始電壓為零，則 tRCtiCd1d1I2ONvvv tRCd1IOvv（積分運算）（積分運算）4、積分電路、積分電路當當vI I為階躍電壓時，有為階躍電壓時，有