第3章-集成運算放大器1102更新

主要要求：

了解零點漂移的產生原因及消除了解差動放大電路的作用、性能指標差分放大電路一、零點漂移現(xiàn)象現(xiàn)象：放大電路的輸入信號為零時，輸出端出現(xiàn)無規(guī)則輸出電壓。主要原因：溫度變化引起，也稱（零）溫漂。電源電壓波動、元件老化等也會產生輸出電壓的漂移。抑制方法：直流負反饋、溫度補償、差分放大電路二、差分放大電路ui1ui2V1V2溫度變化和電源電壓波動，都將使V1、V2集電極電流產生變化，且變化趨勢是相同的，因此當從V1、V2

集電極輸出信號時，其變化量相互抵消，理想情況下，沒有溫漂。ui1ui2V1V2差分放大電路的四種形式雙端輸入-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ui1ui2V1V2差分放大電路的性能指標差模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)共模抑制比+_uid差模輸入電壓+_uic差動放大電路的改進形式I當電路對稱性不好時，將產生零漂，故在兩管發(fā)射極之間增加一阻值很小的調零電位器Rw，以使電路對稱。增加Re的阻值，可以增加抑制零漂的效果，但同時需要提高電源電壓，并且在集成電路中，大阻值電阻制作困難，所以改用恒流源代替。了解集成運放的組成熟悉集成運放的性能指標掌握分析集成運算放大電路的基本方法掌握基本運算電路的結論集成運算放大器優(yōu)點：體積小，重量輕，功耗低，可靠性高，價格便宜。分類1：SSI，MSI，LSI，VLSI。分類2：數(shù)字集成電路，模擬集成電路。模擬集成電路：集成運算放大器，集成功率放大器，集成穩(wěn)壓電源，集成A/D、D/A轉換器等。集成器件的簡單介紹集成運算放大器的簡稱：集成運放。集成運算放大器：是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的多級直接耦合放大器。集成運放的應用幾乎遍及所有電子技術領域，如應用于信號運算、信號處理、信號測量等。各級之間采用直接耦合，不采用電容元件，大多采用外接電容器。輸入級采用差分放大電路，溫度漂移很小。采用晶體管恒流源代替電阻。集成電路中的二極管都采用晶體管構成。集成運算放大器的特點運算放大器方框圖中間級輸入級輸出級偏置電路輸入級采用差分放大電路，有同相和反相兩個輸入端，要求應盡量減小零點漂移，盡量提高KCMR，輸入電阻盡可能大。集成運放的組成中間級輸入級輸出級偏置電路中間級主要完成電壓放大，所以應有足夠大的電壓放大倍數(shù)，一般采用多級共射放大電路組成。輸出級要求輸出電阻小，帶負載能力強，能輸出足夠大的電壓和電流，一般由互補功放或射級輸出器構成。中間級輸入級輸出級偏置電路偏置電路的作用是為上述各級電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點，一般由各種恒流源電路構成。中間級輸入級輸出級偏置電路-++u－u+uoAod集成運放在電路中的圖形符號同相輸入端反相輸入端輸出端表示放大器電壓放大倍數(shù)F007（5G24）外引線圖

反相輸入端

同相輸入端輸出端接線圖俯視圖輸入失調電壓UIO；輸入失調電流IIO；輸入偏置電流IIB；開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Auo；最大差模輸入電壓Uidmax；最大共模輸入電壓Uicmax；最大輸出電流Iomax；最大輸出電壓Uomax；差模輸入電阻rid和輸出電阻ro。集成運放的主要參數(shù)

ri高：幾M實際運放：理想運放：

rid

KCMRR很大KCMRR

ro小：幾百

ro

0

Ao很大:104~107Ao

理想運放－＋＋u－u+uoA0－＋＋u－u+uoA0－＋＋u－u+uo＋－u－u+uo運算放大器符號－＋＋反相輸入端u－同相輸入端u+輸出端uo美國符號：國內符號：——分為線性區(qū)和飽和區(qū)+UO(sat)-UO(sat)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)線性區(qū)很窄,運放在線性區(qū)工作,通常引入深度電壓負反饋☆集成運放的電壓傳輸特性線性區(qū)：集成運放的線性應用概述運放線性應用的必要條件

負反饋運放線性應用的分析要點虛短虛斷運放的同相輸入端和反相輸入端的電位“無窮”接近，好象短路一樣，但卻不是真正的短路。U+=U-運放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于0，好象斷路一樣，但卻不是真正的斷路。I+=I-≈0理想運放線性區(qū)放大倍數(shù)趨于無窮大，在輸入端只要加一個非無窮小的電壓，其輸出就會超出其線性工作區(qū)，因此，只有電路引入負反饋，才能使其工作于線性區(qū)。三

集成運算在模擬信號運算方面的應用比例運算電路1.反相比例運算電路平衡電阻：保證輸入端對地的靜態(tài)電阻相等引入電壓并聯(lián)負反饋RR2R1Fuiuo電位為零電位為零，虛地注意：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RR2R1FuiuoAuf=-（RF/R1）=-20/10=-2uo=Aufui=(-2)(-1)=2VR2=R1//RF=10//20=6.7k例：R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求：uo

、R2應為多大？RR2R1Fuiuo1.反相比例運算電路此時的電路稱為反相器ib+=0ib-=0,u-=u+=0_++RFR1RPuiuoi1iFib-ib+R2R3i2i3uFi1=iF=i2+i3uiR1-uFRF==-uFRFuF-uoR2uFR3+uo=-ui

R1RF+R2+RFR2R3R1RF+R2+RFR2R3Auf=–RP=R1//(RF+R2//R3)1.反相比例運算電路1.反相比例運算電路電流并聯(lián)負反饋：該電路可以用低阻值的RF獲得較高的電壓放大倍數(shù)。_++RFR1RPuiuoi1iFib-ib+R2R3i2i3uF2.同相比例運算電路u-=u+=uii+=0i-=0_++RFR1R2uiuoiFi1Auf=1+RFR1iF=i1R2=R1//RFF1電壓串聯(lián)負反饋_++RFR1R2uiuoiFif例：R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo

，R2應為多大？uo=Aufui=(3)(-1)=-3VR2=R1//RF=10//20=6.7kAuf=1+=1+20/10=3RFR1思考：當或此電路有什么特點？2.同相比例運算電路Auf=1uo=ui即輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相同，該電路稱為電壓跟隨器。_++RFR1R2uiuo電壓跟隨器R1=∞u+=u-

=7.5V電壓跟隨器_++7.5kΩ+15Vuo15kΩ15kΩ因為u+=7.5V所以uo=u-

=7.5V加法運算電路1.反相加法器1.反相加法器實現(xiàn)了和放大實現(xiàn)了加法運算平衡電阻加法運算與運算放大器本身的參數(shù)無關,只要電阻阻值足夠精確,就可保證加法運算的精度和穩(wěn)定性.1.反相加法器減法運算電路由同相輸入及反相輸入的結論，運用疊加定理：實現(xiàn)了差放大思考：如何選擇電阻，能得出如下結論R1=R2,RF=R3還需：RF=R1實現(xiàn)了減法運算例.R1=10k,R2=20k,ui1=-1V，ui2=1V。求:uo

uo_++R2R1R1R2ui1_++ui2_++R2R1RPuo=(uo2-uo1)=(20/10)[3-(-1)]=8VR2R1uo1=ui1=-1Vuo2=ui2(1+R2/R1)=3V例.若ui1=sintV，ui2=1V，求:uo

uo1=ui1=sintVuo2=ui2(1+R2/R1)=3Vuo=(uo2-uo1)=(20/10)(3-sint

)=6-2sintVR2R1積分運算電路反相輸入虛地R1=R2反相積分器：如果ui=直流電壓U(階躍信號),輸出將反相積分，經過一定的時間后輸出飽和。tui0Utuo0-Uo(sat)TM積分時限設Uo(sat)=15V,U=+3V,R=10k,C=1F=0.05秒反相積分器：如果ui=-U=-3V，畫出uo的波形圖。tui0tuo0+Uo(sat)-U0.05秒設Uo(sat)=15V,U=+3V,R=10k，C=1F。應用舉例在電路的輸入端輸入方波，輸出是什么波形？積分運算電路思考題：在圖示電路中，輸入電壓試求輸出電壓的幅值，并畫出的波形圖。微分電路R2=RFtui0tuo0例：,求uo。ui－++uoRR2i1iFC90°例題：當ui為方波信號時，uo為尖脈沖電壓。tui0tuo0T/2T滿足：集成運放的非線性應用－－電壓比較器越限報警、模/數(shù)轉換和產生、變換波形。將一個模擬輸入量與參考電壓進行比較，并將比較的結果輸出，其輸出結果只有兩種可能：高電平和低電平。過零比較器、單限比較器、滯回比較器、雙限比較器（窗口比較器）運放處于開環(huán)狀態(tài)或有正反饋?？梢哉J為電壓比較器是數(shù)字電路和模擬電路的接口。電壓比較器的應用電壓比較器的電路特征電壓比較器的作用因此電壓比較器中運放工作在非線性區(qū)。理想運放工作在非線性區(qū)時的特點1、輸出電壓的值只有兩種可能：或等于正向飽和值；或等于負向飽和值。uOu+-u-0UOH

UOL

非線性區(qū)非線性區(qū)理想特性2、有“虛斷”無虛短：時，發(fā)生電平的轉換,此時的輸入電壓稱為“閾值電壓”或“門限電壓”，用UTH表示。如果運放沒有限幅措施，輸出電壓的正向、負向飽和值分別與運放的正、負電源電壓近似相等。3、結構特征：運放一般工作在開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。0uiuO一、過零比較器-+uiuORR'根據(jù)虛斷：UOLUOH閾值電壓：1、反相過零比較器電壓傳輸特性0uiuO一、過零比較器-+uiuORR'根據(jù)虛斷：UOLUOH閾值電壓：1、反相過零比較器電壓傳輸特性+UZ-UZ2、有限幅的反相過零比較器限流電阻R00uiuO根據(jù)虛斷：-UZ+UZ-+uiuORR'RO3、同相過零比較器電壓傳輸特性0uiuO-UZUZ反相過零比較器-+uiuORR'R0二、單限比較器根據(jù)虛斷：-+uiuORR'ROUR0uiuO-UZ+UZ閾值電壓：UR1、反相單限比較器電壓傳輸特性2、求和型單限比較器根據(jù)虛斷：——閾值電壓。-+uiuOR1R'R0URR20uiuO-UZ+UZUTH電壓傳輸特性電路狀態(tài)發(fā)生改變，3、單限比較器的特點單限電壓比較器具有電路簡單、靈敏度高等優(yōu)點，存在的主要問題是輸出電壓波形不夠陡，抗干擾能力差。0tui閾值電壓0tuO錯誤的輸出+UZ-UZ干擾輸出波形不夠陡實際運放的開環(huán)增益不是，所以狀態(tài)的躍變必須經過線性區(qū)，并需要經過一定的時間。三、遲滯比較器（施密特觸發(fā)器）Rf引入正反饋，-+uiuOR2R1R0URRfif反相遲滯比較器運放工作在非線性區(qū)。引入正反饋有兩個作用：1、正反饋加快了uO的轉換速度，

輸出電壓波形很陡。2、電路有兩個閾值電壓。+UZ-UZ+說明U＋有兩種取值，由疊加原理，-+uiuOR2R1R0URRfif反相遲滯比較器+UZ-UZ+ui很小時，輸出ui很大時，輸出電路狀態(tài)發(fā)生跳變，ui由小增大，使uO從+UZ跳變?yōu)?UZ所需的閾值電壓為UTH+：ui由大變小，使uO從-UZ

跳變?yōu)?UZ所需的閾值電壓為UTH-：上限閾值電壓、下限閾值電壓和回差電壓：（與參考電壓無關）正向閾值電壓負向閾值電壓回差電壓-+uiuOR2R1R0URRfif反相遲滯比較器電壓傳輸特性：0uiuO傳輸特性-UZ+UZUTH+UTH--+uiuOR2R1ROURRfif同相遲滯比較器-+uiuOR2R1R0URRfif反相遲滯比較器0uiuO傳輸特性（反相）-UZ+UZUTH+UTH-0uiuO傳輸特性（同相）+UZ-UZUTH+UTH-求閾值電壓、電壓傳輸特性？0uiuO-UZ+UZUTH+UTH-0tui門限電壓0tuO+UZ-UZ單限比較器0tuiUTH+0tuO+UZ-UZ遲滯比較器UTH-

遲滯比較器可用于產生矩形波、三角波和鋸齒波等各種非正弦波信號，也可用于波形變換電路。

遲滯比較器用于控制系統(tǒng)時的主要優(yōu)點是抗干擾能力強，但與單限比較器相比靈敏度下降了。+-uiuORRUR1-+RRUR2RLuO1uO2四、窗口比較器或門電路輸入信號uO1uO2uOui>UR1>UR2ui<UR2<UR1UR2<ui<UR1電壓傳輸特性：0uiuOUOHUR2UR1UOHUOLUOHUOLUOHUOHUOLUOL0+-uiuORRUR1-+RRUR2RLuO1uO2四、窗口比較器輸入信號uO1uO2uOui>UR2>UR1UOHUOLUOHui<UR1<UR2UOLUOHUOHUR1<ui<UR2UOHUOHUOH電壓傳輸特性：0uiuOUOHUR1UR2電壓比較器小結1、在電壓比較器中，集成運放一般工作在非線性區(qū)，輸出電壓只有高電平和低電平兩種可能的情況。2、通常用電壓傳輸特性來描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關系。3、電壓傳輸特性有三個要素：（1）閾值電壓：（2）輸出的高、低電平：（3）輸出電壓的躍變方向：決定于限幅電路。決定于ui作用于運放的哪個輸入端?！纠}】電路如圖示，輸入為正弦信號，畫出輸出信號波形。0tui/V0tuO-+uiuORR'ROUR10已知：UR=6V0uiuO-UZ+UZUR6V+UZ-UZ【例題】電路如圖示，輸入為正弦信號，畫出輸出信號波形。0tui/V0tuO-+uiuORR'ROUR10已知：UR=-3V-3V+UZ-UZ0uiuO-UZ+UZUR68例

調節(jié)器電路69放大電路中的反饋反饋的基本概念及判斷方法負反饋放大電路的四種基本組態(tài)負反饋放大電路的方塊圖及一般表達式重點掌握：反饋的基本概念，負反饋組態(tài)與效果。了解反饋放大器在深度負反饋下的基本分析方法，負反饋改善放大器的穩(wěn)定性、通頻帶、改變輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)性能。會判：判斷電路中有無反饋及反饋的性質會引：根據(jù)需求引入合適的反饋70反饋的基本概念及判斷方法

將電子系統(tǒng)的輸出量，通過一定的電路形式，部分或全部引回到輸入回路，以影響其輸入量的過程，稱之為反饋。一、什么是反饋？是從輸出電壓還是輸出電流引出反饋怎樣引出怎樣引回影響放大電路的輸入電壓還是輸入電流71二、反饋放大電路的方框圖三、反饋的基本類型正反饋：使凈輸入量增大的反饋負反饋：使凈輸入量減小的反饋交流反饋：反饋量只含有交流量直流反饋：反饋量只含有直流量疊加up>uN,uo=+uOMup<uN,uo=-uOMuo=Aod(uP-uN)集成運放72反饋的判斷

一、有無反饋的判斷直流通路和交流通路中是否存在反饋通路。直流反饋與交流反饋直流反饋交流反饋無反饋有反饋無反饋直流通路交流通路73疊加二、反饋極性的判別：瞬時極性法

使，則為正反饋；使，則為負反饋。負反饋正反饋負反饋+-+++由單個集成運放構成的反饋電路,反饋信號接同相輸入端時為正反饋,接反相輸入端時為負反饋-uD=uP-uNuD=uN-uPiD=iI-iF++++--+-74Re既存在于交流通路，也存在于直流通路，所以既有交流反饋，也有直流反饋；R3和

R6既存在于交流通路，也存在于直流通路，所以既有交流反饋，也有直流反饋；三極管電路：凈輸入信號找uBE或iBuBE減小，為負反饋。uBE減小，為負反饋。75例：下圖是否引入反饋？直流反饋還是交流反饋？正反饋還是負反饋？解：引入了反饋：R3局部反饋、R4級間反饋既有直流反饋又有交流反饋

R3、R4均為負反饋uD=uN-uP=uI-uF

只對多級放大電路中某一級起反饋作用的稱為局部反饋,將多級放大電路的輸出量引回到其輸入級的輸入回路的稱為級間反饋。76負反饋放大電路的四種基本組態(tài)后面所講的負反饋放大電路指的是交流負反饋放大電路.負反饋放大電路分析要點無外加反饋時開環(huán)差模放大倍數(shù)Aod=△uo/△(uP-uN)Aod通常在105左右輸入電阻很大,所以UP≈UN,IP≈0,IN≈0有外加負反饋時1.可使輸出電壓穩(wěn)定2.閉環(huán)差模放大倍數(shù)

Af=△uo/△uIuo≈uI,△uo=△uI

閉環(huán)放大倍數(shù)Af≈177總之：1、交流負反饋可穩(wěn)定輸出電壓或輸出電流，同時使電路的電壓或電流放大倍數(shù)減小；2、反饋量實質上是對輸出量的取樣，其數(shù)值與輸出量成正比；3、負反饋是將引回的反饋量與輸入量相減，從而調整電路的凈輸入量，進而調整輸出量。要想對負反饋放大電路進行定量分析，首先應研究下列問題：1、從輸出端看，反饋量是取自輸出電壓，還是取自輸出電流；2、從輸入端看，反饋量與輸入量是以電壓方式相疊加（串聯(lián)）還是以電流方式相疊加（并聯(lián)）。

綜合考慮輸入端和輸出端，可把負反饋分為四種：電壓串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋78四種反饋組態(tài)方框圖：電壓串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋79

解：據(jù)圖示瞬時極性：所以，為電壓串聯(lián)負反饋。

解：據(jù)圖示瞬時極性：所以，為電壓并聯(lián)負反饋。所以，輸出電壓與負載無關，電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓，RO≈0有集成運放組成的四種組態(tài)負反饋放大電路80

解：據(jù)圖示瞬時極性：所以，為電流串聯(lián)負反饋

解：所以，為電流并聯(lián)負反饋。所以，輸出電流與負載無關，電流負反饋穩(wěn)定輸出電流，RO≈∞81

若將輸出電壓

短路，反饋量若取自于輸出電壓，則反饋量必為0，故可以判斷為電壓反饋；反饋量若取自于輸出電流，則反饋量不為0，故可以判斷為電流反饋。反饋組態(tài)的判斷電壓反饋或電流反饋的判斷方法：串聯(lián)反饋或并聯(lián)反饋的判斷方法：81-84頁請大家自學82所以，為電壓串聯(lián)負反