电子技术第三章集成电路.ppt

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1、第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.13.1 集成运放的简介集成运放的简介*集成集成电路路:是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上时制造在一块半导体芯片上,组成一个不可分的整体。组成一个不可分的整体。*集成运算放大器集成运算放大器: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。放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。*集成电路优点集成电路优点:工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小耗

2、小,可靠性高、价格低。可靠性高、价格低。*集成电路分类：模拟集成电路、数字集成电路；小、中、集成电路分类：模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；大、超大规模集成电路；集成电路简介集成电路简介第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.13.1 集成运放的简介集成运放的简介*集成电路结构特点集成电路结构特点:(1)(1)电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。元器件参数的一致性和对称性好温度均一性好。元器件参数的一致性和对称性好.(2)(2)电阻的阻值受到限制电阻的阻值受到限制,由硅半导体构成由硅半导体

3、构成,范围在几十到范围在几十到2020千欧。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。千欧。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。(3)(3)电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感和变压器均需外接；和变压器均需外接；电容容值在在几十几十 pF pF 以下的小电容用以下的小电容用PNPN结结的结电容构成、大电容通常外接。的结电容构成、大电容通常外接。(4)(4)二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。(5)(5)电路结构是直接耦合方式电路结构是直接耦合方式.集成电路特点集成电路特点第三章第三章 集成运算放大器集成运算放

4、大器 3.13.1 集成运放的简介集成运放的简介*集成电路内部结构集成电路内部结构:(1)(1)输入级：输入电阻高输入级：输入电阻高,能减小零点漂移和抑制干扰信号能减小零点漂移和抑制干扰信号,都采用带恒都采用带恒流源的差分放大器。流源的差分放大器。(2)(2)中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电中间级：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。路构成。(3)(3)输出级：与负载相接输出级：与负载相接,要求输出电阻低要求输出电阻低,带负载能力强，一般由互补带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。对称电路或射极输出器构成。(4)(4)偏置电路偏置电路

5、:多由镜像恒流源等电路组成多由镜像恒流源等电路组成,提供合适工作电流提供合适工作电流.输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级偏置偏置电路电路集成电路结构集成电路结构第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.23.2 直耦放大电路问题直耦放大电路问题*零漂现象：输入零漂现象：输入u ui i=0=0时，输出有缓慢变化的电压产生。时，输出有缓慢变化的电压产生。*产生零漂的原因产生零漂的原因:由温度变化引起的。当温度变化使第一级由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时放大器的静态工作点发生微小变化时,这种变化量会被后面这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端

6、产生较大的电压漂移。因而的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。零点漂移也叫温漂。*零漂的衡量方法：将输零漂的衡量方法：将输出漂移电压按电压增益出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。折算到输入端计算。零点漂移问题零点漂移问题第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.23.2 直耦放大电路问题直耦放大电路问题*零漂现象示例零漂现象示例:假设一个假设一个2 2级放大器级放大器,A,Au1u1=100,A=100,Au2u2=100.=100.则总则总A Au u=10000.=10000.若输出有若输出有1V1V的漂移电压的漂移电压,那么那么,等效输入端有等效输

7、入端有100100vv的输入的输入.*减小零漂的措施减小零漂的措施:(1)(1)用用热敏元件进行温度补偿热敏元件进行温度补偿;(2)(2)引入直流负反馈以稳定引入直流负反馈以稳定 Q Q 点；点；(2)(2)采用差采用差动放大放大电路路(常用且有效的方法常用且有效的方法).零点漂移问题零点漂移问题等效等效 100V漂移漂移 1 V第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*差分放大电路的组成差分放大电路的组成:差分放大电路是由对称的两个基本放差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的。大电路，通过射极公共电阻耦合构成的。*对称的含

8、义对称的含义:是两个三极管的特性一致，如放大倍数是两个三极管的特性一致，如放大倍数,动态动态输入电阻输入电阻,反向饱和电流等电路参数对应相等反向饱和电流等电路参数对应相等.即：即：1=2=VBE1=VBE2=VBE rbe1=rbe2=rbe ICBO1=ICBO2=ICBO RC1=RC2=RC Rb1=Rb2=Rb典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*几个基本概念几个基本概念:1.1.差动放大电路一般有两个输入端：差动放大电路一般有两个输入端：双端输入双端输入从两输入端同时加信号。从两输入端同时加信号。单端输入单端输

9、入仅从一个输入端对地加信号。仅从一个输入端对地加信号。2.2.差动放大电路可以有两个输出端。差动放大电路可以有两个输出端。双端输出双端输出从从C1和和C2输出。输出。单端输出单端输出从从C1或或C2 对地输出对地输出。典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*几个基本概念几个基本概念:3.3.差模信号与共模信号差模信号与共模信号差模信号差模信号2个输入信号相减，个输入信号相减，uid=ui1-ui2。共模信号共模信号2个输入信号相加，个输入信号相加，uic=(ui1+ui2)/2。差模电压增益差模电压增益差模信号差模信号输入

10、入时,电压放大倍数，放大倍数，共模共模电压增益增益共模信号共模信号输入入时,电压放大倍数，放大倍数，总输出出电压差模和共模差模和共模输出之和：出之和：4.共模抑制比共模抑制比差模差模电压增益增益/共模共模电压增益的增益的绝对值。可。可以用来反映以用来反映电路抑制共模信号的能力。路抑制共模信号的能力。典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*原理分析要点原理分析要点:(1):(1)差分放大电路的静态和动态计算方法与差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时基本放大电路基本相同。为了使差分

11、放大电路在静态时,其其输入端基本上是零电位，将输入端基本上是零电位，将R Re e从接地改为接负电源从接地改为接负电源V VEEEE。(2)(2)分析方法要注意分析方法要注意2 2个等效关系个等效关系:对每个三极管对每个三极管ReRe等效等效2 2倍倍Re,Re,差差模模输入的虚地问题输入的虚地问题.IE1IE2典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*静态分析静态分析:由于由于对称性称性,两个管子的参数相同两个管子的参数相同,所以所以,只需用只需用分析一个管子的分析一个管子的电压电流就可以了流就可以了.因因为Rb较小，其上

12、的小，其上的电压降可忽略不降可忽略不计。根据直流通路知，根据直流通路知，输入入为零零时,可忽略可忽略Ib，有：有：Ub1=Ub2=0V.Re上的上的电流流为2管子的管子的电流和流和.即即I IE E=(UEEUBE)Re=2IE1=2IE2I IE1=I IE2=IE22=(UEEUBE)22ReUEE22Re;所以所以,对每个三极管来说对每个三极管来说,此处的此处的Re等效等效2个个Re.典型结构与原理典型结构与原理IE1IE2UBE第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*静态分析静态分析:基极电流基极电流,UCE和输出电压分别为和输出电压分别为I

13、 IB1=I IB2=I IE1/(1+););UCE1=UCE2UCC+UEE-(R-(RC CI IE1+R+ReI IE)=UCC+UEE(R(RC C+2R+2Re)I)IE1Uo=UC1-UC2=0；典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*动态分析动态分析:(1)对共模信号的抑制作用共模信号的抑制作用:由于由于对称称,射极射极电阻阻Re对共模信号的共模信号的负反反馈作用，抑制了每作用，抑制了每只晶体管集只晶体管集电极极电流的流的变化，从而抑制集化，从而抑制集电极的极的电位的位的变化化。共模信号的。共模信号的输入使

14、两管集入使两管集电极极电压有相同的有相同的变化化.所以所以,uoc=uoc1-uoc20.*对温度抑制作用温度抑制作用:电路参数的理想路参数的理想对称性，温度称性，温度变化化时管子管子的的电流流变化完全相同，使差分放大化完全相同，使差分放大电路路对共模信号有很共模信号有很强的的抑制作用。由于温度抑制作用。由于温度对电路的影响是同步的路的影响是同步的,故可以将温度故可以将温度漂移等效成共模信号，所以漂移等效成共模信号，所以,差分放大差分放大电路能很好地抑制零路能很好地抑制零漂漂(温漂温漂).典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大

15、电路*动态分析动态分析:(2)对差模信号的放大作用差模信号的放大作用:(下面的特点下面的特点对共模信号不成立共模信号不成立)对差模信号差模信号有二个有二个“虚地虚地”:E点点电电位在差模信号作用下不位在差模信号作用下不变变，相当于接，相当于接“地地”。因。因为为若若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不不变 UE不不变负载电阻的中点阻的中点电位在位在差模信号作用下不差模信号作用下不变，相当于接相当于接“地地”。因。因为,若若设u01 ,u02 ,又有又有u01=u02,相当于相当于RL的中点电位为的中点电位为0,等于每个负载只有等于每个负载只有RL/2.典型结构与原理典

16、型结构与原理R Re eR Rb1b1R Rb2b2-V-VEEEEuI1uI2R RC2C2R RC1C1+uId-+-+uod-E第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*动态分析动态分析:(2)对差模信号的放大作用差模信号的放大作用:因因为ui1=-ui2,设设ui1 ,ui2 uo1 ,uo2 。电路对称电路对称uo1=uo2 uod=uo1 uo2=2 uo1 差模差模uid=ui1 ui2=ui1 (-ui1)=2 ui1 差模差模电压放大倍数放大倍数:典型结构与原理典型结构与原理差模信号虚地差模信号虚地第三章第三章 集成运算放大器集成运算

17、放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*动态分析动态分析:(3)差模差模输入入电阻阻:典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*动态分析动态分析:(4)输出出电阻阻(输入信号源短接入信号源短接,负载电阻开路阻开路,三极管好像开三极管好像开路路,在在输出回路中出回路中,就只有就只有2个个RC并并联)典型结构与原理典型结构与原理RCio第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*差动放大器有差动放大器有4 4种输入输出的形式种输入输出的形式 1.双端双端输入、双端入、双端输出（双出

18、（双-双）双）:输入入输出端没有接出端没有接地地.2.双端双端输入、入、单端端输出（双出（双-单）:输入端没有接地入端没有接地,输出端有一个端口接地出端有一个端口接地输出出.3.单端端输入、双端入、双端输出（出（单-双）双）:输入端口有一个接入端口有一个接地地输入入,输出端口没有接地出端口没有接地.4.单端端输入、入、单端端输出（出（单-单）:输入和入和输出端口都出端口都是用一个端口接地是用一个端口接地输入和入和输出出.输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路1.双端双端输入、双端入、双端输出出:输入入输出端没有接地出端没有

19、接地.(1)差模差模电压放大倍数放大倍数:(2)共模共模电压放大倍数放大倍数 (3)差模差模输入入电阻阻(4)输出出电阻阻输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路2.双端双端输入、入、单端端输出出:输入端没有接地入端没有接地,输出端有一个端口出端有一个端口接地接地输出出.这种方式适用于将差分信号种方式适用于将差分信号转换为单端端输出的信出的信号。号。(1)差模差模电压放大倍数放大倍数:RL输入和输出方式输入和输出方式负载接地接地第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路2.双端双端输入

20、、入、单端端输出出(2)差模差模输入入电阻阻(同第一种情况同第一种情况)(3)输出出电阻阻(同普通情况同普通情况,负载开开路路,信号源短接信号源短接)(4)输出出电压因因为共模共模输出不能抵消出不能抵消,所以所以输出包含有共模信号出包含有共模信号(虽然共模信号很小然共模信号很小).输入和输出方式输入和输出方式RL第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路(5)共模共模电压放大倍数放大倍数先画出画出共模等效先画出画出共模等效电路路,即交流通路即交流通路.输入和输出方式输入和输出方式等效2Re第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大

21、电路差动放大电路(6)共模抑制比共模抑制比根据定根据定义得得输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路3.单端端输入、双端入、双端输出出:因因为,差模信号差模信号uid=ui1-0=ui1,相当于相当于T1和和T2都只得到一半的都只得到一半的输入信号入信号.即即ui1=ui2 =ui/2.可以把它可以把它们当成双端当成双端输入来入来处理理.结论也一致也一致.这种情况下种情况下,输出也减少出也减少1半半.(1)差模差模电压放大倍数放大倍数:(2)共模共模电压放大倍数放大倍数 (3)差模差模输入入电阻阻(4)输出出电阻阻输入和输出

22、方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路4.单端端输入、入、单端端输出出:同双入同双入单出分析相同出分析相同.结论也一也一样.(1)差模差模电压放大倍数放大倍数:(2)共模共模电压放大倍数放大倍数 (3)差模差模输入入电阻阻(4)输出出电阻阻输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*差差动放大器放大器动态参数参数计算算总结(P130.表表)(1)差模差模电压放大倍数放大倍数与与单端端输入入还是双端是双端输入无关，只入无关，只与与输出方式有关。出方式有关。(2)共模共

23、模电压放大倍数放大倍数与与单端端输入入还是双端是双端输入无关，只入无关，只与与输出方式有关。出方式有关。(3)差模差模输入入电阻阻与与输入入输出的形式无关，差模出的形式无关，差模输入入电阻阻Rid是基本放大是基本放大电路的两倍。由于共模信号通常是要减少的路的两倍。由于共模信号通常是要减少的量量,如温度等如温度等,所以所以,不不讨论共模共模输入入电阻阻问题.(4)输出出电阻阻由由输出决定，出决定，单端端输出出为Rc，双端，双端输出出为2Rc。输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路

24、的性能在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能,欲欲稳定某个定某个电量，将量，将该电量反量反馈回回输入回路。入回路。就可以达到预定的就可以达到预定的指标。指标。例如，采用直流负反馈稳定静态工作点的方法例如，采用直流负反馈稳定静态工作点的方法.*放大电路中的反馈，是指将放大电路中的反馈，是指将放大电路输出电量放大电路输出电量(输出电压输出电压或输出电流或输出电流)的一部分或全部，的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入通过一定的方式，反送回输入回路中。回路中。稳定静定静态工作点的工作点的电路，路，UBEQ UBQ ICQRE，ICQ(IEQ)反馈回输入回路反馈回输入回路.反馈的基本概念反

25、馈的基本概念UB一定一定TUBEICICUEIB第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*正向传输正向传输信号从输入端向输出端的传输。信号从输入端向输出端的传输。*反向反向传输信号从信号从输出端向出端向输入端的入端的传输.*开环与闭环系统开环与闭环系统:(1):(1)开环开环:电路中只有正向传输，没有反向电路中只有正向传输，没有反向传输，称为开环系统。传输，称为开环系统。(2)(2)闭环:既有正向传输，又有既有正向传输，又有反向反向传输的系的系统,称为闭环系统。称为闭环系统。信号的正向传输信号的正向传输信号的正向传输信号的正向传输反馈传输反馈传输(

26、通路通路)（反馈网络）（反馈网络）反馈的基本概念反馈的基本概念第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈:根据反馈信号的性质根据反馈信号的性质,可以分为直流可以分为直流反馈和交流反馈反馈和交流反馈.(1)直流反直流反馈:只在直流通路中存在的反只在直流通路中存在的反馈,而在交流通路中没有反而在交流通路中没有反馈的反的反馈.(2)交流反交流反馈:只在交流通只在交流通路中存在的反路中存在的反馈,而在直流通路中没有反而在直流通路中没有反馈的反的反馈.(3)交直交直流反馈流反馈:反馈量中既有直流分量也有交流分量的反馈反馈量

27、中既有直流分量也有交流分量的反馈.反馈的类型反馈的类型直流反直流反馈交流反交流反馈第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*正反馈与负反馈正反馈与负反馈:根据反馈效果根据反馈效果,可分为正反馈和负反馈可分为正反馈和负反馈.(1)正反正反馈:输入量不入量不变时，引入反，引入反馈后使后使净输入量增加，放入量增加，放大倍数增加。大倍数增加。即即Xd Xi (Xd=Xi-Xf).(2)负反反馈:输入量不入量不变时，引入反，引入反馈后使后使净输入量减小，放入量减小，放大倍数减小。大倍数减小。即即Xd 1,有有f A/AF=1/F;负反反馈条件条件:|1+AF

28、|1,|f|；正反正反馈条件条件:|1+AF|；自激振自激振荡条件条件:|1+AF|=0,|f|.+AFxixidxoxf.负反馈放大器的组态负反馈放大器的组态.第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*负反馈放大器对负反馈放大器对稳定性的影响定性的影响提高提高稳定性定性稳定性的定义稳定性的定义增益的相对变化率，增益的相对变化率，dA/A越小，稳定性越小，稳定性就越好。根据关系就越好。根据关系Af=A/（1+AF），对），对A求导，得求导，得dAf/A=1/(1+AF)2;可以得到可以得到dAf/Af=(dA/A)(1/(1+AF).式中式中dA/

29、A为无反无反馈的相的相对变化率化率,式子式子表明，有反馈的稳表明，有反馈的稳定性是无反馈的稳定性的定性是无反馈的稳定性的1/(1+AF)倍。倍。因为，因为，1+AF1,所以，所以，dAf/Af ube，所以所以 rif 提高了提高了(|1+F|倍倍)。uiubeib+.负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响uiubeib+uf+第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*负反馈放大器对负反馈放大器对输入入电阻和阻和输出出电阻的影响阻的影响:2.并并联负反反馈能使能使电路的路的输入入电阻减小阻减小无无负反反馈时：有有负反反馈时：在同样的在同样的ube

30、下，下，ii=ib+if ib，所以所以 rif 降低了降低了(1/|1+F|倍倍)。.ifiiibube+负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*负反馈放大器对负反馈放大器对输入入电阻和阻和输出出电阻的影响阻的影响:3.电压负反反馈使使电路的路的输出出电阻减小阻减小设输入信号为零设输入信号为零,放大电路的输出电阻定义为：放大电路的输出电阻定义为：可可见,引入引入电压负反反馈后后,放大放大电路的路的输出出电阻减小到无反阻减小到无反馈时的的 倍。倍。负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响Rof。Xf.Xi.

31、第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*负反馈放大器对负反馈放大器对输入入电阻和阻和输出出电阻的影响阻的影响:4.电流流负反反馈使使电路的路的输出出电阻增大阻增大按前面相同的方法按前面相同的方法,得到得到可可见,引入引入电压负反反馈后后,放大放大电路的路的输出出电阻增大到无反阻增大到无反馈时的的 倍倍 。负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响。RofXf.Xi.第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*四种负反馈对四种负反馈对 ri 和和 ro 的影响总结的影响总结:负反馈对电路性能影响负反馈对电路

32、性能影响串联电压串联电压 串联电流串联电流并联电压并联电压并联电流并联电流riro减低减低增高增高增高增高增高增高增高增高减低减低减低减低减低减低电压电压电流电流并联并联串联串联riro减小减小增大增大增大增大减小减小第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*扩展放大器的通频带扩展放大器的通频带:放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。可放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。可以证明：以证明：fbwf=(1+AF)fbw.即即,扩展了扩展了(1+AF)倍倍.放大器的一放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。个重要特性：增

33、益与通频带之积为常数。即：即：Amf fbwf=Am fbw 无反馈时放大器的通频带：无反馈时放大器的通频带：fbw=f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf020lg|A|（dB）F（Hz）Am fL fH fLf fHf Amf.负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*改善放大器的非线性失真改善放大器的非线性失真:放大电路加入负反馈后，能减少环内放大电路产生的失真放大电路加入负反馈后，能减少环内放大电路产生的失真,比如无负反馈时产生正半周大负

34、半周小的失真。加入反馈后比如无负反馈时产生正半周大负半周小的失真。加入反馈后,这种失真反馈到输入端这种失真反馈到输入端,与输入信号反相叠加，得到的净输与输入信号反相叠加，得到的净输入信号为正半周小而负半周大。刚好弥补这种失真入信号为正半周小而负半周大。刚好弥补这种失真.但是但是,如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。无济于事。负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运放集成运放一种高放大倍数一种高放大倍数,高输入阻抗高输入阻抗,低输出阻抗的

35、多级直接耦低输出阻抗的多级直接耦合放大器合放大器.是是发展最早、展最早、应用最广泛的一种模用最广泛的一种模拟集成集成电路。路。集成运放基本概念集成运放基本概念集成运放集成运放 741的的电路原理图电路原理图同相输入同相输入输入级输入级偏置电路偏置电路中间级中间级输出级输出级+UCCuo+-UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C反相输入反相输入输出输出第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器符号集成运算放大器符号:

36、国内国内标准符号：准符号：国内外常用符号国内外常用符号:u-u+uoNP反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端NP实际运放开环实际运放开环电压放大倍数电压放大倍数集成运放基本概念集成运放基本概念实际电路路符号符号管脚管脚87 6 59 F007101 2 3 4 U-U+-UCC+UCC输出输出21 8 76345第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器主要集成运算放大器主要参数参数(1)开开环差模差模电压放大倍数放大倍数 Aod:无反无反馈时的差模的差模电压增益。增益。一般一般Aod在在100120dB左右左右(10

37、5倍倍)，高增益运放可达，高增益运放可达140dB以上以上.Aod愈高愈高,所构成的运算所构成的运算电路越路越稳定，运算精度也定，运算精度也越高。越高。(2)最大最大输出出电压 UOPP:能使能使输出和出和输入保持不失真关系的入保持不失真关系的最大最大输出出电压的峰的峰-峰峰值。一般其幅。一般其幅值比比电源源电压小小12v.(3)差模差模输入入电阻阻rid:是反向输入端与同向输入端对差模信是反向输入端与同向输入端对差模信号源表现出的等效电阻号源表现出的等效电阻.双极型管输入级约为双极型管输入级约为105106欧姆欧姆,场效应管输入级可达场效应管输入级可达109欧姆以上欧姆以上.理想运放可以当成

38、无穷大理想运放可以当成无穷大.集成运放基本概念集成运放基本概念第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器主要集成运算放大器主要参数参数(4)共模抑制比共模抑制比 KCMRR：与差动放大器的定义相同：与差动放大器的定义相同,差模差模电压增益增益/共模共模电压增益的增益的绝对值。KCMRR=20lg(Avd/Avc)(dB)反反映映出出运运放放对对共共模模信信号号的的抑抑制制能能力力.其其典典型型值值在在80dB以以上上，性能好的高达性能好的高达180dB。理想的可以看作无穷大。理想的可以看作无穷大.(5)输输入入失失调调电电压压UIO:

39、输输入入电电压压为为零零时时，将将输输出出电电压压除除以以电电压压增增益益，即即为为折折算算到到输输入入端端的的失失调调电电压压。是是表表征征运运放放内内部部电电路路对对称称性性的的指指标标。因因为为,实实际际的的运运放放不不可可能能真真正正做做到到完完全全对对称称,所所以以,在在输输入入为为零零时时,输输出出不不可可能能也也为为零零.为为了了使使其其为为零零,在在输输入入端端加加一一个个补补偿偿电电压压,使使输输出出为为零零.这这个个补补偿偿电电压压,就就叫叫做输入做输入失失调电压.即即UIO=-(UO|U=0)/Aod.一般一般为110mv.I集成运放基本概念集成运放基本概念第三章第三章

40、集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器主要集成运算放大器主要参数参数(6)输入偏置电流输入偏置电流IIB：输入电压为零时，运放两个输入端偏：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，置电流的平均值，IIB=(IB-+IB+)/2.用于衡量差分放大对管用于衡量差分放大对管输入电流的大小。该值越小越好输入电流的大小。该值越小越好.(7)输入失入失调电流流 IIO：在零：在零输入入时，差分，差分输入入级的差分的差分对管基极管基极电流之差，流之差，IIO=|IB+-IB-|U=0.用于表征差分用于表征差分级输入入电流流不不对称的程度。要求是越小越

41、好称的程度。要求是越小越好,一般一般为1nA100nA.(8)输入失入失调电压温漂温漂 dUIO/dT:在在规定工作温度范定工作温度范围内，内，输入失入失调电压随温度的随温度的变化量与温度化量与温度变化量之比化量之比值。(9)输入失入失调电流温漂流温漂dIIO/DT:在在规定工作温度范定工作温度范围内，内，输入失入失调电流随温度的流随温度的变化量与温度化量与温度变化量之比化量之比值。与。与(8)一一起反映运放的温度漂移特性起反映运放的温度漂移特性.i集成运放基本概念集成运放基本概念第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器的模型和集成

42、运算放大器的模型和电压传输特性特性(1)理想模型理想模型:在低在低频情况下，忽略失情况下，忽略失调电压电流及温漂等因流及温漂等因素的影响，运放可以看成一个高开素的影响，运放可以看成一个高开环放大倍数放大倍数(Aod106)，高高输入入电阻阻(106),低低输出出电阻阻(100)的的电压电压放大器放大器.Aoduidroriuouid集成运放基本概念集成运放基本概念第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器的模型和集成运算放大器的模型和电压传输特性特性(2)电压传输特性特性是是输出出电压与差模与差模输入入电压之之间的关系：的关系：uo=

43、f(uid).*线性区：当线性区：当-usatuid+usat 时，时，uo=+Uom Uid u 时，时，uo=+Uom u+0 ui=Ui u 时，时，uo=+Uom u+u 时，即时，即uiUR 时，时，uo=+Uom;u+UR 时，时，uo=Uom.URuouiR2+R1+参考电压参考电压电压传输特性电压传输特性 U Uomom+U UomomuiuoOUR第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.83.8 电压比较器电压比较器同相电压比较器同相电压比较器*同相同相电压比比较器器与基本比与基本比较器一器一样,不同的是不同的是,反相端接反相端接参考参考电位位UR,同相端接同相端接输

44、入入ui.当当u+u 时，即时，即uiu 时时，即，即ui UR 时，时，uo=+Uom.uiuoURR2+R1+U Uo omm+U Uo ommuiuoOUR第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.83.8 电压比较器电压比较器过零电压比较器过零电压比较器*过零零电压比比较器器与基本比与基本比较器一器一样,不同的是不同的是,参考参考电位位UR=0.可以是同相可以是同相,也可以是反相也可以是反相.对于同相于同相,有有当当u+u 时，即时，即uiu 时时，即，即ui 0 时，时，uo=+Uom.uiuoURR2+R1+U Uo omm+U Uo ommuiuoOUR利用电压比较器利用电

45、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tuiO Otuo+UomUomO O第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.83.8 电压比较器电压比较器限幅电压比较器限幅电压比较器*限幅限幅电压比比较器器是具有保是具有保护功能的功能的单限比限比较器器.与基本比与基本比较器不同的是器不同的是,在在输入端口或入端口或输出端口接有二极管或出端口接有二极管或稳压二二极管极管.其作用是用来保其作用是用来保护或限制或限制电压幅度的幅度的.可以是同相可以是同相,也可以是反相也可以是反相.(1)反相反相单向向稳压管限幅管限幅电路路(利用正向利用正

46、向导通通,反向反向击穿穿)作用作用:用来用来稳定或限制定或限制输出出电压的大小的大小,以便与以便与负载电平配合平配合.当当u+u 时，即时，即uiUR 时，时，uo=+Uz;u+UR 时，时，uo=+0.+uiURR1R2uoUZuoui0+Uz-UzUR第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.83.8 电压比较器电压比较器(2)反相双向限幅反相双向限幅电路路作用作用:用来用来稳定或限制定或限制输出出电压的大小的大小,以便与以便与负载电平配合平配合.当当u+u 时，即时，即uiUR 时，时，uo=+Uom;u+UR 时，时，uo=-Uom.设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为UZ，

47、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 ui UR，DZ2通通,DZ1工作工作,uo=UZ.UZ UZ电压传输特性电压传输特性 Uom +UomuiuoOUR限幅电压比较器限幅电压比较器uoRDZ1URuouiR2+R1+DZ2第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.83.8 电压比较器电压比较器(3)输入保入保护反相双向限幅反相双向限幅电路路作用作用:除了除了输出限幅外出限幅外,在在输入端增加了限幅保入端增加了限幅保护.防止防止输入入电压过高或高或过低低损坏运放坏运放.uoRURuiR2+R1+DZuo限幅电压比较器限幅电压比较器第三章第三章 集成运算放大器集成运算放

48、大器 3.83.8 电压比较器电压比较器滞回电压比较器滞回电压比较器1.基本基本(单限限)电压比比较器的缺陷器的缺陷单门限比较器的优点是灵敏度比较高单门限比较器的优点是灵敏度比较高,但是但是,也有一个致命的也有一个致命的缺点就是抗干扰性差缺点就是抗干扰性差.例如例如,在某个门限电压附近在某个门限电压附近,有些干扰有些干扰,那么就会导致输出出现错误那么就会导致输出出现错误.为此为此,实际工程中更多的是用滞实际工程中更多的是用滞回比较器回比较器(或称迟滞比较器或称迟滞比较器)理想高电平理想高电平错误电平错误电平有干扰有干扰门槛电压门槛电压第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.83.8 电

49、压比较器电压比较器2.无参考无参考电压的滞回比的滞回比较器器(1)电路路组成成因因为有正反有正反馈，所以，所以输出出为饱和和值。由于。由于阈值电压与与输出有出有关关,所以所以,电路有路有2个个阈值.(2)阈值电压当当uo正正饱和和时(uo=+UOM),阈值电压:当当uo负饱和和时(uo=-UOM),阈值电压:+om211+UURRRUT T=+=UT T-om211+UURRRUT T=+-=-UT T=+uoRR2R1uiU+U-参考参考电压为0滞回电压比较器滞回电压比较器第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.83.8 电压比较器电压比较器2.无参考无参考电压的滞回比的滞回比较器器

50、(3)传输特性特性设初始初始值:uo=+UOM,U+=UT+。当。当ui UT+,uo从从+UOM -UOM.这时,uo=-UOM,U+=UT-。如果如果ui ,当当ui=UT-,uo从从-UOM +UOM。所以，可以看出，所以，可以看出，输出不再是一个折出不再是一个折线，而是一个回，而是一个回线。成回。成回线的原因是的原因是阈值不是一个定不是一个定值，而是，而是UT。其中。其中+UT=UT+叫做上叫做上门限。限。-UT=UT-叫做叫做下下门限。限。UT+-UT-称称为回差回差(门限限宽度度)。uoui0+Uom-UomUT+UT-滞回电压比较器滞回电压比较器第三章第三章 集成运算放大器集成运