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1、集成电路分类集成电路分类第一页，本课件共有57页4 4、19741974年，出现了大规模集成电路为第四次。年，出现了大规模集成电路为第四次。1 1、19041904年年,电子三极管（真空三极管）为第一次。电子三极管（真空三极管）为第一次。2 2、19481948年，费来明发明了晶体三极管为第二次。年，费来明发明了晶体三极管为第二次。3 3、19581958年，集成电路年，集成电路 移相振荡器移相振荡器 为第三次。为第三次。一、集成电路的发展过程一、集成电路的发展过程一、集成电路的发展过程一、集成电路的发展过程（中国（中国6565年生产第一块年生产第一块TTLTTL与非门）与非门）2023/2/
2、272023/2/272第二页，本课件共有57页现在集成电路的规模，正在以平均现在集成电路的规模，正在以平均1 12 2年翻一番的速度在增大。年翻一番的速度在增大。1948 1966 1971 1980 1990 1998 19991948 1966 1971 1980 1990 1998 1999 小规模小规模 中规模中规模 大规模大规模 超大规模超大规模 超超大规模超超大规模 超亿规模超亿规模 SSI MSI LSI VLSI ULSI GSISSI MSI LSI VLSI ULSI GSI理论集成度理论集成度 10-100 10010-100 1001000 10001000 1000
3、1010万万 1010万万100100万万 100100万万1 1亿亿 1 1亿亿商业集成度商业集成度 1 10 1001 10 1001000 10001000 10002 2万万 2 2万万5 5万万 5050万万 10001000万万 触发器触发器 计数器计数器 单片机单片机 1616位和位和3232位位 图象图象 SRAMSRAM 加法器加法器 ROM ROM 微处理器微处理器 处理器处理器 128128位位CPUCPU（1 1）设计技术的提高，简化电路，合理布局布线）设计技术的提高，简化电路，合理布局布线（2 2）器件的尺寸缩小（工艺允许的最细线条）器件的尺寸缩小（工艺允许的最细线条
4、）（生产环境：超净车间）（生产环境：超净车间）（3 3）芯片面积增大，从）芯片面积增大，从1 15 mm5 mm2 2到现在的到现在的1 cm1 cm2 219671967年在一块晶片上完成年在一块晶片上完成10001000个晶体管的研制成功。个晶体管的研制成功。集成电路集成度的提高主要依靠三个因素集成电路集成度的提高主要依靠三个因素 由由由由于于于于现现现现在在在在这这这这三三三三方方方方面面面面都都都都有有有有所所所所突突突突破破破破，所所所所以以以以集集集集成成成成规规规规模模模模发发发发展展展展很很很很快快快快.这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？这样的发展速度也给我们提出了一些
5、新的问题？这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？7777年美国年美国30mm30mm2 2制作制作1313万个晶体管，即万个晶体管，即64K64K位位DRAMDRAM。2023/2/272023/2/273第三页，本课件共有57页 目目前前使使用用的的1616兆兆位位DRAMDRAM集集成成电电路路的的线线条条宽宽度度为为0.5 0.5 微微米米，6464兆兆位位DRAMDRAM集集成成电电路路的的线线条条宽宽度度为为0.3 0.3 微微米米，继继续续发发展展可可望望达达到到0.010.01微微米米，0.010.01微微米米的的概概念念相相当当于于
6、3030个个原原子子排排成成一一列列的的长长度度。这这一一尺尺寸寸在在半半导导体体集集成成电电路路中中，已已经经成成为为极极限限，再再小小PNPN结结的的理理论论就就不不存存在在了了，或或者者说说作作为为电电子子学学范范畴畴的的集集成成电电路路已已达达极极限限，就就会会从从电电子子学学跃跃变变到到量量子子工工学学的的范范畴畴，由由量量变变到到质质变变，随随之之而而来来的的一一门门新新的的工工程程学学对对量量子子现现象象加加以以工工程程应应用用的的“量量子子工工学学”也也就就诞诞生生了了，由由这这一一理理论论指指导导而而将将做做成成的的量量子子器器件件，将将延延续续集集成成电电路路的的发发展展。
7、现现在在美美国国和和日日本本正正投投入入大大量量的的人人力力和和物物力力进进行行这这方方面面的的研研究究，并并且且在在“原子级加工原子级加工”方面取得了一定的成果。方面取得了一定的成果。集成电路的技术发展是否有极限？集成电路的技术发展是否有极限？集成电路的技术发展是否有极限？集成电路的技术发展是否有极限？在一块芯片上能制造的晶体管是否有极限？在一块芯片上能制造的晶体管是否有极限？如果如果“有有有有”，它的极限是多少？还有没有新，它的极限是多少？还有没有新的方法以求得继续发展。的方法以求得继续发展。2023/2/272023/2/274第四页，本课件共有57页二、集成电路的分类二、集成电路的分类
8、 模模拟拟集集成成电电路路：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器，集集集集成成成成功功功功放放放放，集集集集成成成成稳稳稳稳压压压压电电电电源源源源，集集集集成成成成模模模模数数数数A/DA/DA/DA/D转转换换和和数数模模D/AD/A转转换换及及各各种种专专用用的的模模拟拟集集成成电电路路。而而集集成成运运放放只只是是模模拟拟集集成成电电路路中中的的一一种种，但但是是应应用用最最为为广广泛泛的的一一种种。由由于于最最初初用用于于作作运运算算用用，所所以以称称为为集集成成运运算算放放大大器器，而而现现在在的的功功能能已经远远超过了当时的功能，而得到了方泛的应用。已经远远超
9、过了当时的功能，而得到了方泛的应用。大类分：大类分：模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路数数字字集集成成电电路路：门门电电路路，触触发发器器，计计数数器器，存存贮贮器器，微微处理器等电路。处理器等电路。7474系系列列，74LS74LS，74HC74HC，40004000系系列列，CMOSCMOS等各种型号。等各种型号。2023/2/272023/2/275第五页，本课件共有57页三、集成运放的结构及特点三、集成运放的结构及特点 结结结结构构构构上上上上有有有有圆圆圆圆壳壳壳壳式式式式、扁扁扁扁平平平平式式式式和和和和双双双双列列列列直直直直插插插插式式式式三三三三种种种种，管管管
10、管脚脚脚脚引引引引出线有出线有出线有出线有8 8 8 8、10101010、12121212、1414等多种。等多种。等多种。等多种。LM741 1 2 3 48 7 6 5结构结构1 12 23 34 45 56 67 78 8 LM741 1 2 3 48 7 6 52023/2/272023/2/276第六页，本课件共有57页特点：特点：4 4、元件的精度低，但对称性好，温度特性好。、元件的精度低，但对称性好，温度特性好。1 1、制制造造容容量量大大于于2000PF2000PF的的电电容容元元件件很很困困难难，如如需需大大电电容容必必须须外外接接，所所以以集集成成运运放放都都采采用用直直
11、接接耦耦合合放大电路。放大电路。2 2、制制造造太太大大和和太太小小的的电电阻阻不不经经济济，占占用用硅硅面面积积大大。一一般般R R的的范范围围为为10010030K30K，大大电电阻阻用用恒恒流流源代替。源代替。3 3、集成工艺是做的元件愈单纯愈好做。、集成工艺是做的元件愈单纯愈好做。2023/2/272023/2/277第七页，本课件共有57页中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路输入级输入级4 4 4 4、偏置电路、偏置电路、偏置电路、偏置电路 给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒给
12、前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒 流源电路构成。流源电路构成。流源电路构成。流源电路构成。四、电路的简单说明四、电路的简单说明1 1 1 1、输入级、输入级、输入级、输入级要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放2 2 2 2、中间级、中间级、中间级、中间级一般采用共射放大电路一般采用共射放大电路一般采用共射放大电路一般采用共射放大电路3 3 3 3、输出级、输出级、输出级、输出级要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较要求，输出电阻低
13、，带载能力强，能输出较要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成2023/2/272023/2/278第八页，本课件共有57页 运运算算放放大大器器实实际际上上就就是是一一个个直直接接耦耦合合的的多多级级放放大大电电路路，它它有有两两个输入端一个输出端，一般电源都不画。个输入端一个输出端，一般电源都不画。单运放：单运放：LM741/LM741/A741A741双运放：双运放：LM747LM747（双（双741741）单电源四
14、运放：单电源四运放：LM124/224/324LM124/224/324双电源四运放：双电源四运放：LM148/248/348 LM148/248/348 等等。等等。四、电路的简单说明四、电路的简单说明 LM741 1 2 3 48 7 6 5 2 2脚为反相输入端。由此端输入信号，则输脚为反相输入端。由此端输入信号，则输脚为反相输入端。由此端输入信号，则输脚为反相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输入信号是反相的。出信号和输入信号是反相的。出信号和输入信号是反相的。出信号和输入信号是反相的。3 3脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输入信号脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信
15、号和输入信号脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输入信号脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输入信号是同相的。是同相的。是同相的。是同相的。各管脚的用途是：各管脚的用途是：各管脚的用途是：各管脚的用途是：4 4脚为负电源端。脚为负电源端。脚为负电源端。脚为负电源端。7 7脚为正电源端。脚为正电源端。脚为正电源端。脚为正电源端。6 6脚为输出端。脚为输出端。脚为输出端。脚为输出端。1 1和和和和5 5脚为外接调零电位器（通常为脚为外接调零电位器（通常为脚为外接调零电位器（通常为脚为外接调零电位器（通常为10K10K）的两个端子。）的两个端子。）的两个端子。）的两个端子。8 8脚为
16、空脚。脚为空脚。脚为空脚。脚为空脚。其典型接法如下图所示其典型接法如下图所示2023/2/272023/2/279第九页，本课件共有57页1 15 54 42 23 37 76 610K10K-15V-15V+15V+15V简化电路符号简化电路符号简化电路符号简化电路符号电路符号电路符号电路符号电路符号2023/2/272023/2/2710第十页，本课件共有57页五、主要参数五、主要参数3 3、输入失调电压、输入失调电压、输入失调电压、输入失调电压U U U Uioioioio：理想的运放，当输入电压：理想的运放，当输入电压u ui1i1i1i1=u=u=u=ui2i2=0=0时，时，时，时
17、，输出电压输出电压输出电压输出电压u u u u0 0=0=0=0=0。但在实际运放中，由于制造中元件参数的不。但在实际运放中，由于制造中元件参数的不。但在实际运放中，由于制造中元件参数的不。但在实际运放中，由于制造中元件参数的不对称性等原因，当输入电压为零时，输出电压不等于零。反对称性等原因，当输入电压为零时，输出电压不等于零。反对称性等原因，当输入电压为零时，输出电压不等于零。反对称性等原因，当输入电压为零时，输出电压不等于零。反过来说，如果要过来说，如果要过来说，如果要过来说，如果要u u0 0 0 0=0=0=0=0，必须在输入端加一个很小的补偿电压，必须在输入端加一个很小的补偿电压，
18、必须在输入端加一个很小的补偿电压，必须在输入端加一个很小的补偿电压，它就是输入失调电压。它就是输入失调电压。它就是输入失调电压。它就是输入失调电压。2 2 2 2、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数A A A Auouououo：在没有外接反馈电路时所测：在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数，称为开环电压放大倍数。出的差模电压放大倍数，称为开环电压放大倍数。1 1、最大能输出电压、最大能输出电压U U U UOPPOPPOPPOPP：能使输出电压和输入电压保持不能使输出电压和输入电压保持不能使输出电压和输入电压保持不能使输出电压和输入电压保持不失真关
19、系的最大输出电压，称为运算放大器的最大能输出电失真关系的最大输出电压，称为运算放大器的最大能输出电失真关系的最大输出电压，称为运算放大器的最大能输出电失真关系的最大输出电压，称为运算放大器的最大能输出电压。压。压。压。2023/2/272023/2/2711第十一页，本课件共有57页5 5 5 5、输入偏置电流、输入偏置电流、输入偏置电流、输入偏置电流I IiBiB 输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，称为输入偏置电流。值，称为输入偏置电流。值，称为输
20、入偏置电流。值，称为输入偏置电流。4 4 4 4、输入失调电流、输入失调电流I I I Iioioioio：输入失调电流是指输入信号为零时，：输入失调电流是指输入信号为零时，：输入失调电流是指输入信号为零时，：输入失调电流是指输入信号为零时，两个输入端静态基极电流之差。两个输入端静态基极电流之差。两个输入端静态基极电流之差。两个输入端静态基极电流之差。6 6、最大共模输入电压、最大共模输入电压U UiCMiCMiCMiCM 运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的范
21、围内才具备。是在规定的范围内才具备。是在规定的范围内才具备。是在规定的范围内才具备。2023/2/272023/2/2712第十二页，本课件共有57页六、理想运算放大器及其分析依据六、理想运算放大器及其分析依据1 1、理想运算放大器条件、理想运算放大器条件实际运放上述指标接近理想化条件，故用理想运放代替实际实际运放上述指标接近理想化条件，故用理想运放代替实际运放所引起的误差并不严重，在工程上是允许的。运放所引起的误差并不严重，在工程上是允许的。ridu0r0u-u+u0A Au0u0开环放大倍数开环放大倍数A Auouo差模输入电阻差模输入电阻r r r ridid开环输出电阻开环输出电阻r
22、ro o o o00u uo o o o=A=Auouououo(u(u+-u-u-u-u-)共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比K KCMRRCMRRu uo o=(u=(u=(u=(u+-u-u-u-u-)2023/2/272023/2/2713第十三页，本课件共有57页o+Uo(sat)-Uo(sat)u+-u-u0 右图所示为运放右图所示为运放右图所示为运放右图所示为运放输入和输出电压的关输入和输出电压的关系曲线，称为系曲线，称为传输特性传输特性。从图中看到，实际特性与从图中看到，实际特性与理想特性很接近。理想特性很接近。实际特性理想特性2 2、分析依据：、分析依据：分析运放电路时
23、，首先要区分集成运放是工作在线性分析运放电路时，首先要区分集成运放是工作在线性分析运放电路时，首先要区分集成运放是工作在线性分析运放电路时，首先要区分集成运放是工作在线性区还是非线性区（饱和区）区还是非线性区（饱和区）区还是非线性区（饱和区）区还是非线性区（饱和区）2023/2/272023/2/2714第十四页，本课件共有57页o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性u+-u-线性区饱和区饱和区 从运放的传输特性看，可从运放的传输特性看，可从运放的传输特性看，可从运放的传输特性看，可分为线性区和饱和区，运放在分为线性区和饱和区，运放在分为线性区和饱和区，运放在分为线性区和饱和区，运放在不同
24、区工作时的分析方法不同：不同区工作时的分析方法不同：不同区工作时的分析方法不同：不同区工作时的分析方法不同：线性区：线性区：线性区：线性区：u u u uo o=A=Auouo(u(u+-u-u-u-u-)因为因为u u u uo o o o为有限值，为有限值，A Auouo为无限大，为无限大，为无限大，为无限大，所以所以所以所以(u(u(u(u+-u-u-u-u-)0)0)0)0。即。即u u u u+u u u u-我们称为我们称为“虚短虚短虚短虚短”因为因为因为因为r ridid ，故两输入端的输入，故两输入端的输入电流为零。电流为零。我们称为我们称为“虚断虚断”ridu0r0U-U+u
25、0A Au0u02023/2/272023/2/2715第十五页，本课件共有57页o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性u+-u-线性区饱和区饱和区饱和区：饱和区：饱和区：饱和区：u uo oAAuouououo(u(u+-u-u-)当当u u u u+uu-时时,u,uo o=+U=+U=+U=+Uo(sat)o(sat)当当u u u u+uuuu-时时时时,u,u,u,uo o o o=-U=-Uo(sat)o(sat)o(sat)o(sat)但两输入端的输入电流但两输入端的输入电流但两输入端的输入电流但两输入端的输入电流仍为零。仍为零。仍为零。仍为零。2023/2/272023/2
26、/2716第十六页，本课件共有57页17-2 17-2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用理想运放应满足的条件：理想运放应满足的条件：由此得出了两个重要结论由此得出了两个重要结论 ridu0r0U-U+u0A Au0u0(1)(1)“虚短虚短”(2)(2)“虚断虚断”但是，这两个条件的使用必须是运放工作在线性区。但是，这两个条件的使用必须是运放工作在线性区。我们已经知道：我们已经知道：A Auouo，则当输入差模信号极小，则当输入差模信号极小时（如毫伏级以下的信号），也足以使时（如毫伏级以下的信号），也足以使运放饱和。运放饱和。4 4、共模抑制比、共模抑制比K KCM
27、RRCMRR3 3、开环输出电阻、开环输出电阻r ro o2 2、差模输入电阻、差模输入电阻r ridid1 1、开环放大倍数、开环放大倍数A Auouo0 02023/2/272023/2/2717第十七页，本课件共有57页下面我们就分别讨论之。下面我们就分别讨论之。uou-u+-但我们也已经知道：负反馈能减小放大电路但我们也已经知道：负反馈能减小放大电路的放大倍数，而且反馈愈深这种作用愈明显；加的放大倍数，而且反馈愈深这种作用愈明显；加上负反馈在其它方面还可以改善放大电路的性能，上负反馈在其它方面还可以改善放大电路的性能，所以所以 接下来的问题是接下来的问题是接下来的问题是接下来的问题是负
28、反馈负反馈从输从输从输从输出端引到同相端还是反相端。出端引到同相端还是反相端。出端引到同相端还是反相端。出端引到同相端还是反相端。解决的方法是：在电路中引入解决的方法是：在电路中引入解决的方法是：在电路中引入解决的方法是：在电路中引入深度负反馈深度负反馈深度负反馈深度负反馈。R反相输入端。反相输入端。2023/2/272023/2/2718第十八页，本课件共有57页17.2.117.2.1、比例运算、比例运算电路结构电路结构虚短虚短QR2R1RFuiu0iFi1闭环放大倍数闭环放大倍数1 1、反相比例、反相比例 u u-=u=u+又又虚断虚断 u u-=u=u+=0=0则电流则电流i i1 1
29、等于等于电流电流i iF F2023/2/272023/2/2719第十九页，本课件共有57页 当当当当实实实实际际际际运运运运放放放放接接接接近近近近于于于于理理理理想想想想运运运运放放放放的的的的条条条条件件件件时时时时，其其其其精精精精度度度度主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于电电电电阻阻阻阻，这这这这是是是是因因因因为为为为电电电电路路路路中中中中采采采采用用用用了了了了极极极极深深深深度度度度的的的的负负负负反反反反馈馈馈馈而而而而获获获获得的重要优点。得的重要优点。得的重要优点。得的重要优点。对对于于反反相相比比例例运运算算还还有有“虚虚地地”的的概概念念。反反相相端端为为虚
30、虚地地的的现现象象是是反反相相输输入入运运算算放放大大器器的的重重要要特特点点，应应当当指指出出“虚虚虚虚地地地地”并并并并非非非非真真真真正的地。正的地。正的地。正的地。反相器时当,1,1-=ufFARRR2R1RFuiu0iFi12023/2/272023/2/2720第二十页，本课件共有57页闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻电压并联负反馈电压并联负反馈特点：特点：特点：特点：R2R1RFuiu0iFi1a.a.共模输入电压为共模输入电压为0 0b.rb.rb.rb.ro o o o=0=0带负载能力强带负载能力强c.rc.rc.rc
31、.ri i i i小对输入电流有一定的要求小对输入电流有一定的要求小对输入电流有一定的要求小对输入电流有一定的要求2023/2/272023/2/2721第二十一页，本课件共有57页 R2R2R2R2为平衡电阻，其目为平衡电阻，其目为平衡电阻，其目为平衡电阻，其目的是消除静态时的不对的是消除静态时的不对的是消除静态时的不对的是消除静态时的不对称对输出电压的影响，称对输出电压的影响，称对输出电压的影响，称对输出电压的影响，它它它它不影响放大倍数。不影响放大倍数。对双极型三极管组成的对双极型三极管组成的对双极型三极管组成的对双极型三极管组成的电路有要求。电路有要求。电路有要求。电路有要求。R2=R
32、1/RF特别说明：特别说明：R2R1RFuiu0iFi1P112P112例例17.2.117.2.1请同学自学。请同学自学。2023/2/272023/2/2722第二十二页，本课件共有57页R2R1R3uiu0i3i1R4R5i4i5ai1=i3=i4+i5Ui/R1=-Ua/R3-Ua/R3=Ua/R4+(Ua-U0)/R52023/2/272023/2/2723第二十三页，本课件共有57页R2R1RFuiu0iFi1闭环放大倍数闭环放大倍数闭环放大倍数闭环放大倍数因为虚短因为虚短u+=u-=ui因为虚断因为虚断因为虚断因为虚断 iF F=i1(u(u0-u-ui i)/R)/RF F=u
33、i/R/R1电路结构电路结构2 2、同相比例、同相比例R2RFuiu02023/2/272023/2/2724第二十四页，本课件共有57页闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻R2R1RFuiu0iFi1特点：特点：A A A A 共模共模u u u u+=u=u-=u=u=u=uI I I I 对对对对 K K K KCMRRCMRR要求高要求高要求高要求高B rB ro o=0=0=0=0带负载能力强带负载能力强C rC rC rC rI I高高电压串联负反馈电压串联负反馈2023/2/272023/2/2725第二十五页，本课件共有57页接有分压电阻接有分压电阻R R3 3时，时，
34、A Aufuf的求法为：的求法为：R1/RF=R2/R3平衡电阻：平衡电阻：电压串联负反馈电压串联负反馈R2R1RFuiu0iFi1R32023/2/272023/2/2726第二十六页，本课件共有57页17.2.217.2.2、加法运算、加法运算1 1、反相加法运算、反相加法运算、反相加法运算、反相加法运算因为因为因为因为 i1 1+i2+i+i3=i=iF所以所以所以所以 ui1/R/R1111+u+ui2/R/R12+ui3/R13=(0-u0)/R)/RF F特点：放大倍数互不影响。特点：放大倍数互不影响。特点：放大倍数互不影响。特点：放大倍数互不影响。R2R11RFui1u0iFR1
35、2R13ui2ui3i1i2i32023/2/272023/2/2727第二十七页，本课件共有57页R21R1RFui1u0iFi1R22R23ui22 2 2 2、同相加法运算、同相加法运算2023/2/272023/2/2728第二十八页，本课件共有57页从这里可以看出，本电路的同从这里可以看出，本电路的同相放大倍数最多只能比反相大相放大倍数最多只能比反相大1 117.2.317.2.3、减法运算、减法运算R2R1RFui2u0iFi1R3ui1u ui1i1为电流并联负反馈；为电流并联负反馈；u ui2i2为电压串联负反馈为电压串联负反馈2023/2/272023/2/2729第二十九页
36、，本课件共有57页这在后面所讲的这在后面所讲的设计电路中非常有用。设计电路中非常有用。R2R1RFui2u0iFi1R3ui1ui3R42023/2/272023/2/2730第三十页，本课件共有57页17.2.417.2.4、积分运算、积分运算R2R1CFuiu0iFi12023/2/272023/2/2731第三十一页，本课件共有57页R2R1CFuiu0iFi1-U0（sat)积分电路除用于信号运算积分电路除用于信号运算处，还用于控制测量系处，还用于控制测量系统中、方波三角波变换。统中、方波三角波变换。当当U UI I大于大于0 0时时tu00 0+U0（sat)当当U UI I小于小于
37、0 0时时+与以前学过的与以前学过的与以前学过的与以前学过的RCRCRCRC积分电路相比，积分电路相比，积分电路相比，积分电路相比，运放所构成的有源积分电路其积分曲线运放所构成的有源积分电路其积分曲线运放所构成的有源积分电路其积分曲线运放所构成的有源积分电路其积分曲线的线性度较好。因为：的线性度较好。因为：的线性度较好。因为：的线性度较好。因为：充电电流充电电流充电电流充电电流基本恒定基本恒定基本恒定基本恒定2023/2/272023/2/2732第三十二页，本课件共有57页PI调节器 右图是在控制和测量右图是在控制和测量系统中常用的比例系统中常用的比例-积分积分调节器（调节器（PIPI调节器
38、）：调节器）：ui1uo +-R2CFi1R1PI调节器ifucRF2023/2/272023/2/2733第三十三页，本课件共有57页17.2.517.2.5、微分运算、微分运算R2C1RFuiu0iFi1P119P119例例17.2.817.2.8是一个比例是一个比例-微分调节器微分调节器（简称（简称PDPD调节器），自学。调节器），自学。2023/2/272023/2/2734第三十四页，本课件共有57页例如：试画出下列函数关系的运算电路例如：试画出下列函数关系的运算电路17.2.617.2.6、已知输出与输入的函数关系，设计电路。、已知输出与输入的函数关系，设计电路。(1)u(1)u0
39、 0=-5u=-5ui i(2)u(2)u0 0=5u=5ui i(4)u(4)u0 0=5u=5ui1i1-2u-2ui2i2(3)u(3)u0 0=-5u=-5ui1i1+2u+2ui2i2R2R1RFuiu0R2R1RFuiu0iFi1R2R1RFui2u0iFi1R3ui1R2R1RFui2u0iFi1R3ui1R42023/2/272023/2/2735第三十五页，本课件共有57页17-3 17-3 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用 运运算算放放大大器器除除了了能能对对输输入入信信号号进进行行运运算算外外，还还能能对对输输入入信信号号进进行行处处理理。信信
40、号号处处理理电电路路的的种种类很多，这里只讨论几种常用电路的工作原理。类很多，这里只讨论几种常用电路的工作原理。17.3.117.3.117.3.117.3.1、有源滤波器、有源滤波器 所所所所谓谓谓谓滤滤波波器器就就是是一一种种选选频频网网络络，它它它它让让让让有有有有用用用用信信信信号号号号通通通通过过过过，而而而而对对对对其其其其余余余余频频频频段段段段的的的的信信信信号号号号起起起起衰衰衰衰减减减减作作作作用用用用。它它它它可可可可以以以以只只只只用用用用一一一一些些些些无无无无源源源源元元元元件件件件（R R R R、L L、C C等等等等）组组组组成成成成，也也也也可可可可以以以以
41、用用用用无无无无源源源源元元元元件件件件与与与与有有有有源源源源元元元元件件件件组组组组成成成成，前前前前者者者者称称称称为为为为无无源源滤滤波波器器，后后后后者者者者称称称称为为为为有有源源滤滤波波器器。和和无无源源滤滤波波器器比比较较，有有源源滤滤波波器器的的主主要要优优点点是是：效效率率高高、带带负负载载能能力力强强、体体积积小小、效效率率高高。2023/2/272023/2/2736第三十六页，本课件共有57页缺点：缺点：1 1、用于低频（受集成运放的限制）、用于低频（受集成运放的限制）2 2、必须有直流电源、必须有直流电源 3 3、可靠性差、可靠性差 4 4、不能用于高电压大电流、不
42、能用于高电压大电流滤波器按其作用可分为：滤波器按其作用可分为：0 0f fA Au u低通低通低通低通高通高通高通高通带通带通带阻带阻0 0f fA Au u0 0f fA Au u0 0f fA Au u2023/2/272023/2/2737第三十七页，本课件共有57页前面我们已经讲过前面我们已经讲过RCRC组成的组成的无源滤波器无源滤波器R RC Cu ui iu u0 0R RC Cu ui iu u0 0无源低通滤波器无源低通滤波器无源高通滤波器无源高通滤波器R2R1RFuiu0R RC Cu ui iu u0 0R RC Cu ui iu u0 0有源低通滤波器有源低通滤波器有源高
43、通滤波器有源高通滤波器2023/2/272023/2/2738第三十八页，本课件共有57页一、低通滤波器一、低通滤波器uiuo +-RC有源低通滤波器ucRFR12023/2/272023/2/2739第三十九页，本课件共有57页o幅频特性式中的式中的称为特征频率称为特征频率A Aufuf的模为的模为幅频特性幅频特性2023/2/272023/2/2740第四十页，本课件共有57页o幅频特性2023/2/272023/2/2741第四十一页，本课件共有57页二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器RR1RFuiu0CRC2023/2/272023/2/2742第四十二页，本课件共有57页二、高通滤
44、波器二、高通滤波器有源高通滤波器uiuo +-RCRFR12023/2/272023/2/2743第四十三页，本课件共有57页o幅频特性式中的式中的称为特征频率称为特征频率A Aufuf的模为的模为幅频特性幅频特性2023/2/272023/2/2744第四十四页，本课件共有57页o幅频特性2023/2/272023/2/2745第四十五页，本课件共有57页17.3.2、采样保持电路 当输入信号变化较快时要求输出信号能快速而准确当输入信号变化较快时要求输出信号能快速而准确地跟随输入信号的变化进行间隔采样。在两次采样之间地跟随输入信号的变化进行间隔采样。在两次采样之间保持上一次采样结束时的状态。
45、采样保持技术常用于数保持上一次采样结束时的状态。采样保持技术常用于数字电路、计算机和程序控制等装置中。字电路、计算机和程序控制等装置中。uiuo +-RC采样保持电路ucR1S控制信号控制信号ououi采采样样 保保持持t输入输出波形控制信号控制信号2023/2/272023/2/2746第四十六页，本课件共有57页17.3.3、电压比较器uRuo +-R2电压比较器R1ui 运放工作于运放工作于开环状态，开环状态，u uR R R R是参考电压，是参考电压，当输入与参当输入与参当输入与参当输入与参考电压有微小差值时，输出考电压有微小差值时，输出考电压有微小差值时，输出考电压有微小差值时，输出
46、信号便会达到饱和，即运放信号便会达到饱和，即运放信号便会达到饱和，即运放信号便会达到饱和，即运放工作于非线性工作于非线性工作于非线性工作于非线性饱和区。饱和区。饱和区。饱和区。u u u uR R等于零时，称为过零等于零时，称为过零比较器。比较器。Uo(sat)-Uo(sat)o传输特性uouiuR其传输特性如图所示其传输特性如图所示2023/2/272023/2/2747第四十七页，本课件共有57页Uo(sat)-Uo(sat)o传输特性uouiuRouotuRUo(sat)-Uo(sat)o比较器将正弦波变换为矩形脉冲uotuRuo +-R2电压比较器R1ui电压比较器可以用做波形变换电压
47、比较器可以用做波形变换2023/2/272023/2/2748第四十八页，本课件共有57页uRuo +-R2有限幅电压比较器R1uiDz传输特性+UzououiuR-Uz 有时为了将输出电压限制在某有时为了将输出电压限制在某一特定值，以与接在输出端的数字一特定值，以与接在输出端的数字电路的电平配合，可在比较器的输电路的电平配合，可在比较器的输出端与反相端之间跨接一个双向稳出端与反相端之间跨接一个双向稳压管压管DzDz，作双向限幅用。，作双向限幅用。uRuo +-R2有限幅电压比较器R1uiDz2023/2/272023/2/2749第四十九页，本课件共有57页例题例题17.3.1 电路如图所示
48、，输入电压是一正弦电压，试分析电路如图所示，输入电压是一正弦电压，试分析并画出输出电压并画出输出电压u01、u02、u03的波形。的波形。uo1 +-R2R1uiC CD DR RL Luo2uo3 解解 Uo(sat)-Uo(sat)o传输特性uo1uiuRotuiotu01otu02tu03o2023/2/272023/2/2750第五十页，本课件共有57页17-4 17-4 运算放大器在信号测量方面的应用运算放大器在信号测量方面的应用+-+-uiu0R1R2R32023/2/272023/2/2751第五十一页，本课件共有57页+-+-uiR1R2R3R5R4R6u0R7u01R4=R5
49、,R6=R72023/2/272023/2/2752第五十二页，本课件共有57页17-5 17-5 使用注意事项使用注意事项17.5.117.5.1、合理选用元件、合理选用元件 CC中国制造中国制造 FF放大器放大器 CF741CF741 LM324/224/124 LM324/224/124 LM328/228/128 LM328/228/128 低温漂，高精度，高输入阻抗低温漂，高精度，高输入阻抗17.5.217.5.2、调零、调零 例：例：LM741LM74117.5.317.5.3、保护（输入、输出、电源）、保护（输入、输出、电源）2023/2/272023/2/2753第五十三页，本课件共有57页R2R1RFuiu0输入保护输入保护2023/2/272023/2/2754第五十四页，本课件共有57页输出保护输出保护u0R2R1RFui2023/2/272023/2/2755第五十五页，本课件共有57页电源保护电源保护u0R2R1RFui4 4-E-E+E+E2023/2/272023/2/2756第五十六页，本课件共有57页17.5.417.5.4、扩流（、扩流（P138P138）功放（射随器，单方向）功放（射随器，单方向）R2R1RFuiu0+E+E2023/2/272023/2/2757第五十七页，本课件共有57页