通常采用差動放大電路課件

第8章集成運(yùn)算放大電路8.1集成運(yùn)算放大器簡介8.2集成運(yùn)放的基本分析方法8.3集成運(yùn)放的線性應(yīng)用8.4

集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用

8.1集成運(yùn)算放大器的簡單介紹集成電路概念集成電路的優(yōu)缺點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)及符號運(yùn)算放大器的傳輸特性集成電路概念相對于分立電子電路而言的，利用一定的生產(chǎn)工藝把整個(gè)電路的各個(gè)元器件及它們之間的連線集成在一塊半導(dǎo)體基片上，封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)完整的、具有一定功能的固體器件。集成電路概念集成電路的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)1.使用方便、體積小、重量輕、功耗小。2.減少了電路的焊點(diǎn)，提高了工作的可靠性。3.同一個(gè)硅片上的元器件相互離得很近，性能和溫度特性較一致，容易建立相同特性的對稱晶體管。4.實(shí)現(xiàn)了元件、電路和系統(tǒng)的三者統(tǒng)一。缺點(diǎn)1.電阻太高或太低都不易制造。100~30kΩ2.電感難于制造。3.大電容不易制造，電容一般不超過200pF。4.必須使用這些器件的場合，大多采用外接的方法。集成運(yùn)算放大器的組成電路方框圖中間級輸入級輸出級偏置電路通常采用互補(bǔ)對稱功率放大電路，帶負(fù)載能力強(qiáng)，給出足夠的輸出電流io

，輸出阻抗ro小。采用共發(fā)射集放大電路，放大管采用復(fù)合管，具有足夠大的電壓放大倍數(shù)。通常采用差動放大電路，能夠盡量抑制零點(diǎn)漂移,盡量提高KCMRR,

輸入阻抗ri盡可能大集成運(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。采用恒流源電路，給各級電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級靜態(tài)工作點(diǎn)。集成運(yùn)算放大器特點(diǎn)及符號集成運(yùn)放理想運(yùn)放Ao很大:80~160dBAo

KCMRR很大：90dBKCMMRR

ri高:幾十k

幾百kri

ro?。簬资畘幾百ro

0運(yùn)放符號－＋＋

u－

u+

uoA0＋

u－

u+

uo－＋＋

u－

u+

uo集成運(yùn)算放大器的封裝形式圓殼式雙列直插式貼片式F006（5G24）引腳和接線圖接線圖頂視圖

反相輸入端

同相輸入端輸出端運(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)運(yùn)算放大器的傳輸特性例

F006運(yùn)算放大器的正、負(fù)電源電壓為±15V，開環(huán)電壓放大倍數(shù)AU0=2106,輸出最大電壓（即Uo(sat))為±13V。在下圖電路中分別加如下電壓，求輸出電壓及其極性：－＋＋

u－

u+

uo運(yùn)算放大器的傳輸特性解只要兩個(gè)輸入端之間的電壓絕對值超過65μV，輸出電壓就達(dá)到正或負(fù)的飽和值。輸出電壓輸出電壓輸出電壓輸出電壓傳輸特性的特點(diǎn)線性區(qū)很窄（微伏級），即使輸入毫伏級信號，也可能使輸出飽和，如果存在干擾也使開環(huán)工作不穩(wěn)定。運(yùn)放在線性區(qū)工作，通常引入深度電壓負(fù)反饋。放大電路A反饋回路F+–凈輸入量Xd減少，放大電路的輸入進(jìn)入線性區(qū)由于深度負(fù)反饋使得：|AF|>>1集成運(yùn)放主要參數(shù)1.最大輸出電壓UOPP2.開環(huán)電壓Auo3.最大共模輸入電壓UIcmax4.最大差模輸入電壓IIdmax5.差模輸入電阻rid6.共模抑制比KCMRR8.2集成運(yùn)放的基本分析方法理想的運(yùn)算放大器集成運(yùn)放工作在線性區(qū)集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)理想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：1.開環(huán)電壓放大倍數(shù)

2.開環(huán)輸入電阻3.開環(huán)輸出電阻4.共模抑制比理想運(yùn)算放大器在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是集成運(yùn)放與理想運(yùn)放的參數(shù)對比集成運(yùn)放理想運(yùn)放Ao很大:80~160dBAo

KCMRR很大：90dBKCMMRR

ri高:

幾十k

幾百kri

ro?。簬资畘幾百ro

0運(yùn)放符號－＋＋

u－

u+

uoA0＋

u－

u+

uo－＋＋

u－

u+

uo

3.如果信號從反向端輸入，同相端接地，由虛斷，

根據(jù)虛短，，反相端近于“地”電位，即虛地。工作在線性區(qū)時(shí)的重要結(jié)論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.開環(huán)電壓放大倍數(shù)，輸出電壓是一個(gè)有限值，即虛短。工作在線性區(qū)時(shí)的重要結(jié)論注意：“虛短，虛斷，虛地”概念的“虛”的含義虛短：，“虛”的含義是輸入電流很小，幾乎為“0”，但不等于“0”，否則就沒有輸入電流了。虛假的短路虛斷：，“虛”的含義是輸入電壓很小，兩端電位幾乎相等，因此不能將反相輸入端和同相輸入端直接相聯(lián)，否則就沒有輸入電壓了。虛假的開路。虛地：，“虛”的含義是電位幾乎為“0”，但不等于“0”，因此，反相端和同相端虛假接地，否則就沒有輸入電壓了?！疤摗钡哪康木褪菫榱朔治鲇?jì)算帶來的便利，按照這些依據(jù)可以帶來很精確地“估算”。工作在非線性區(qū)時(shí)的分析依據(jù)當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，其飽和值接近正負(fù)電源電壓值，在飽和區(qū)的應(yīng)用通常在比較器和波形發(fā)生器電路，是集成放大器的開環(huán)應(yīng)用。8.3運(yùn)算放大器在信號運(yùn)算方面的應(yīng)用比例運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算

反相比例運(yùn)算電路虛斷虛斷IIIF虛短U-

U+0

電壓增益

虛短虛地注意：平衡電阻，保證輸入端對地的靜態(tài)電阻相等。平衡電阻：基爾霍夫電壓定律U-

0

I_0I_0電壓并聯(lián)負(fù)反饋如何判別集成運(yùn)放電路中反饋類型小結(jié)(1)

反饋電路直接從輸出端引出的，是電壓反饋；從負(fù)載電阻靠近“地”端引出的，是電流反饋；

(2)

輸入信號和反饋信號分別加在兩個(gè)輸入端，是串聯(lián)反饋；加在同一輸入端的是并聯(lián)反饋；(3)

反饋信號使凈輸入信號減小的，是負(fù)反饋。

(也可將輸出端短路，若反饋量為零，則為電壓反饋；若反饋量不為零，則為電流反饋。)

同相比例運(yùn)算

虛斷UI=U+

虛短U+=U-=UI電壓增益

I+=I-0

同相比例運(yùn)算電路

電壓跟隨器作用：輸入電阻大輸出電阻小隔離緩沖請思考：當(dāng)或此電路有什么特點(diǎn)？A1RFRRUIUOIF電壓串聯(lián)負(fù)反饋加法運(yùn)算反相加法運(yùn)算電路平衡電阻：虛地U-

0

虛斷歐姆定律加法運(yùn)算反相加法運(yùn)算電路利用疊加原理單獨(dú)作用時(shí)注意：加法運(yùn)算電路與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無關(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.反相比例運(yùn)算電路差動減法運(yùn)算

差動減法運(yùn)算電路

反相輸入端

同相輸入端虛短：兩個(gè)輸入端都有信號輸入，則為差動輸入，在測量和控制系統(tǒng)應(yīng)用較多。差動輸入：平衡電阻：差動減法運(yùn)算

差動減法運(yùn)算電路

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。運(yùn)用疊加原理，由同相輸入及反相輸入的結(jié)論進(jìn)行計(jì)算。運(yùn)用戴維寧，開路電壓，去源等效電阻。虛斷虛地U-

U+0

當(dāng)輸入信號是階躍直流電壓UI時(shí)積分運(yùn)算電路

AR'R+_+_CCIuiiOu+_輸出電壓是輸入電壓的微分微分運(yùn)算電路

輸出電壓是輸入電壓的微分

積分電路中的電容和電阻交換位置

電壓比較器的功能是將輸入的模擬信號與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)兩者相等時(shí)產(chǎn)生躍變，由此判別輸入信號的大小和極性。

1.電壓比較器集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器時(shí)，多處于開環(huán)或正反饋的工作狀態(tài)，即工作在非線性區(qū)。8.4集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用+UO(sat)-UO(sat)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)將運(yùn)放任一輸入端加上輸入信號。而另一輸入端加入?yún)⒖茧妷?，即可?gòu)成電壓比較器，如圖所示。電壓傳輸特性Ui

為輸入電壓，UR

為參考電壓當(dāng)ui>UR時(shí)，

uo=–Uo(sat)ui

UR時(shí)，

uo=+Uo(sat)ui

=UR時(shí)，

uo

發(fā)生躍變uooUO(sat)–UO(sat)uoR1R2ui+–+–UR+–+–+uR+當(dāng)UR=0時(shí)，即輸入電壓和零電平比較，稱為過零比較器。電壓傳輸特性uooUO(sat)–UO(sat)uo若圖中ui

為正弦波，畫出uo

的波形。otR1R2ui–+–UR–+–++uootUO(sat)–UO(sat)

在輸出端與地之間接一個(gè)雙向穩(wěn)壓管，即可把輸出電壓限制在某一特定值，以和接在數(shù)字電路的電平匹配。電壓傳輸特性UO(sat)–UO(sat)UZ–UZuoRR1R2+–+DZui+–+–uoo限幅電壓比較器使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問題1.選用元件根據(jù)實(shí)際要求來選用運(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