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1、了解集成运放的基本组成及主要参数的意义第1页，本讲稿共51页3.2.2 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍一一 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。集成电路分类集成电路分类模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路集成运算放大器、集成集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源、集成功率放大器、集成稳压电源、集成A/DD/A等。等。在集成电路工艺中难于制造电感元件；制
2、造容量大在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量大于于200pF的电容也比较困难，因而放大器各级之间都采的电容也比较困难，因而放大器各级之间都采（1）级间采用直接耦合方式）级间采用直接耦合方式第2页，本讲稿共51页一一 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接的方法。用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接的方法。（2）电路结构和参数具有对称性）电路结构和参数具有对称性 集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值大约为大约为100 30K，且阻值精度不高，因此常常用晶体管恒流，且阻值精度不高
3、，因此常常用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；源代替电阻（动态电阻）；必须使用直流高阻值的场合，必须使用直流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。也大多采用外接的方法。由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差，在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差，温度均一性好温度均一性好（3）用有源器件代替无源器件）用有源器件代替无源器件第3页，本讲稿共51页二二 电路的简单说明电路的简单说明中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路一、电路的基本组成及作用一、电路的基本组成及作用一、电
4、路的基本组成及作用一、电路的基本组成及作用输入级：输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制零点漂要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放大电路。移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放大电路。中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。极放大电路构成。第4页，本讲稿共51页偏置电路：偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。+UCCR RU UBE
5、1BE1VTVT1 1VTVT2 2U UBE2BE2+-+-I IC2C2I IC2C2I IREFREF2I2IB BI IB2B2I IB1B1一、镜像电流源一、镜像电流源由电路对称由电路对称当满足当满足2 2时，时，I IC2C2作为提供给某个放大器的作为提供给某个放大器的偏置电流。偏置电流。第5页，本讲稿共51页中间级：中间级：提供足够的电压放大倍数，本身还应有高的输入提供足够的电压放大倍数，本身还应有高的输入电阻，以减小对前级的影响。电阻，以减小对前级的影响。+UCCR RVTVT1 1VTVT2 2I IC2C2I IREFREFu ui iu u0 0+UCCVTVT2 2u
6、ui iu u0 0-UEE第6页，本讲稿共51页 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。一般由互补对称电路或射极输出器构成。+UCCUEEu uo ouu+输入级输入级中间级中间级输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端第7页，本讲稿共51页二二 主要参数主要参数1.最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2.开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数
7、。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈高，所愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6.共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。愈小愈好愈小愈好愈小愈好愈小愈好3.输入失调电压输入失调电压 UIO4.输入失调电流输入失调电流 IIO5.输入偏置电流输入偏置电流 IIB第8页，本讲稿共51页3.3 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据1.理想运算放大器
8、理想运算放大器Auo ，rid ，ro 0，KCMR 2.电压传输特性电压传输特性 uo=f(ui)线性区：线性区：uo=Auo(u+u)非线性区：非线性区：u+u 时，时，uo=+Uo(sat)u+u 时，时，uo=+Uo(sat)u+0 ui=Ui uu 时，时，时，时，u uo o=+=+U Uo o (sat)(sat)u u+uu 时，时，时，时，u uo o=U Uo o (sat)(sat)即即即即 u ui iUUUR R 时，时，时，时，u uo o=U Uo o (sat)(sat)可见，在可见，在 ui=UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。参考电压参考电
9、压动画动画第29页，本讲稿共51页uitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t2单限电压比较器：单限电压比较器：单限电压比较器：单限电压比较器：当当 ui 单方向变化时，单方向变化时，uo 只变化一次。只变化一次。URuouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)uiuoOUR第30页，本讲稿共51页ui UR，uo=+Uo(sat)ui UR，uo=Uo(sat)URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)uiuoOUR输入信号接在反相端输入信号
10、接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)uiuoOUR第31页，本讲稿共51页URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+Ot+Uo(sat)Uo(sat)uo输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端uitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t2第32页，本讲稿共51页输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比
11、较器输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为U UZ Z，忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降则则则则 u ui i U UR R，u uo o=U UZ ZUZ UZuoRDZURuouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性 Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURu ui iUUUR R 时，时，时，时，u uo o =U Uo o (sat)(sat)第33页，本讲稿共51页过零电压比较器过零电压比较器过零电压比较器过零电压比较器利用电压比较
12、器利用电压比较器利用电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波将正弦波变为方波将正弦波变为方波将正弦波变为方波URuouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)u ui iu uo oO OU UR R=0=0tuiO Otuo+Uo(sat)Uo(sat)O O第34页，本讲稿共51页2.2.滞回比较器滞回比较器滞回比较器滞回比较器上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压 电路中引入正反馈电路中引入正反馈电路中引入正反馈电路中引入正反馈(1)(1)提高了比较器的响应
13、速度；提高了比较器的响应速度；提高了比较器的响应速度；提高了比较器的响应速度；(2)(2)输出电压的跃变不是发生输出电压的跃变不是发生输出电压的跃变不是发生输出电压的跃变不是发生 在同一门限电压上。在同一门限电压上。在同一门限电压上。在同一门限电压上。RF当当 uo=+Uo(sat)，则则 当当 uo=Uo(sat)，则则门限电压受输门限电压受输出电压的控制出电压的控制R2uoui+R1+第35页，本讲稿共51页上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压 UU+：u ui i 逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压
14、UU+：u ui i 逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压uiuoO Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性电压传输特性uitOuoOt+Uo(sat)Uo(sat)两次跳变之间具有迟两次跳变之间具有迟滞特性滞特性滞回比较器滞回比较器RFR2uoui+R1+第36页，本讲稿共51页根据叠加原理，有根据叠加原理，有根据叠加原理，有根据叠加原理，有改变参考电压改变参考电压改变参考电压改变参考电压U UR R，可使传输特性沿横轴移动，可使传输特性沿横轴移动，可使传输特性沿横轴移动，可使传输特性沿横轴移动。可见：可见：传输特性不再对称于纵轴，传输特性不再
15、对称于纵轴，+URRFR2uoui+R1+u ui iu uo oO O U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性当参考电压当参考电压当参考电压当参考电压U UR R不等于零时不等于零时不等于零时不等于零时第37页，本讲稿共51页定义：定义：定义：定义：回差电压回差电压回差电压回差电压 与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：1.1.改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变
16、时的陡度。2.2.回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，U U越大，抗干扰越大，抗干扰越大，抗干扰越大，抗干扰 能力越强。能力越强。能力越强。能力越强。结论：结论：结论：结论：1.1.调节调节调节调节R RF F 或或或或R R2 2 可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。2.2.改变改变改变改变U UR R可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压，但不影回差但不影回差但不影回差但不影回差 电压电压电压电压 U
17、 U。电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。和波形发生等电路中得到广泛应用。和波形发生等电路中得到广泛应用。和波形发生等电路中得到广泛应用。第38页，本讲稿共51页解：解：解：解：对图（对图（对图（对图（1 1）上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压 下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压例：例：例：例：电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，U Uo o(sat)(sat)=6V=6V，U UR R =5
18、V=5V，R RF F =20k=20k ，R R2 2=1=10k0k ，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。（1 1）R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+（2 2）第39页，本讲稿共51页解：解：解：解：对图（对图（对图（对图（2 2）例：例：例：例：电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，U Uo o(sat)(sat)=6V=6V，U UR R =5V=5V，R RF F =20k=20k ，R R2 2=1=10k0k ，
19、求上、下门限电压。，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。（1 1）R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+（2 2）第40页，本讲稿共51页（1 1）R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+（2 2）u ui iu uo oO O-6 6-2-22 26 6 图图图图(1)(1)的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性的电压传输特性图图图图(2)(2)的电压传输特性的电
20、压传输特性的电压传输特性的电压传输特性u uo ou ui iO O -6 66 61.331.335.335.33第41页，本讲稿共51页 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用波形发生器的作用：波形发生器的作用：波形发生器的作用：波形发生器的作用：产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、三角波、锯齿波等）。三角波、锯齿波等）。三角波、锯齿波等）。三角波、锯齿波等）。特点：特点：特点：特点：不用外接输入信号，即有输出信号。不用外接输入信号，即有输出信号。不
21、用外接输入信号，即有输出信号。不用外接输入信号，即有输出信号。第42页，本讲稿共51页3.5.2 矩形波发生器矩形波发生器1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构 由滞回比较器、由滞回比较器、由滞回比较器、由滞回比较器、RCRC充放电电路组成，充放电电路组成，充放电电路组成，充放电电路组成，电容电压电容电压电容电压电容电压u uC C 即是比较器的即是比较器的即是比较器的即是比较器的输入电压，输入电压，输入电压，输入电压，2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理设电源接通时，设电源接通时，设电源接通时，设电源接通时，u uo o =+=+U Uo o(sat)(sat)，u uC C(0)=0
22、(0)=0。电阻电阻电阻电阻R R2 2两端的电压两端的电压两端的电压两端的电压U UR R即是比较器的即是比较器的即是比较器的即是比较器的参考电压。参考电压。参考电压。参考电压。u uo o 通过通过通过通过 R RF F 对电容对电容对电容对电容C C充电，充电，充电，充电，u uC C 按指数规律增长。按指数规律增长。按指数规律增长。按指数规律增长。R RF FC Cu uC C+R R1 1R R2 2u uo o+充电充电充电充电U UR R+第43页，本讲稿共51页当当当当 u uo o =+=+U Uo o(sat)(sat)时，时，时，时，电电电电容充电，容充电，容充电，容充电
23、，u uC C上升，上升，上升，上升，电容放电，电容放电，电容放电，电容放电，u uC C下降，下降，下降，下降，当当当当u uC C=U=UR R 时，时，时，时，u uo o 跳变成跳变成跳变成跳变成 U Uo o(sat)(sat)当当当当 u uC C=U=UR R 时，时，时，时，u uo o 跳变成跳变成跳变成跳变成 +U Uo o(sat)(sat)，电容又重新充电。，电容又重新充电。，电容又重新充电。，电容又重新充电。放电放电放电放电2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理R RF FC Cu uC C+R R1 1R R2 2u uo o+充电充电充电充电U UR R+R R
24、F FC Cu uC C+R R1 1R R2 2u uo o+U UR R+动画动画第44页，本讲稿共51页3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形充电充电充电充电放电放电放电放电uouCt t1 1t t3 3t t2 2T=TT=T1 1+T+T2 2电容充放电过程，电容充放电过程，电容充放电过程，电容充放电过程，u uC C 的响应规律为的响应规律为的响应规律为的响应规律为4.4.周期与频率周期与频率周期与频率周期与频率T T1 1T T2 2T T U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)第45页，本讲稿共51页互补对称功率放大电路（补充知识）互补对称功率放
25、大电路（补充知识）对功率放大电路的基本要求对功率放大电路的基本要求 功率放大电路的作用：功率放大电路的作用：功率放大电路的作用：功率放大电路的作用：是放大电路的是放大电路的是放大电路的是放大电路的输出级输出级输出级输出级，去推动，去推动，去推动，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。电动机旋转等。电动机旋转等。电动机旋转等。(1)(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。在不失真的情况下能输出尽可
26、能大的功率。在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。(2)(2)由于功率较大，就要求提高效率。由于功率较大，就要求提高效率。由于功率较大，就要求提高效率。由于功率较大，就要求提高效率。第46页，本讲稿共51页ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态晶体管的工作状态晶体管的工作状态晶体管的工作状态甲类工作状态甲类工作状态甲类工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号晶体管在输入信号的整个周期都导通的整个周期都导通静态静态IC较大，波形好较大，波形好,管耗大效率低。管耗大效率低。乙类工作状态乙类工作状态乙类工作状态乙类工作状态
27、晶体管只在输入信号晶体管只在输入信号的半个周期内导通，的半个周期内导通，静态静态IC=0，波形严重失，波形严重失真真,管耗小效率高。管耗小效率高。甲乙类工作状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个晶体管导通的时间大于半个周期，静态周期，静态IC 0，一般功放，一般功放常采用。常采用。第47页，本讲稿共51页互补对称放大电路互补对称放大电路互补对称放大电路互补对称放大电路 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称
28、为无输出变压器去了变压器而被称为无输出变压器(Output Output TransformerlessTransformerless)电路，简称电路，简称OTL电路。若互补对称电路直电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(Output CapacitorlessOutput Capacitorless)电路，简称电路，简称OCL电路。电路。OTL电路采用单电源供电，电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。电路采用双电源供电。第48页，本讲稿共51页1.1.OTLOTL电路电路电路电路(1)(1)特点特点特点特点
29、T1、T2的特性一致；的特性一致；一个一个NPN型、一个型、一个PNP型型两管均接成射极输出器；两管均接成射极输出器；输出端有大电容；输出端有大电容；单电源供电。单电源供电。(2)(2)静态时静态时静态时静态时(ui=0),IC1 0，IC2 0OTL原理电路原理电路电容两端的电压电容两端的电压电容两端的电压电容两端的电压RLuIT1T2+UCCCAuo+-+-第49页，本讲稿共51页集成功率放大器集成功率放大器 使喇叭相当于使喇叭相当于纯电阻负载纯电阻负载去耦，防止去耦，防止低频自激低频自激消振，防止高消振，防止高频自激频自激集成功放集成功放LM386接线图接线图特点特点特点特点:工作可靠、工作可靠、工作可靠、工作可靠、使用方便。使用方便。使用方便。使用方便。只需在器件只需在器件只需在器件只需在器件外部适当连外部适当连外部适当连外部适当连线，即可向线，即可向线，即可向线，即可向负载提供一负载提供一负载提供一负载提供一定的功率。定的功率。定的功率。定的功率。+.3 32 2ui。+_+4 47 75 58 8+UCCLM386+uo+_第51页，本讲稿共51页