第四部分集成運算放大器.ppt

1、第四部分 集成運算放大器,一、集成運算放大器中的電流源,二、差分放大電路,三、集成運算放大器的應(yīng)用,第一講 集成運算放大器中的電流源,能夠輸出恒定電流的電路稱為電流源電路。電流源電路在集成電路中作為偏置電路和有源負載為各級放大器提供所需的偏流和提高放大倍數(shù)。,一、鏡像電流源,1、基本的鏡像電流源,因為 VBE1 = VBE2,所以 IB1=IB2,可知 IE1 = IE2,IC1 = IC2,所以輸出電流 IO = IC2 = IC1,IO =IR IB1 IB2,=IR 2IB2,當 2時,IO= IR,2、改進型鏡像電流源,由圖可知, IC1 = IC2,二、微電流源,為了得到小電流，就要

2、加大鏡像電流源中的電阻R，但大的R不易集成，為此就有如下電路。,電路的輸出電流,IO = IC2 = IE2,三、多路電流源,由前面分析得：,IO1 = IR,如果Re3Re4，則各個電流就不相等，實現(xiàn)了多路輸出。,四、電流源作有源負載,由于電流源具有直流電阻小而交流電阻大的特點，在模擬電路中廣泛的把它作為負載使用?？墒构采潆娐返碾妷涸鲆孢_103以上。,第二講 差分放大電路,差分放大器是直放中溫漂較小且能較好抑制零漂的一種電路。凡是要求比較高的直流放大器或是多級直流放大器的前置級，一般都采用此電路。,一、電路結(jié)構(gòu),二、工作原理,由于電路完全對稱，所以T1和T2的狀態(tài)一致，因此只需分析單邊電路的

3、狀態(tài)就知道整個電路狀態(tài)。分析的關(guān)鍵是想辦法“化多級為單級”，化多為單的關(guān)鍵是處理好RL、RW和Re,1、靜態(tài)分析,對于靜態(tài)有：,IBRb + VBE +（1+）IB（1/2Rw+2Re）= Ee,VBQ=IBQRb,ICQ = IBQ,VCQ = EC ICQRC,2、動態(tài)分析,、輸入差模信號,雙端輸出時,= A 1= A2,單端輸出時,、輸入共模信號,雙端輸出時,單端輸出時,可得：,當,、共模抑制比,為了衡量差分放大器放大差模信號抑制共模信號的能力，引入共模抑制比這個質(zhì)量指標。,若電路對稱，雙端輸出時,KCMRR = ,單端輸出時,三、差分放大器的四種接法,雙端輸入雙端輸出,雙端輸入單端輸出

4、,單端輸入雙端輸出,單端輸入單端輸出,1、四種接法,注意,各種接法的實際應(yīng)用,只要輸出端的形式相同，雙端輸入的結(jié)論全部適用于單端輸入。,電路的輸入、輸出電阻,Ro=2Rc 雙出,Ro=Rc 單出,2、輸入非共模非差模信號,可由下式變換為差模和共模信號,電路的輸出電壓為差模輸出電壓Vod與共模輸出電壓Voc之和。,四、電路改進,1、具有恒流源的差分放大器,2、高輸入阻抗的差分放大器,3、帶有負反饋的差分放大器,第三講 集成運算放大器的應(yīng)用,一、電路結(jié)構(gòu)和分類,1、電路結(jié)構(gòu)及功能,2、分類,按用途分為通用型和專用型，發(fā)展方向是專用型。,通用型的各項指標較好，適用于要求不高的場合；專用型的某一兩個指

5、標特別高，適用于特殊要求的場合。,二、運放的主要參數(shù),三、運放的兩種基本結(jié)構(gòu),1、運放的符號及等效電路,V+為同相端的輸入電壓,V反同相端的輸入電壓,Vi為同相端與反相端的壓差,Ri開環(huán)輸入電阻,Ro開環(huán)輸出電阻,Ao開環(huán)電壓增益,2、運放的理想化模型, 理想化的條件, 理想運放的特征及等效電路,兩輸入端之間的電壓 Vi=0， 既虛短。,兩輸入端之間的電流 Ii=0， 既虛斷。,特征,3、兩種基本組態(tài),集成運算放大器的電路形式很多，但是根據(jù)信號輸入端的不同，將運放電路分成兩種最基本的組態(tài)。即反相組態(tài)和同相組態(tài)。,四、運算放大器的應(yīng)用電路,運放的應(yīng)用非常廣泛，可用于信號運算、信號處理、信號產(chǎn)生和

6、信號濾波等方面。,1、比例運算電路, 反相比例電路,利用虛短和虛斷的條件得, 符號變換器（倒相器）,在上式中如果 R1 = Rf,則有, 同相比例電路,利用虛短和虛斷的條件得, 電壓跟隨器,在上式中如果 Rf = 0 或R1 = ,就有,2、加法和減法電路,反相加法電路,利用虛短和虛斷的條件得,I1 + I2 = If,如果 R1= R2 ，則有,反相求和電路的優(yōu)點是：調(diào)節(jié)某一路信號輸入電阻不會影響其它各路輸出與輸入之間的比例關(guān)系。,減法電路,利用迭加定理分別求出Vi1和Vi2單獨作用時的Vo ，,如果 R1 = R2 ， R3 = Rf 則上式為,這個電路雖然能夠?qū)崿F(xiàn)減法運算，但如果R1、

7、Rf取定后，再想改變Vi2的比例系數(shù)的話，就不能保證RN = RP或者調(diào)整困難。, 利用差分電路實現(xiàn)減法運算, 利用反相信號求和實現(xiàn)減法運算,圖中如果Rf1=R2，則輸出電壓的表達式為,電路參數(shù)調(diào)整方便，獲得廣泛應(yīng)用。,3、積分和微分電路,積分電路,利用虛短和虛斷的條件得,積分電路應(yīng)用很廣，可以對信號進行變換、延遲和移相（90o）,聯(lián)立求解,微分電路,利用虛短和虛斷的條件得,聯(lián)立求解,積分電路應(yīng)用很廣，可以對信號進行變換、移相（90o）和識別（顯示信號中的變化量）,運放在信號處理方面的應(yīng)用非常廣泛，常用的有信號幅度的比較，信號幅度的選擇、采樣及信號頻率的有源濾波等。,電壓比較器,電壓比較器是對

8、信號幅度進行比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的單元，在測量和控制中有相當廣泛的應(yīng)用。,1、電壓傳輸特性,輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系稱為電壓傳輸特性。在比較器中輸入的是模擬信號，輸出電壓只有兩種值，不是高電平就是低電平。使輸出電壓發(fā)生跳變的輸入電壓稱為閾值電壓。,為了正確畫出電壓傳輸特性，必須求出以下三個要素：, 輸出電壓高電平和低電平的值VOH和VOL；, 閾值電壓的數(shù)值VT, 當VI變化經(jīng)過VT時，VO的躍變方向。,2、運放的非線性工作區(qū),在電壓比較器中，運放不是工作在開環(huán)狀態(tài)，就是引入了正反饋，這種區(qū)域稱為非線性工作區(qū)。,3、電壓傳輸特性的分析方法, 由運放的輸出電路確定電壓比較器的輸

9、出低電平VOL和輸出高電平VOH。, 寫出同相端和反相端電位VP和VN的表達式，令VP=VN，解得的輸入電壓就是閾值電壓VT。, VO在VI經(jīng)過VT時的躍變方向決定于（VP VN）的值是否大于零。若VP VN0，VO=VOM；若VP VN 0，VO= VOM。, 單限比較器,單限比較器的應(yīng)用很多，可將任意波形變?yōu)榫匦尾ā? 雙限比較器,若VR1VR2，分析后得電壓傳輸特性,遲滯比較器, 輸出電壓為VOM, 閾值電壓VT的估算,VN = VI，,令 VN = VP 得, 討論VI變化時，VO的躍變方向,設(shè)輸出為正VOM,則此時 VP= VT+,當VI由零向正方向增加，未達到VT+時，輸出一直為V