第十二章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用課時(shí)

12-1差動(dòng)放大電路12-2運(yùn)算放大器的工作原理及主要參數(shù)12-3運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用第十二章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用12-4運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用1集成電路簡(jiǎn)介在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，把整個(gè)電路中的元器件制作在一塊硅基片上(厚約毫米，面積約零點(diǎn)幾平方毫米)，構(gòu)成特定功能的電子電路，稱(chēng)為集成電路。由于具有體積小、重量輕、耗電省、成本低、可靠性高和電性能優(yōu)良等突出優(yōu)點(diǎn)，所以隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，集成電路得到了飛速的發(fā)展。從60年代以來(lái)，集成電路的發(fā)展經(jīng)歷了小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）四個(gè)階段，目前已能在一小塊硅基片上制作（光刻）出上億個(gè)元器件。一、集成電路的分類(lèi)1、按集成度分為：

小規(guī)模：(0~100)個(gè)元件/基片

中規(guī)模：(100~1000)個(gè)元件/基片

大規(guī)模：(1000~1萬(wàn))個(gè)元件/基片

超大規(guī)模：(1萬(wàn)以上)個(gè)元件/基片32、按功能分為：模擬集成電路

數(shù)字集成電路線性集成電路非線性集成電路

在模擬集成電路中，集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)集成運(yùn)放或運(yùn)放）是應(yīng)用極為廣泛的一種。該電路為本章討論的重點(diǎn)。

線性集成電路中的器件工作在線性放大狀態(tài)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)成線性關(guān)系。集成運(yùn)放屬于線性集成電路。二、集成電路的封裝形式圓殼式雙列直插式扁平式單列直插式菱形式運(yùn)算放大器外形圖6三、模擬集成電路的特點(diǎn)12電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)具有對(duì)稱(chēng)性

各元件在同一塊硅片上，經(jīng)相同工藝制造出來(lái)，元件參數(shù)絕對(duì)值有同向的偏差，溫度勻一性好，特性相同。用有源器件代替無(wú)源器件電路中的電阻元件是由硅半導(dǎo)體中的體電阻構(gòu)成，電阻值的范圍一般為幾十歐到20千歐左右，范圍不大，且電阻值精度不易控制，誤差可達(dá)10%-20%左右。故在集成電路中，高阻值的電阻多用BJT或FET等有源器件組成的恒流源電路代替。34采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的電路

復(fù)合結(jié)構(gòu)電路的性能較佳，制作并不困難，故集成電路中多用復(fù)合管、共射-共基、共集-共基等組合電路。級(jí)間采用直接耦合方式

電路中的電容量不大，約在幾十皮法以下，常用結(jié)結(jié)電容構(gòu)成，誤差較大。而電感的制造非常困難。故在集成電路中，級(jí)間都采用直接耦合方式。5二極管由BJT的發(fā)射結(jié)構(gòu)成電路中的二極管多用作溫度補(bǔ)償元件或電位移動(dòng)電路。一、直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移問(wèn)題可以放大直流、交流信號(hào)零漂：輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。即輸出電壓偏離原來(lái)的起始點(diǎn)而上下漂動(dòng)。主要原因：主要由于溫度變化引起，也稱(chēng)溫漂。直流電源波動(dòng)，器件老化也是原因之一。12-1

差動(dòng)放大電路9若第焦一級(jí)影漂移勸了1乖00uV悶，則輸笑出漂劣移核100揀m購(gòu)V。若第迎二級(jí)況漂移否了1愁00uV匆，則輸合出漂紛移裕10mV抽。假設(shè)可見(jiàn)近，克漂服零粗漂第一旺級(jí)是糊關(guān)鍵旅！減小櫻零漂路的措罷施采用差動(dòng)扒放大汪電路若第孔三級(jí)擺漂移趴了1敗00uV抓，則輸龜出漂脈移0.淋1槍mV旗。10二、差動(dòng)冤（差偷分）陳放大巴電路1、昆電路撓組成結(jié)構(gòu)障特點(diǎn):對(duì)稱(chēng)性結(jié)構(gòu)即：1=2=VBE駕1=VBE某2=VBErbe緣瑞1=rbe壁2=rbeRC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb差動(dòng)伏放大梨電路竭一般衡有兩使個(gè)輸般入端影：從兩株輸入續(xù)端同病時(shí)加級(jí)信號(hào)——雙端輸入從一殺個(gè)輸城入端對(duì)地加信睡號(hào)——單端輸入11(2)有公共緣瑞的射濤極電約阻Re組成秤特點(diǎn)豈：(1資)直接什耦合刻的共將射極作電路從集蓬電極C1和C2輸出——雙端惹輸出差動(dòng)眠放大芹電路家可以姑有兩杏個(gè)輸醬出端珍：從集輕電極C1或C2對(duì)地復(fù)輸出——單端由輸出12注意知：（1）靜符態(tài)分至析電路據(jù)對(duì)稱(chēng)T放大溜的條紫件：Je正偏、Jc反偏vi1=vi2=設(shè)0（靜態(tài)）

Je正偏

T放大

Jc反偏vo=VC1-VC2=0實(shí)現(xiàn)亞：0輸入由0輸出克服壇零漂2、電閃路分惱析13（2）動(dòng)咬態(tài)定隸性分吃析四——鑰輸塘入差模抹信號(hào)大小溝相等挨，方錢(qián)向相墳反另外畢：Re相當(dāng)于短路iE=014（2）動(dòng)熄態(tài)定微性分掩析鞋——疏輸性入共模闊信號(hào)大小表相等粉，方期向也磨相同另外攝：Re相當(dāng)于2ReiE=2iE1=2iE215（3）動(dòng)檢態(tài)定泥量分醉析小信義號(hào)等椅效（功微變刺等效告）電寸路法利用對(duì)稱(chēng)詳特點(diǎn)，轉(zhuǎn)化瓜為單藍(lán)邊電樣路求解壟。四種桐接法a.雙端蜓輸入庫(kù)、雙威端輸楚出b.雙端像輸入及、單圾端輸株出c.單端忽輸入監(jiān)、雙道端輸社出d.單端尊輸入幟、單擦端輸原出注意繁：電阻Re和RL的處伯理16雙端飄輸入——戶(hù)差殺模增皺益雙入江雙出雙入績(jī)雙出雙入貓單出RL各分晶一半RL由T1單獨(dú)秀負(fù)擔(dān)雙入嬌單出Re短路17雙端斧輸入——黑共膨模增掛益雙入比雙出雙入雜雙出雙入眼單出RL開(kāi)路RL由T1單獨(dú)互負(fù)擔(dān)雙入煎單出Re對(duì)單產(chǎn)邊相識(shí)當(dāng)于它2Re18雙端做輸入——釀共巧模抑喊制比雙入逝雙出雙入魂單出雙入闖雙出雙入瞎單出公共某電阻ReKCM漢R抑制難零漂輝能力粒增強(qiáng)1912輸-2運(yùn)算泳放大愧器的核工作姓原理女及主折要參挨數(shù)集成難電路盤(pán)運(yùn)淡算放攝大器直接諒耦合狗多苗級(jí)放絨大電楊路符號(hào)腸：特點(diǎn)趣：電壓吩增益洗高（蹲差模閱）輸入即電阻耍大輸出攻電阻輕小20UEE+UCCu+uou–反相輸入森端同相輸入混端T3T4T5T1T2IS一、輔原理宇框圖輸入鹽級(jí)中間或級(jí)輸出程級(jí)與uo反相與uo同相21對(duì)輸專(zhuān)入級(jí)辱的要稅求：盡量箏減小竿零點(diǎn)暫漂移,盡量輝提高KCM令RR,輸入伯阻抗ri盡可敘能大捉。對(duì)中絹間級(jí)襖的要著求：足夠滿(mǎn)大的躁電壓闖放大否倍數(shù)字。對(duì)輸影出級(jí)寺的要慰求：主要狀提高什帶負(fù)垮載能鬼力，恰給出器足夠指的輸患出電罰流io。即從輸出問(wèn)阻抗ro小。集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)（1）采遷用四惜級(jí)以帖上的坡多級(jí)致放大耳器，驅(qū)輸入縮慧級(jí)和糞第二想級(jí)一才般采乖用差鑒動(dòng)放率大器遮。（2）輸畝入級(jí)扯常采腔用復(fù)植合三冰極管吳或場(chǎng)位效應(yīng)迫管，疲以減至小輸?shù)饺腚婝}流，啊增加獅輸入魯電阻供。（3）輸爐出級(jí)彩采用晴互補(bǔ)惡對(duì)稱(chēng)蓋式射藝極跟腳隨器梢，以析進(jìn)行貞功率卡放大創(chuàng)，提盾高帶吹負(fù)載矛的能總力。221、開(kāi)短環(huán)電落壓放愉大倍王數(shù)Auo無(wú)外繪加反逼饋回鍛路的鄙差模柱放大抽倍數(shù)鈴。一桑般在105107之間揚(yáng)。理應(yīng)想運(yùn)絲式放的Auo為。2、共息模抑柜制比KCM皇MR常用挖分貝肚作單撕位，注一般10惜0d某B以上暢。二、導(dǎo)主要鉗參數(shù)23ri大:幾十k幾百k運(yùn)放顛的特劍點(diǎn)KCM沖RR很大ro小：泰幾十幾百Auo很大:米104107理想運(yùn)放：

ri

KCMRR

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0Auo

運(yùn)放歉符號(hào)此：＋－u－u+uo－＋＋

u－

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uoAuo三、甲理想曾運(yùn)算稿放大詢(xún)器及尋其分奴析依泄據(jù)24uiuo+UOM-UOMAuo越大印，運(yùn)它放的建線性趙范圍茄越小捷，必生須在輸出趟與輸坦入之慢間加負(fù)亂反饋才能旺使其揭擴(kuò)大疏輸入路信號(hào)趁的線旺性范中圍。uiuo_++Auo例：除若UOM=1綢2V，Auo=1牢06，則|ui|<餅12V時(shí)，針運(yùn)放若處于園線性兔區(qū)。線性疲放大換區(qū)25由于吵運(yùn)放奸的開(kāi)導(dǎo)環(huán)放公大倍搬數(shù)很辦大，止輸入漫電阻旺高，伐輸出型電阻擠小，洗在分降析時(shí)冰常將底其理勵(lì)想化眠，稱(chēng)蹄其所感謂的理想銹運(yùn)放。理想運(yùn)放的條件虛短路放大鹿倍數(shù)珠與負(fù)咱載無(wú)郊關(guān)。肥分析堡多個(gè)體運(yùn)放外級(jí)聯(lián)嘴組合夢(mèng)的線妥性電悉路時(shí)綢可以依分別相對(duì)每糾個(gè)運(yùn)谷放進(jìn)階行。虛開(kāi)路運(yùn)放楊工作裝在線激性區(qū)都的特放點(diǎn)26理想兼運(yùn)放環(huán)的符蟲(chóng)號(hào)_++u+u-u02710榨-3運(yùn)算視放大士器的赤線性攏應(yīng)用虛擬短路虛擬斷路放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)，可以分開(kāi)分析。u+uo_++u–Ii信號(hào)的放大、運(yùn)算有源濾波電路運(yùn)放線性應(yīng)用28一、棍比例現(xiàn)運(yùn)算香電路作用怪：將信鳳號(hào)按榴比例夫放大戀。類(lèi)型泥：同相皆比例溫放大寄和反小相比筑例放掛大。方法探：引入裙深度怒電壓徐并聯(lián)賽負(fù)反簡(jiǎn)饋或稱(chēng)電壓殺串聯(lián)混負(fù)反棵饋。與這樣殃輸出擊電壓自與運(yùn)叨放的浪開(kāi)環(huán)類(lèi)放大嶼倍數(shù)曠無(wú)關(guān)支，與盜輸入市電壓撤和反酬饋系回?cái)?shù)有緣瑞關(guān)。29i1=i2uo_++R2R1RPuii1i2虛短嘉路虛開(kāi)接路1、反耳相輸宰入30平衡電阻，使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時(shí)輸入級(jí)的對(duì)稱(chēng)性。RP=R1//R2uo_++R2R1RPuii1i2312、同爐相輸敗入_++R2R1RPuiuou-=嘩u+=斃ui虛短喂路虛開(kāi)波路32_++uiuo3、電掉壓跟它隨器結(jié)構(gòu)饑特點(diǎn)嘉：輸出執(zhí)電壓訓(xùn)全部胞引到國(guó)反相惕輸入方端，圾信號(hào)憤從同瓣相端偏輸入跪。電壓侵跟隨道器是同相既比例雁運(yùn)算策放大院器的坡特例牽。33二、閘加使法運(yùn)朵算作用枯：將若露干個(gè)冬輸入傘信號(hào)郵之和析按比駐例放甜大。類(lèi)型夢(mèng)：同相綿求和騙和反她相求需和。341、反蘋(píng)相求刮和運(yùn)聽(tīng)算R12_++R2R11ui2uoRPui135i12iFi11R12_++R2R11ui2uoRPui1調(diào)節(jié)辣反相織求和扛電路鉛的某使一路奇信號(hào)院的輸講入電摟阻，邊不影鍛響輸火入電釣壓和諒輸出輕電壓響的比棵例關(guān)彎系，賢調(diào)節(jié)希方便欣。362、同加相求頸和運(yùn)辣算-R1RF++ui1uoR21R22ui237此電震路如飯果以u(píng)+為輸瞧入微，則涼輸出撿為：-R1RF++ui1uoR21R22ui2u+與ui1和ui2的關(guān)借系如窩何？注意妥：同相脆求和越電路脂的各督輸入完信號(hào)親的放筋大倍諸數(shù)互搭相影嚷響，至不能居單獨(dú)張調(diào)整付。流入錄運(yùn)放號(hào)輸入幸端的縱電流致為0（虛開(kāi)毯路）38_++RFR1R2ui2uoR3ui1解出柄：三、奏減猾法運(yùn)卷算39i1iFtui0tuo0輸入臺(tái)方波襪，輸品出是灘三角狗波。ui-++RR2Cuo四、怕積分潮運(yùn)算應(yīng)用舉例：40tui0tuo0U-UomTM積分痛時(shí)限應(yīng)用速舉例2：如果鴿積分平器從罪某一摩時(shí)刻胃輸入液一直鎖流電稈壓，戶(hù)輸出縫將反耐向積挽分，蒼經(jīng)過(guò)怠一定醋的時(shí)味間后阻輸出譯飽和辯。41積分智電路能的主戶(hù)要用省途：1.在電壤子開(kāi)泛關(guān)中堪用于郵延遲充。2.波形范變換無(wú)。例繁：將壘方波乏變?yōu)殚e三角預(yù)波。3.姜A侍/D轉(zhuǎn)換怒中，抹將電摔壓量延變?yōu)椴r(shí)間盟量。4.移相宇。42u–=u+=幅0uit0t0uoui–++uoRR2i1iFC若輸入：則：五、塑微分浙運(yùn)算43六、佛有源讀濾波逢器濾波咐電路遼的分拉類(lèi)1.按信糞號(hào)性翅質(zhì)分燦類(lèi)3.按電段路功漲能分士類(lèi):低通扶濾波按器；室高通定濾波寒器；帶通穩(wěn)濾波郊器；燭帶阻穴濾波汁器2.按所吳用元駐件分插類(lèi)模擬飼濾波盜器和匙數(shù)字衛(wèi)濾波存器無(wú)源禁濾波談器和帳有源宵濾波辜器4.按階甚數(shù)分打類(lèi):一階侍，二碌階…高階44有源迅濾波賓器的繪優(yōu)點(diǎn)村：1.不使服用電郊感元兄件，蜓體積偏小重鋤量輕靜。2.有源崖濾波機(jī)電路袍中可小加電斜壓串或聯(lián)負(fù)飯反饋血，使嗎輸入撓電阻姐高、迅輸出很電阻劑低，鉗輸入軍輸出旱之間款具有牛良好辟的隔莊離。鵲只需撤把幾跌個(gè)低看階濾廁波電違路串僵起來(lái)勵(lì)就可酒構(gòu)成叨高階耳濾波射電路材，無(wú)頸需考貍慮級(jí)影間影記響。3.除濾榮波外代，還原可放沫大信昨號(hào)，耽放大冶倍數(shù)梅容易妄調(diào)節(jié)柜。451、有裝源低衛(wèi)通濾參波器RR1RFC+-+462、有多源高奧通濾絮波器R1RF+-+高通濾波器R47電路紡中的條運(yùn)放村處于災(zāi)非線海性狀藥態(tài)。++Auouo一、電壓矮比較峽器10征-4運(yùn)算凡放大秒器的域非線秀性應(yīng)螺用48uoui0+Uom-UomUR傳輸特性UR：參考電壓ui：被比較信號(hào)

++uouiUR–特點(diǎn)難：運(yùn)靈放處免于開(kāi)俱環(huán)狀吹態(tài)。當(dāng)ui>UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UR時(shí),uo=-Uom1、ui從同但相端供輸入49++uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui<UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UR時(shí),uo=-Uom2、ui從反隸相端靈輸入50uoui0+UOM-UOM++uoui3、過(guò)煉零比狠較器:編(UR=0時(shí))++uouiuoui0+UOM-UOM51++uo