第5章 集成運(yùn)算放大器

集成電路:它是用一定的生產(chǎn)工藝把晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、二極管、電阻、電容、以及它們之間的連線所組成的整個(gè)電路集成在一塊半導(dǎo)體基片上，封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)完整的、具有一定功能的器件，也稱為固體器件優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小，實(shí)現(xiàn)了元件、電路和系統(tǒng)的三結(jié)合第5章集成運(yùn)算放大器集成電路中元器件的特點(diǎn)1.單個(gè)的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用相同工藝生產(chǎn)出來(lái)的，性能比較一致元器件相互離得很近,溫度特性較一致3.電阻一般在幾十歐至幾十千歐、太高或太低都不易制造

4.電感難于制造,電容一般不超過(guò)200pF,大電容不易制造返回目錄5.1集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器：是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路電路方框圖中間級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)偏置電路

盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高KCMRR,

輸入阻抗ri盡可能大，常采用差分放大電路中間級(jí)應(yīng)有足夠大的電壓放大倍數(shù)，常由一級(jí)或幾級(jí)電壓放大電路構(gòu)成輸出級(jí)主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io，輸出阻抗ro小，常采用互補(bǔ)對(duì)稱電路內(nèi)部電路返回目錄偏置電路為各級(jí)電路提供偏置電流集成電路的封裝雙列直插式塑料封裝管腳數(shù)有8、10、12、14、16等種類金屬殼封裝管腳數(shù)有8、10、12等種類返回目錄每?jī)蓚€(gè)運(yùn)放共用一個(gè)偏置電阻四個(gè)運(yùn)放共用VDD、VSS端C14578外引線排列圖返回目錄F007（5G24）外引線圖反相輸入端同相輸入端輸出端接線圖頂視圖返回目錄放大原理

為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器R

P

。5.1.2典型差分放大電路

RP+UCCRCT1RBRCT2RBEEREui1ui2u0+++---RP返回零點(diǎn)漂移的抑制ui1

=ui2

=0RE:對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔?

抑制溫度漂移。對(duì)差模信號(hào)基本上不影響放大效果。溫度IC1IC2IE

UBE1UBE2IB2IB1IC1IC2返回UBE1.雙端輸入-雙端輸出差模信號(hào)ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE+_--++ui返回IEICIB-+UBET1RBRERCEE+UCCUCE+-（1）靜態(tài)分析IB1=IB2=IBIC1=IC2=IC=IB

IC1=IC2=ICUE1=UE2

=－IBRB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1UC1=UC2=UCC－ICRC

返回（2）動(dòng)態(tài)分析

RE對(duì)差模信號(hào)不起作用，負(fù)載RL中點(diǎn)的電位不變。T1RBRCT2RBRC+UCCui1ui2uo1uo2uo＋－＋－＋－＋－－

＋ui＋－RL2RL2（2）動(dòng)態(tài)分析單管差模電壓放大倍數(shù)為：iBiC①雙端輸出電壓返回u01ui1RCT1RB++--RL2②差模電壓放大倍數(shù)式中差模輸入電阻為差模輸出電阻為返回2.雙端輸入-單端輸出++UCCRCT1RBRCT2RBuiEEREui1ui2uC1uC2++++-----返回

雙端輸入信號(hào)為：RE足夠大時(shí)，兩管取得的信號(hào)認(rèn)為是一對(duì)差模信號(hào).同相輸出單端輸出的電壓放大倍數(shù)為雙端輸出的一半.反相輸出共模抑制比或返回單入單出電路單入雙出電路雙端輸出：Ad

=Ad1單端輸出：對(duì)Ad而言，雙端輸入與單端輸入效果是一樣的。雙端輸入：vi1=-vi2=0.5vi單端輸入：vi1=vi

，vi2=0雙(單)端輸入雙端輸出：Avd

=Avd1雙(單)端輸入單端輸出：（負(fù)載開(kāi)路時(shí)）（負(fù)載開(kāi)路時(shí)）結(jié)論：（2）共模信號(hào)輸入理想的差分放大電路是完全對(duì)稱的，因此共模信號(hào)輸入時(shí)，輸出電壓與輸入共模電壓之比AC=0。但由于每管的零點(diǎn)漂移仍然存在，電路不可能完全對(duì)稱，因此AC并不為0。通常差模電壓放大倍數(shù)Ad與共模信號(hào)放大倍數(shù)AC的比定義為共模抑制比，用KCMR表示。此值越大，電路抑制零點(diǎn)漂移的能力越強(qiáng)。一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩個(gè)晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器。5.1.3互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：ui=0Vic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)）

uo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。5.1.4集成運(yùn)放的原理和符號(hào)uc1+UCCR1T1R4R2T2R3ISuo-UCCT3T4T5D2D1uc2uiuc3+－運(yùn)放符號(hào)：－＋＋

u－

u+

uoA0－＋＋

u－

u+

uoA0－＋＋

u－

u+

uo返回目錄5.1.4運(yùn)放的特點(diǎn)和符號(hào)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)A0，也稱開(kāi)環(huán)增益，通常用分貝（dB）表示，即：共模抑制比KCMR一般為70－130dB.輸入電阻ri一般為105－1011歐輸出電阻r0一般為幾十至幾百歐

ri高:幾十k

幾百k運(yùn)放的特點(diǎn)：理想運(yùn)放：

ri

KCMR很大KCMR

ro?。簬资畘幾百

ro

0

Ao很大:104以上~107Ao

運(yùn)算放大器的傳輸特性+UO(sat)-UO(sat)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)返回目錄運(yùn)算放大器線性應(yīng)用時(shí)的分析依據(jù)1.差模輸入電阻,兩個(gè)輸入端的輸入電流可認(rèn)為是零，即虛斷。2.開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)，輸出電壓是一個(gè)有限值，即虛短。如果信號(hào)從反向端輸入，同相端接地

反相端近于“地”電位，即虛地。返回目錄運(yùn)算放大器在飽和區(qū)時(shí)的情況當(dāng)時(shí)，例題當(dāng)時(shí)，注意：此時(shí)輸入端的輸入電流也等于零返回目錄5.3.1負(fù)反饋的概念凡是將放大電路輸出端的信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號(hào)進(jìn)行疊加，就稱為反饋。

若引回的信號(hào)削弱了輸入信號(hào)，稱為負(fù)反饋。若引回的信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)，就稱為正反饋。5.3放大電路中的負(fù)反饋返回基本放大電路Ao反饋回電路F+–2.反饋環(huán)節(jié)放大：反饋：疊加：1.反饋框圖返回反饋電路的放大倍數(shù)：引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)減小，︱Af︱<︱A0︱，︱1＋FA0︱稱為反饋深度，它的值越大，︱Af︱越小，表明負(fù)反饋越強(qiáng)。︱1＋FA0︱>>1時(shí)，稱為深度負(fù)反饋，此時(shí)ufudRf、RE1組成反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋系數(shù)為：+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–T1T2Rf返回

反饋示例例題11.負(fù)反饋的類型

（1）電壓反饋和電流反饋

根據(jù)反饋所采樣的信號(hào)不同，可以分為電壓反饋和電流反饋。①電壓反饋。如果反饋信號(hào)取自電壓信號(hào)，叫電壓反饋。電壓負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電壓、減小輸出電阻的作用。②電流反饋。如果反饋信號(hào)取自電流信號(hào)，叫電流反饋。電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電流、增大輸出電阻的作用。返回5.3.2運(yùn)算放大器中的負(fù)反饋電壓反饋并聯(lián)反饋基本放大電路A0反饋電路F+-基本放大電路A0反饋電路F+-

(2)串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋根據(jù)反饋信號(hào)在輸入端與輸入信號(hào)比較形式的不同，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。①串聯(lián)反饋。反饋信號(hào)與輸入信號(hào)串聯(lián)，即反饋電壓信號(hào)與輸入信號(hào)電壓比較的，叫串聯(lián)反饋。②并聯(lián)反饋。反饋信號(hào)與輸入信號(hào)并聯(lián)，即反饋信號(hào)電流與輸入信號(hào)電流比較的，叫并聯(lián)反饋。

串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增大，并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小。返回基本放大電路A0反饋電路F+-+-+-基本放大電路A0反饋電路F串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋1.并聯(lián)電壓負(fù)反饋反饋電流正比于輸入信號(hào)與反饋信號(hào)在輸入端相并聯(lián),并聯(lián)反饋凈輸入電流被削弱負(fù)反饋返回目錄2.串聯(lián)電壓負(fù)反饋反饋電壓差值電壓反饋電壓取自輸出電壓反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入端串聯(lián)串聯(lián)反饋反饋電壓削弱了凈輸入電壓負(fù)反饋返回目錄3.串聯(lián)電流負(fù)反饋輸出電壓反饋電壓取自輸出電流電流反饋反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入端串聯(lián)串聯(lián)反饋返回目錄電流反饋4.并聯(lián)電流負(fù)反饋凈輸入電流被削弱負(fù)反饋反饋電流輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的輸入端相并聯(lián),

并聯(lián)反饋返回目錄運(yùn)放負(fù)反饋總結(jié)反饋電路直接從輸出端引出的,是電壓反饋從負(fù)載電阻的靠近“地”端引出，是電流反饋2.輸入信號(hào)和反饋信號(hào)分別加在兩個(gè)輸入端上的，是串聯(lián)反饋加在同一個(gè)輸入端上的是并聯(lián)反饋3.反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減小的是負(fù)反饋反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)增大的是正反饋返回目錄2.負(fù)反饋的判別(1)負(fù)反饋判別步驟③是否為負(fù)反饋？判別反饋的類型。①找出反饋網(wǎng)絡(luò)（電阻）。②判別是交流反饋還是直流反饋？返回⑵判斷負(fù)反饋的方法①瞬時(shí)極性法假設(shè)輸出端信號(hào)有一定極性的瞬時(shí)變化，依次經(jīng)過(guò)反饋、比較、放大后，再回到輸出端，若輸出信號(hào)與原輸出信號(hào)的變化極性相反，則為負(fù)反饋。反之為正反饋。如果是電壓反饋，則要從輸出電壓的微小變化開(kāi)始。如果是電流反饋，則要從輸出電流的微小變化開(kāi)始。判斷時(shí)在輸入端也要反映出反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的比較關(guān)系。返回②輸出端短路法反饋元件中無(wú)信號(hào)為電壓反饋。反饋元件中有信號(hào)為電流反饋。③輸入端短路法反饋元件中無(wú)信號(hào)為并聯(lián)反饋。反饋元件中有信號(hào)為串聯(lián)反饋。返回ubeuc1ub2uc2此電路為兩級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反饋+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–T1T2Rf

uf返回判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。例題

uouiiiBiFuFRE2Rf

RE1RC1RC2+UCCiE2電流反饋并聯(lián)反饋iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2返回判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。例題

RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiubeie對(duì)交流信號(hào)：ieueube=ui-ueibieRE1：交直流電流串聯(lián)負(fù)反饋。RE2：直流電流串聯(lián)負(fù)反饋。返回判斷圖中RE1、RE2的負(fù)反饋?zhàn)饔?。例題

1.降低放大倍數(shù)Ao:開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)Af:閉環(huán)放大倍數(shù)5.3.3負(fù)反饋對(duì)放大電路工作性能的影響其中,返回稱為深度負(fù)反饋。反饋深度引入負(fù)反饋使電路的穩(wěn)定性提高。2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性

在深度負(fù)反饋的情況下，放大倍數(shù)只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。求導(dǎo)后如果，故返回3.改善波形失真Aouiuiuouduo小大AF+–略小略小略小返回4.對(duì)放大電路輸入電阻的影響(1)串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增加(2)并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小返回 串聯(lián)負(fù)反饋放大電路中，由于uI被uF抵消一部分，致使信號(hào)源供給的輸入電流減小，意味著增高了輸入電阻。 并聯(lián)負(fù)反饋放大電路中，信號(hào)源除了供給iD外，還要增加一個(gè)分量iF，致使輸入電流iI增大，意味著減小了輸入電阻。[解]先將放大電路化為微變等效電路，再由等效電路入端計(jì)算輸入電阻rif無(wú)負(fù)反饋時(shí)可見(jiàn)串聯(lián)電流負(fù)反饋使輸入電阻增高。返回計(jì)算串聯(lián)電流負(fù)反饋放大電路的輸入電阻。例題

5.對(duì)放大電路輸出電阻的影響(1)電壓反饋使電路的輸出電阻減小

C:/WINDOWS/My%20Documents/%E7%AC%AC16%E7%AB%A0.ppt%23-1,130,16.9.2%20%20%E5%85%B8%E5%9E%8B%E5%B7%AE%E5%8A%A8%E6%94%BE%E5%A4%A7%E7%94%B5%E8%B7%AF%20電流反饋使電路的輸出電阻增加返回 電壓負(fù)反饋具有穩(wěn)定的輸出電壓u0的作用，因此具有恒壓輸出特性，這種放大電路的內(nèi)阻即輸出電阻很低。 電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定的輸出電流i0的作用，因此具有恒流輸出特性，這種放大電路的內(nèi)阻即輸出電阻很高。5.4運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用1.比例運(yùn)算(1)反相輸入返回目錄平衡電阻，保證輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等電路的輸入電阻平衡電阻返回目錄RR2R1Fuiuo電位為零，虛地電位為零

注意雖然但不能將反相輸入端和同相輸入端直接相聯(lián)或者直接接地返回目錄(2)同相輸入請(qǐng)思考：當(dāng)或此電路有什么特點(diǎn)？例題返回目錄2.加法運(yùn)算(1)反相加法器返回目錄平衡電阻加法運(yùn)算電路與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān),只要電阻阻值足夠精確,就可保證加法運(yùn)算的精度和穩(wěn)定性.返回目錄(2)同相加法器此電路若以為輸入，則輸出為：請(qǐng)想一想：外接的各電阻關(guān)系如何？反相求和電路與同相求電路相比有什么優(yōu)點(diǎn)？3.減法運(yùn)算圖中電路的輸入方式也稱做差動(dòng)輸入由同相輸入及反相輸入的結(jié)論，運(yùn)用疊加定理返回目錄請(qǐng)思考：如何選擇電阻，能得出如下結(jié)論差動(dòng)輸入方式下的電壓放大倍數(shù)注意：這種輸入方式存在較大的共模電壓，應(yīng)選用KCMRR較大的運(yùn)放，并應(yīng)注意電阻阻值的選取。例題返回目錄4.積分運(yùn)算反相輸入虛地例題返回目錄應(yīng)用舉例在電路的輸入端輸入方波，輸出是什么波形？返回目錄思考題：在圖示電路中，輸入電壓試求輸出電壓的幅值，并畫(huà)出的波形圖。返回目錄5.微分電路應(yīng)用舉例返回目錄3.電壓比較器參考電壓運(yùn)算放大器工作于開(kāi)環(huán)狀態(tài)輸入差模信號(hào)很小,也會(huì)使輸入電壓飽和.返回目錄當(dāng)UR=0時(shí),輸入電壓和零電平比較,稱為過(guò)零比較器.返回目錄在輸出端加一個(gè)雙向穩(wěn)壓管作雙向限幅用返回目錄限幅器tuiu0tUZ-UZ應(yīng)用舉例返回目錄思考題：圖示電路電路中的運(yùn)放處于線性狀態(tài)，但外圍電路有非線性元件（二極管、三極管），討論輸入與輸出的關(guān)系。ui>0時(shí)：ui<0時(shí)：返回目錄滯回比較器時(shí)當(dāng)輸出電壓當(dāng)輸出電壓時(shí)當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，信號(hào)加到反相輸入端引回正反饋返回目錄滯回比較器的傳輸特性u(píng)oui0小于回差的干擾不會(huì)引起跳轉(zhuǎn)稱為回差上門限電壓下門限電壓思考題返回目錄16.7使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題1.選用元件根據(jù)實(shí)際要求來(lái)選用運(yùn)算放大器,主要是根據(jù)使用條件及運(yùn)放的參數(shù)進(jìn)行選擇。2.消振這是為避免運(yùn)算放大器內(nèi)部晶體管的極間電容和其他寄生參數(shù)的影響,使電路產(chǎn)生自激振蕩，即外加消振的方法。3.調(diào)零由于運(yùn)放內(nèi)部參數(shù)不可能完全對(duì)稱,輸入