模擬集成電路及應(yīng)用

1、模擬集成電路及應(yīng)用第二章第二章第二章第二章 模擬集成電路及應(yīng)用模擬集成電路及應(yīng)用2.1 集成運算放大器集成運算放大器2.2 放大電路中的負反饋放大電路中的負反饋2.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用集成運算放大器的線性應(yīng)用2.4 集成運算放大器的非線性應(yīng)用集成運算放大器的非線性應(yīng)用2.1 集成運算放大器集成運算放大器集成運算放大器集成運算放大器：由直接耦合多級放大電路集成制造的高：由直接耦合多級放大電路集成制造的高增益放大器，它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應(yīng)用增益放大器，它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中于各種電子電路之中。2.1.1 集成運算放大器的組成集成運算放大器的組

2、成輸出級輸出級中間級中間級輸入級輸入級輸入端輸入端輸出端輸出端集成運算放大器組成：集成運算放大器組成：輸入級、中間級、輸出級輸入級、中間級、輸出級集成電路集成電路是把整個電路的各個元件及相互之間的聯(lián)接同是把整個電路的各個元件及相互之間的聯(lián)接同時制造在一塊半導(dǎo)體芯片上時制造在一塊半導(dǎo)體芯片上, , 組成一個不可分的整體。組成一個不可分的整體。：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價格低。格低。1. 抑制零漂的原理抑制零漂的原理:uo= VC1 - VC2 = 0當(dāng)當(dāng)ui1 = ui2 = 0 時：時：uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui2IC1

3、=IC2VC1=VC2uo= (VC1 + VC1 ) - (VC2 + VC2 ) = 0當(dāng)溫度變化時：當(dāng)溫度變化時： IC1= IC2 VC1= VC2靜態(tài)時靜態(tài)時一、輸入級一、輸入級 采用采用差動放大電路差動放大電路，盡量減小盡量減小零點漂移零點漂移。2.信號輸入方式信號輸入方式非靜態(tài)時，差動放大電路的信號輸入有不同方式非靜態(tài)時，差動放大電路的信號輸入有不同方式(1) (1) 共模輸入共模輸入兩個輸入信號的大小相等，極性兩個輸入信號的大小相等，極性相同相同。若電路完全對稱，對共模信號的輸出電壓等于零，若電路完全對稱，對共模信號的輸出電壓等于零，即即共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)AUC=0。差動

4、電路抑制共模信號差動電路抑制共模信號的能力大小是抑制零點漂移能力的標(biāo)志。的能力大小是抑制零點漂移能力的標(biāo)志。(2) (2) 差模輸入差模輸入兩個輸入信號的大小相等，極性兩個輸入信號的大小相等，極性相反相反。設(shè)設(shè)ui1=-ui2，AU1=AU2=AU，則，則uo=uo1-u02=AU(ui1-ui2)=2AUui1Ui1i1UidoUdA2uu2AuuAui1與與ui2是任意是任意為了便于分析與處理為了便于分析與處理,可以將這種即非共模、又可以將這種即非共模、又非差模的信號非差模的信號,分解為共模分量和差模分量。分解為共模分量和差模分量。ui1=uc1+ud1ui2=uc2+ud22uuuu2i

5、1 i2c1c 2uuuu2i1i2d1d 共模分量共模分量差模分量差模分量(3) (3) 比較輸入比較輸入兩個輸入信號電壓既非共模，又非差模。兩個輸入信號電壓既非共模，又非差模。例例 ui1 = 20 mv , ui2 = 10 mv ui1 = 15mv + 5mv,ui2= 15mv - 5mv 共模抑制比：共模抑制比：1 差模輸入差模輸入:ui1 = -ui2= ud差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù):共模輸入共模輸入:2ui1 = ui2 = uC共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù): 共模抑制比共模抑制比:KCMRR=KCMR =(dB)(分貝分貝) dodduuA coccuuA cd

6、AAcdAAlog20二、中間級二、中間級實現(xiàn)電壓放大實現(xiàn)電壓放大，要求有足夠大的電壓放大倍數(shù)。，要求有足夠大的電壓放大倍數(shù)。三、輸出級三、輸出級 實現(xiàn)實現(xiàn)功率放大功率放大，提高帶負載能力，常采用，提高帶負載能力，常采用互補對稱功率放大器。互補對稱功率放大器。2.1.2 集成運算放大器的符號和參數(shù)集成運算放大器的符號和參數(shù)一、符號一、符號V+：同相輸入端：同相輸入端V-：反相輸入端：反相輸入端 VO：輸出端：輸出端 1.開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo 在沒有外界反饋電路時空載電壓放大倍數(shù)。在沒有外界反饋電路時空載電壓放大倍數(shù)。Auo越高越高,所構(gòu)成所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定的運算電路越穩(wěn)定

7、,運算精度也越高。運算精度也越高。Auo一般約為一般約為104109。二、集成運放的主要參數(shù)二、集成運放的主要參數(shù)2.差模輸入電阻差模輸入電阻rid3.共模抑制比共模抑制比KCMR輸入差模信號時，運放的輸入電阻。輸入差模信號時，運放的輸入電阻。 雙極型管輸入級約為雙極型管輸入級約為10105 510106 6歐姆，場效應(yīng)管輸入級歐姆，場效應(yīng)管輸入級可達可達10109 9歐姆以上。歐姆以上。其典型值在其典型值在80dB80dB以上，性能好的高達以上，性能好的高達180dB180dB。uiuo+Uo(sat) Ao越大，運放的線性范圍越小，必須加越大，運放的線性范圍越小，必須加負反饋才能使其工作于

8、線性區(qū)。負反饋才能使其工作于線性區(qū)。一、電壓傳輸特性一、電壓傳輸特性uo=Auo(u+-u-)線性區(qū)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)-Uo(sat)u+-u-理想特性理想特性實際特性實際特性u-uo_+ + u+2.1.3集成運放電壓傳輸特性、理想模型和分析依據(jù)集成運放電壓傳輸特性、理想模型和分析依據(jù)差模輸入電阻差模輸入電阻 r ridid 二、理想運放模型二、理想運放模型開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo 開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻ro 0共模抑制比共模抑制比KCMRR 線性區(qū)時線性區(qū)時 dir0Ii 虛開路虛開路(1) 由于運算放大器的差模輸入電阻由于運算放大器的差模輸入電阻rid , 可認為兩個輸入

9、端的輸入電流為零。即：可認為兩個輸入端的輸入電流為零。即：(2)由于運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)由于運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo ， 而輸出電壓是一個有限的數(shù)值而輸出電壓是一個有限的數(shù)值,即即:uo=Auo(u+-u-) uu虛短路虛短路三、分析依據(jù)三、分析依據(jù)飽和區(qū)時飽和區(qū)時uiuo+Uo(sat)飽和區(qū)飽和區(qū)-Uo(sat)u+-u-理想特性理想特性實際特性實際特性當(dāng)當(dāng)u+u-時時, uo=+Uo(sat);當(dāng)當(dāng)u+ 0 ui = Ui UREF時時 , uo = -Uom當(dāng)當(dāng)ui 0時時 , uo = +UZ當(dāng)當(dāng)ui 0時時 , uo = -UZ 3.3.有限幅的比較器有限幅的比較器使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值ui從從同同相端輸入相端輸入：1.1.工作原理工作原理兩個門限電壓。兩個門限電壓。特點特點:電路中使用正反饋電路中使用正反饋運放工作在非線性區(qū)。運放工作在非線性區(qū)。（1）當(dāng)）當(dāng)uo =+Uom時，時，（2）當(dāng)）當(dāng)uo =-Uom時，時，om2f2TURRRUu omf22TURRRUu UT+稱稱上門限電壓上門限電壓UT-稱稱下門限電壓下門限電壓UT+- UT-稱為回差稱為回差電壓電壓二二. .遲滯比較器遲滯比較器uu-A+-u+O+fuR