集成運(yùn)算放大器

第11章集成運(yùn)算放大器11.1

差動(dòng)放大電路11.2

集成運(yùn)算放大器概述11.3

運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路1、了解差動(dòng)放大電路的工作原理和性能特點(diǎn)。2、了解集成運(yùn)放的基本組成及主要參數(shù)的意義。3、理解運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性，理解理想運(yùn)算放大器并掌握其基本分析方法。4、理解用集成運(yùn)放組成的比例、加減、微分和積分運(yùn)算電路的工作原理。本章要求第11章集成運(yùn)算放大器第一節(jié)、差動(dòng)放大電路1、差動(dòng)放大電路的工作情況電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在理想的情況下，兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。差動(dòng)放大電路

兩個(gè)輸入、兩個(gè)輸出兩管靜態(tài)工作點(diǎn)相同（1）.零點(diǎn)漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時(shí)，ui1

=

ui2

=0當(dāng)溫度升高時(shí)ICVC（兩管變化量相等）對(duì)稱差動(dòng)放大電路對(duì)兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。（2）.有信號(hào)輸入時(shí)的工作情況兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力。(A)共模信號(hào)

ui1=ui2

大小相等、極性相同差動(dòng)電路抑制共模信號(hào)能力的大小，反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制水平。共模信號(hào)需要抑制兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(B)

差模信號(hào)

ui1=–ui2

大小相等、極性相反uo=(VC1+VC1

)－(VC2-

VC１)=2VC1即對(duì)差模信號(hào)有放大能力。差模信號(hào)是有用信號(hào)(C)差動(dòng)輸入信號(hào)

ui1、ui2大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號(hào)差模信號(hào)放大器只放大兩個(gè)輸入信號(hào)的差值信號(hào)—差動(dòng)放大電路。全面衡量差動(dòng)放大電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMR越大，說(shuō)明差放分辨差模信號(hào)的能力越強(qiáng)，而抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。（3）.共模抑制比共模抑制比

若電路完全對(duì)稱，理想情況下共模放大倍數(shù)Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路不完全對(duì)稱，則Ac0，實(shí)際輸出電壓

uo

=Acuic

+

Ad

uid

即共模信號(hào)對(duì)輸出有影響。2、典型差動(dòng)放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–RE的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，限制每個(gè)管子的漂移。EE：用于補(bǔ)償RE上的壓降，以獲得合適的工作點(diǎn)。3、輸入和輸出信號(hào)的連接方式連接方式有四種：雙端輸入--雙端輸出、雙端輸入—單端輸出、單端輸入--雙端輸出、單端輸入—單端輸出。第二節(jié)、集成運(yùn)算放大器概述1、集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)及符號(hào)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。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。特點(diǎn)：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸Auo

高:80dB~140dBrid高:105~1011ro

低:幾十

~幾百KCMR高:70dB~130dB集成運(yùn)放的符號(hào)：uo++Auou+u–。。

。+UCC–UEE–+UCC–UEEuou–u+2、集成運(yùn)放電路的簡(jiǎn)單說(shuō)明輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)同相輸入端輸出端反相輸入端輸入級(jí)：輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)，都采用帶恒流源的差放

。

中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。輸出級(jí)：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成。3、主要參數(shù)1.最大輸出電壓UOPP

能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。2.開環(huán)差模電壓增益Auo

運(yùn)放沒(méi)有接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。

Auo愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。6.共模輸入電壓范圍UICM

運(yùn)放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運(yùn)放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。愈小愈好3.輸入失調(diào)電壓UIO4.輸入失調(diào)電流IIO5.輸入偏置電流IIB4、理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)1.理想運(yùn)算放大器Auo

，rid，ro0，KCMR2.電壓傳輸特性u(píng)o=f(ui)線性區(qū)：uo

=

Auo(u+–u–)非線性區(qū)：u+>u–

時(shí)，uo

=+Uo(sat)

u+<u–

時(shí)，uo

=–Uo(sat)

+Uo(sat)

u+–u–

uo–Uo(sat)線性區(qū)理想特性實(shí)際特性u(píng)o++u+u–+UCC–UEE–飽和區(qū)O3.理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)因?yàn)閡o

=

Auo(u+–

u–

)所以(1)差模輸入電壓約等于0

即u+=u–

,稱“虛短”

(2)輸入電流約等于0

即i+=i–0,稱“虛斷”

電壓傳輸特性

Auo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須加負(fù)反饋才能使其工作于線性區(qū)。++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo線性區(qū)–Uo(sat)+Uo(sat)O第三節(jié)、運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路集成運(yùn)算放大器與外部電阻、電容、半導(dǎo)體器件等構(gòu)成閉環(huán)電路后，能對(duì)各種模擬信號(hào)進(jìn)行比例、加法、減法、微分、積分、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)、乘法和除法等運(yùn)算。運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，通常要引入深度負(fù)反饋。所以，它的輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系基本決定于反饋電路和輸入電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)關(guān)系不大。改變輸入電路和反饋電路的結(jié)構(gòu)形式，就可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)算。1.

反相比例運(yùn)算（1）電路組成

以后如不加說(shuō)明，輸入、輸出的另一端均為地()。（2）電壓放大倍數(shù)因虛短,

所以u(píng)–=u+=0，稱反相輸入端“虛地”—反相輸入的重要特點(diǎn)因虛斷，i+=i–=0

，

ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++–所以i1if

因要求靜態(tài)時(shí)u+、u–

對(duì)地電阻相同，所以平衡電阻R2=R1//RFuoRFuiR2R1++––++–－－反饋電路直接從輸出端引出—電壓反饋輸入信號(hào)和反饋信號(hào)加在同一輸入端—并聯(lián)反饋反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減小—負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸入電阻低，共模電壓

0⑤電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入、輸出電阻低，

ri

=R1。共模輸入電壓低。結(jié)論：①Auf為負(fù)值，即uo與ui

極性相反。因?yàn)閡i

加在反相輸入端。②Auf

只與外部電阻R1、RF

有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無(wú)關(guān)。③|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。④因u–=u+=0，所以反相輸入端“虛地”。例：電路如下圖所示，已知R1=10k

，RF=50k。求：1.Auf

、R2；

2.若R1不變，要求Auf為–10，則RF

、R2應(yīng)為多少？解：1.Auf=–RF

R1

=–5010=–5R2=

R1

RF

=1050(10+50)=8.3k2.因

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

故得RF=–Auf

R1=–(–10)10=100k

R2=10100(10+100)=9.1kuoRFuiR2R1++––++–2.同相比例運(yùn)算因虛斷，所以u(píng)+=ui

（1）電路組成（2）電壓放大倍數(shù)uoRFuiR2R1++––++–因虛短，所以

u–=ui

，反相輸入端不“虛地”

因要求靜態(tài)時(shí)u+、u對(duì)地電阻相同，所以平衡電阻R2=R1//RFu+u–輸入電阻高共模電壓=ui電壓串聯(lián)負(fù)反饋輸入信號(hào)和反饋信號(hào)分別加兩個(gè)輸入端—串聯(lián)反饋反饋電路直接從輸出端引出—電壓反饋反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減小—負(fù)反饋uoRFuiR2R1++––++–⑤電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻高、輸出電阻低，共模輸入電壓可能較高。結(jié)論：①Auf為正值，即

uo與ui

極性相同。因?yàn)閡i

加在同相輸入端。②Auf只與外部電阻R1、RF有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無(wú)關(guān)。③Auf≥1，不能小于1。④u–=u+

≠0，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。當(dāng)R1=且RF

=0時(shí)，uo=ui

，

Auf=1，

稱電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++–由運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器輸入電阻高、輸出電阻低，其跟隨性能比射極輸出器更好。uoui++––++–左圖是一電壓跟隨器，電源經(jīng)兩個(gè)電阻分壓后加在電壓跟隨器的輸入端，當(dāng)負(fù)載RL變化時(shí)，其兩端電壓uo不會(huì)隨之變化。uo+–++–15kRL15k+15V

7.5k例：3.反相加法運(yùn)算電路因虛短,u–=u+=0

平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–因虛斷，i–=0

所以

ii1+ii2=if

4.同相加法運(yùn)算電路方法1:根據(jù)疊加原理

ui1單獨(dú)作用(ui2＝0)時(shí)，同理，ui2單獨(dú)作用時(shí)ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–方法2：平衡電阻：

Ri1//Ri2

=R1

//RFu+思考u+=?也可寫出u–和u+的表達(dá)式，利用u–=u+的性質(zhì)求解。ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–1.輸入電阻低；2.共模電壓低；3.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路無(wú)影響；同相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：1.輸入電阻高；2.共模電壓高；3.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路有影響；反相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–5、減法運(yùn)算電路由虛斷可得：由虛短可得：分析方法1：ui2uoRFui1R3R2++–R1+–++––如果取R1

=R2

，R3

=RF

如R1