集成電路運算放大器及應用PPT課件

1、15. 1 差動放大電路 集成電路集成電路運算放大器是一種具有高放大倍數的多級直接耦合放大電路。運算放大器是一種具有高放大倍數的多級直接耦合放大電路。 當多級直接耦合放大電路的輸入端短路當多級直接耦合放大電路的輸入端短路( ui0 )，輸出端電壓它并不保持恒，輸出端電壓它并不保持恒值，而在緩慢地、無規(guī)則地變化著，這種現象就稱為零點漂移。值，而在緩慢地、無規(guī)則地變化著，這種現象就稱為零點漂移。 產生零點漂移的主要原因是三極管受溫度的影響。產生零點漂移的主要原因是三極管受溫度的影響。 抑制零點漂移有效的措施抑制零點漂移有效的措施之一是采用差動放大電路。之一是采用差動放大電路。第1頁/共94頁2 本

2、節(jié)主要內容： 5.1.1 基本差分電路 5.1.2 長尾式差分電路 5.1.3 長尾式差分電路的工作原理分析 5.1.4 差分放大電路四種接法的分析與比較第2頁/共94頁3特點：特點：結構對稱。結構對稱。差動放大電路的工作情況差動放大電路的工作情況vi1vi2voRCR1T1RBRCR1T2RB+VCC第3頁/共94頁45.1.1 基本差分電路1、基本差分電路的組成 基本差分電路如圖5-1-1和 圖5-1-2。 其工作原理是利用對稱性來解決和克服零漂問題。 電路左右兩邊對稱，指電路結構及元件的特性與參數完全相同，使T1、T2在同一個直流電源供電情況下具有相同的靜態(tài)工作點。第4頁/共94頁5輸入

3、信號： 輸出信號：電壓放大倍數： 21iiivvv02010vvv2102010iiivvvvvvvA第5頁/共94頁6 當輸入信號vi1和vi2大小相等、極性相反時，定義為差分輸入信號或差模輸入信號vd 。 vi1 = - vi2 ，此時，放大電路的輸入電壓為：或：式中，vd稱為差動輸入電壓。212122iiiidivvvvvv22211iidivvvv22212iidivvvv第6頁/共94頁7 當輸入信號vi1和vi2大小相等、極性相同時，定義為共模輸入信號vc 。則：或： 21iicvvv2211iicivvvv2212iicivvvv第7頁/共94頁8 當輸入信號中既有差模信號，又有

4、共模信號時，則 基本差分電路輸入端的信號可分解為二種信號的疊加，即 22221211iiiidcivvvvvvv22221212iiiidcivvvvvvv第8頁/共94頁9 根據兩式可得出如下結論： 在差分放大電路輸入端施加的任意形式的信號都可以分解為差模信號與共模信號的疊加，輸出端的響應都可視為差模信號與共模信號共同作用的結果。第9頁/共94頁10例 已知基本差分放大電路如圖5-1-1所示vi1=5V，vi2 =3V，求此時作用于放大電路輸入端的差模電壓為多少？共模電壓為多少？ 解：根據差模信號的定義，總的差模輸入信號為： 由電路的對稱性可知，每個輸入端的輸入電壓為：VVVvvviid23

5、521VvvVvvdidi121221第10頁/共94頁11Vvvviic4235221第11頁/共94頁12 由圖可見，對于差 模輸入信號，由于vi1= -vi2 則 根據共射放大電路輸出與輸入反相的特點： 得，差模輸入信號作用下的電壓放大倍數為：Ad稱為差模電壓放大倍數。 對于共模輸入信號： 由于電路對稱，則 AC稱為共模電壓放大倍數。1212iiidivvvvv01020102vvvvbeLCiidrRRvvvvA)2/(22101021iicivvvv00201vvvo000iiCvvvA3、放大倍數的計算：第12頁/共94頁133、放大倍數的計算： 基本差分放大電路只對差模輸入信號進

6、行放大，而不對共模信號進行放大。在雙端輸出的情況下，放大電路的差模電壓放大倍數等于一個單級共射放大電路的電壓放大倍數。 在理想對稱的條件下，如果共模信號能夠模擬溫度的變化，則不難看出，無論溫度怎么變化，輸出端皆為零，從而達到了抑制輸出信號電壓的零點漂移。第13頁/共94頁145.1.2 長尾式差分電路 前面介紹的基本差分放大電路中，依靠電路對稱，利用兩個放大電路的輸出之差，抑制了零點漂移電壓的輸出，但是并沒有消除單級放大電路本身的零漂。 為了進一步減小或消除零漂，提高抑制零點漂移的效果，需要在基本差分放大電路的基礎上進行改進，減小單級放大電路自身的零點漂移。第14頁/共94頁15 在基本差分放

7、大電路的發(fā)射極 接入一個射極電阻RE，以便引 入電流負反饋，穩(wěn)定輸入電壓， 減小零漂。 發(fā)射極電阻RE猶如在基本差分電路中多了一條尾巴，RE愈大，穩(wěn)定性愈好，相當于尾巴愈長，故稱為長尾式差分電路。 射極電阻RE愈大，對共模信號的反饋作用愈強，抑制零漂的效果愈好，但同時，RE上的直流壓降也愈大，三極管放大的動態(tài)范圍愈小。 解決辦法是增加一個負電源VEE，用以增加三極管的動態(tài)范圍。如圖5-1-3所示。1、長尾式差分電路的組成第15頁/共94頁162、長尾式差分電路的幾種接法（1）雙端輸入雙端輸出 輸入信號分別在三極管T1、 T2的基極輸入，從T1、T2的 集電極之間輸出。這種接法 稱為雙端輸入雙端

8、輸出電路。 如圖5-1-3所示。第16頁/共94頁174.5.2 長尾式差分電路（2）雙端輸入單端輸出 輸入信號分別在三極管T1、 T2的基極輸入，但輸出卻 只從T1或T2的集電極單獨 對地之間輸出，稱為雙端輸入單端輸出。 如果從T1的集電極輸出，稱為左側輸出，電壓放大倍數為單級共射放大電路的一半，且輸出與輸入反相，如圖5-1-4所示。 如果從T2的集電極輸出，稱為右側輸出，電壓放大倍數也為單級共射放大電路的一半，但輸出與輸入同相。第17頁/共94頁184.5.2 長尾式差分電路（3）單端輸入雙端輸出 輸入信號只從三極管 T1或T2的基極一端輸 入，從三極管T1和T2 的集電極之間輸出。第18

9、頁/共94頁194.5.2 長尾式差分電路（4）單端輸入單端輸出 輸入信號只從三極管T1或 T2的基極一端輸入，只從 三極管T1或T2的集電極一 端對地輸出。 在長尾式差分電路的幾種接法中，值得注意的是：在單端輸入時（包括單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出），由于對稱，輸入的差模信號在圖5-1-5和圖5-1-6的虛線所示的輸入回路中，將被對半分配到兩側的輸入端，相當于雙端輸入；可以說單端輸入等同于雙端輸入。第19頁/共94頁204.5.3 長尾式差分電路 的工作原理分析 前面就長尾式差分放大電路 的幾種接法進行了介紹。下面以 圖4-5-4所示的長尾式差分放大電 路為例，對雙端輸入雙端輸出電 路

10、的工作原理進行分析。1、靜態(tài)分析 靜態(tài)時，輸入信號vi1和vi2均為零，等效處理方法是將兩個輸入端分別對地短路。由于電路左右對稱，T1和T2特性相同，則有IC1=IC2、VC1=VC2 得到：V0=VC1-VC2=I0RL=0 (1) I0=0 (2) 式(2)表明，在靜態(tài)時，RL電阻中沒有電流流過,相當于開路，也就是說，RL可以拿掉。RL拿掉后的直流通路如圖5-1-7所示。第20頁/共94頁215.1.3 長尾式差分電路 的工作原理分析 對于輸入回路： 由于在設計時，RE通常選得比較大，使得IBQ非常小，一般可以忽略，則 (約為-0.7V) 根據電路的對稱性可知，每個管子的集電極電流為IEQ

11、的一半，即 說明T1的工作點電壓VCEQ近似為它的集電極對地電位。0EEEEQBEQBBQVRIVRIEBBEQEEBQRRVVI12BEQBEQBBQEEEEQEQVVRIVRIV0EBEQEEEQRVVI221EQQCQCIII11121CCQCCCEQCQCCCQCEQCEVRIVVRIVVV第21頁/共94頁22 當差分放大電路兩輸入端加上任意 信號vi1、vi2時，都可以等效為差模 和共模信號的疊號，根據疊加原理， 可以分別進行分析。（1）差模信號vid 由于電路的對稱性使vi均分給兩個輸入端，即 即在輸出端RL兩端有信號輸出。221iiivvvcCQccCQciIiiIi21CcC

12、QcCcCQcRiVvRiVv210210CCvvv2、動態(tài)分析第22頁/共94頁234.5.3 長尾式差分電路 的工作原理分析 此時，在RE上的電流約為， 即RE上的差模交流電流為零。 則RE上的差模交流電壓也為0。 使VE點對交流信號而言相當于接地， 得：差模交流通路 如圖5-1-9所示。CQccIii221第23頁/共94頁244.5.3 長尾式差分電路 的工作原理分析 差模電壓增益 由于電路對稱，RL接在兩管集 電極之間，兩端電壓變化量相 等，極性相反，所以，負載電 阻RL的中點電位不變，相當于交流接地。因此，可以將RL分為相等的兩部分，對T1、T2各取RL/2。 在雙入雙出時，兩管基

13、極之間的輸入是單邊的兩倍，兩管集電極之間的輸出也是單邊的兩倍。所以，此時差放的差模電壓放大倍數與單管放大電路的電壓放大倍數相同。即： 其中beBbRCbvvrRiRiAAL21beBLrRR2/LRCLRR第24頁/共94頁25 差模輸入電阻： 為差模輸入信號電壓與差模 輸入信號電流之比，即從兩 個輸入端看進去的總差模輸入電阻。 差模輸出電阻： 雙端輸出時，兩輸出端之間呈現的差模輸出電阻為 beBidrRR 2CodRR2第25頁/共94頁26（2）共模分析 雙入雙出電路加共模信號 如圖5-1-11所示。 加共模信號時：vic1=vic2=vic 由于電路兩邊對稱，RE上的電流變化是每個三極管

14、電流變化的兩倍。 從電壓等效的觀點來看，對共模信號而言，每個晶體管發(fā)射極相當于各接2RE電阻。 如圖5-1-12所示。 畫出共模信號作用下的交流通路如圖5-1-13所示。第26頁/共94頁27 共模電壓增益 由于電路對稱，ic1=ic2=ic, 則vc1=vc2 voc=vc1-vc2=0 結論：雙入雙出差分放大電路對共模信號不會放大。 如果干擾信號屬于共模信號，則可以用這種放大電路對干擾信號進行抑制。000iciccvcvvvA第27頁/共94頁28 共模抑制比 差分放大電路對差模信號有較高的放大能力，對共模信號有抑制作用，這種抑制作用用“共模抑制比”來評價，定義為： 雙端輸出時，Avc=0

15、，KCMR= 通常CMR用dB數來表示，即 vcvdCMRAAKvcvdAAdBCMRlg20第28頁/共94頁29 共模輸入電阻 由圖5-1-14可見，從輸入端看進去的共模輸入電阻為 共模輸出電阻 EbeBicRrRR2121CocRR2第29頁/共94頁305.1.4 差分放大電路四種 接法的分析與比較 差分電路四種接法： 雙入雙出 雙入單出 單入雙出 單入單出 前面已經對“雙入雙出”進行了分析，下面對另外三種接法進行分析和比較。第30頁/共94頁311、雙入單出電路 與雙入雙出的圖相比較， 只是輸出負載RL接在T1的C 與地之間。 輸入差模信號時，由于T1、T2 對稱，IEQ不變，對差模

16、輸入信號 而言E點電位沒有變化，相當于交流接地，只是輸出電壓從半邊輸出。因此，放大倍數將為雙端輸出電路的一半，即 其中 以上單端輸出又稱為左側輸出。beBLidvdrRRvvA210LCLRRR 第31頁/共94頁321、雙入單出電路 如果從T2管的C極輸出，稱為右側輸出。 電路的差模輸入電阻為 （由于電路的輸入回路沒有變） 電路的輸出電阻 beBLvdrRRA21beBidrRR 2CodRR第32頁/共94頁331、雙入單出電路 現在來討論這種電路的溫漂情況， 由于溫度漂移相當于輸入共模信 號的情況，可以用共模放大倍數 來表示。 輸入共模信號時，由于T1、T2對稱， RE上流過的電流為2I

17、E1，對于每個管子來說，可等效為IE1流過阻值為2RE的電阻，如圖5-1-16所示。由圖可得： 由于式中的(1+)2RE一般很大，所以單端輸出的溫漂也不是很大（Avc不是很大）。 EbeBLvcRrRRA2 1第33頁/共94頁34此電路的共模抑制比為： EbeBLbeBLRrRRrRRvcvdCMRAAK212beBErRR1beBEbeBEbeBrRRrRRrR121221 由上式可見，增大RE對減小共模 放大倍數和提高共模抑制比都有 好處，所以RE越大，對抑制溫漂 越有利。第34頁/共94頁351、雙入單出電路例5-1，雙入單出差分電路中，已知VCC=10V、-VEE=-10V，RC=1

18、0k，=100，RB=5k，RE=5k，rbe=1k，RL=10k。 求：Avd，Avc，KCMR。解： 倍7 .411510101002121beBLvdrRRA倍5 . 01010015510021EbeBLvcRrRRA4 .835 . 07 .41vcvdCMRAAKdBAAdBCMRvcvd4 .38lg20第35頁/共94頁362、單入雙出電路 如圖5-1-17所示。 可以把信號等效為一個共模 信號和一對差模信號。 變換后的電路如圖5-1-18所示。 變換為雙端輸入雙端輸出。22222222212121iidciiidciiiidiiicvvvvvvvvvvvvvvvvvv第36頁

19、/共94頁372、單入雙出電路 由于輸入信號中有差模和共模兩部分信號，所以輸出信號也由兩部分組成： 前面已計算過雙入雙出的Avc、Avd 其中： Avc=0 ， ，cidicicdidoAvAvAvAvv2beBLvdrRRA2/LCLRRR第37頁/共94頁383、單入單出電路 由于單端輸入可等效為 雙端輸入看待。 因此，“單入單出”的分析計算過程與“雙入單出”時是一樣的。beBidrRR 2CodRR2第38頁/共94頁394、差分電路幾種接法的性能比較對于差模信號： （1）差模輸入電阻Rid與輸入方式無關，它們都是：Rid=2(RB+rbe) （2）差模輸出電阻Rod只與輸出方式有關，而

20、與輸入方式無關。 單端輸出時：Rod =RC 雙端輸出時：Rod =2RC （3）差模增益（放大倍數）只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。 雙端輸出時： 其中 單端輸出時： 其中 （輸入與輸出在同一側時為負，對方一側時為正）BbeLvdRrRA2LCLRRR BbeLvdRrRA21LCLRRR 第39頁/共94頁404、差分電路幾種接法的性能比較對于共模信號： （1）共模輸入電阻Ric與輸入方式無關，它們都是 （2）共模輸出電阻Roc只與輸出方式有關。 單端輸出時：Roc =RC 雙端輸出時：Roc =2RC EbeBicRrRR1221第40頁/共94頁414、差分電路幾種接法的性能比較對

21、于共模信號： （3）共模增益（放大倍數）只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。 雙端輸出時：Avc=0 單端輸出時： 其中EbeBLvcRrRRA12LCLRRR 第41頁/共94頁42 （4）共模抑制比只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。 雙端輸出時：KCMR= 單端輸出時： 掌握了以上這些特點和規(guī)律，也就掌握了長尾式差分放大電路。beBEbeBEbeBvcvdCMRrRRrRRrRAAK12124、差分電路幾種接法的性能比較第42頁/共94頁43VDA4. 幾種方式指標比較幾種方式指標比較VCACMRKbeLc)21/(rRR beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/

22、(rRR 0oLc2/rRR 0oLc2/rRR beorr beorr 輸出方式輸出方式雙出雙出單出單出雙出雙出單出單出 第43頁/共94頁44idRicRoR4. 幾種方式指標比較幾種方式指標比較輸出方式輸出方式雙出雙出單出單出雙出雙出單出單出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR第44頁/共94頁45重要結論重要結論在各種組態(tài)差分放大器分析比較和改進的基礎上，可以知道：要盡可能的提高差分放大器的共模抑制比，兩個關鍵因素是：電路對稱性；共射極電阻。第45頁/共94頁46VCVDCMRAAK雙端輸出，理想情況 KCMR。CMRK可使單端輸出的當R

23、e 時， 但是rbe(1+)VT IEIEVEE2Re rbe 2Re(1+)VT VEEbeBErRR121 恒流源差動放大電路第46頁/共94頁47理想電流源具有：電流恒定；交流等效電阻無窮大的特點。帶恒流源的差分放大器恒流源的作用：1.提供放大電路的射極電流； 2.替代交流大電阻；（提高共模抑制比） 如果IE 恒定， 而Re；則可能使KCMR。注意，此處Re 只要是在交流時即可。第47頁/共94頁48 為此由T3構成的恒流源，輸出電阻r ro3o3取代Re，由微變等效電路計算。 oooiur 3第48頁/共94頁495.2 復合管電路 為獲得高放大倍數，可以利用多個晶體管組成復合管，以得

24、到較大的電流放大系數。 1.1.復合管的組成形式 一般復合管由兩個晶體管組成，兩個晶體管的類型可以相同，也可不同。 組成后的復合管應滿足復合起來的管子都處于導通狀態(tài)的條件，即滿足發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置。 復合管的類型與第一個晶體管的類型相同。 第49頁/共94頁50第50頁/共94頁512.2.復合管的主要參數 復合管的主要參數是等效電流放大系效和等效輸入電阻rbe。 由上圖四種接法的復合管各極電流關系可以推出：復合管的等效電流放大系數是兩管電流放大系數的乘積，即12。 （a a）(b)(b)兩種接法的復合管中，T T1 1管是共集電極組態(tài)，而r rbe2be2是T T1 1管的射極電

25、阻，所以復合管等效輸入電阻為r rbebe= r= rbe1be1 + +（1+1+1 1）r rbe2be2，。 （c）(d)兩種接法的復合管中, rbe= rbe1。 第51頁/共94頁525.3 集成運算放大器一. 集成運算放大器組成 輸輸入入級級輸輸出出級級偏置電路偏置電路中中間間級級UiUo集成電路集成電路運算放大器框圖運算放大器框圖第52頁/共94頁53 1.輸入失調電壓輸入失調電壓UIO 輸入電壓為零時，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調電壓。是表征運放內部電路對稱性的指標。 2.輸入失調電壓溫漂輸入失調電壓溫漂 dUIO /dT 在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電壓隨

26、溫度的變化量與溫度變化量之比值。二. 集成運算放大器的主要參數第53頁/共94頁54 4.輸入失調電流輸入失調電流 IIO ： 在零輸入時，差分輸入級的差分對管基極電流之差，用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。 3.輸入偏置電流輸入偏置電流IIB ： 輸入電壓為零時，運放兩個輸入端偏置電流的平均值，用于衡量差分放大對管輸入電流的大小。 2B1BIB21III 2B1BIOIII 5.輸入失調電流溫漂輸入失調電流溫漂dIIO /DT: 在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。第54頁/共94頁55 6.最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Uidmax 運放兩輸入端能承受的

27、最大差模輸入電壓，超過此電壓時,差分管將出現反向擊穿現象。 7.最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Vicmax 在保證運放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過此值時，輸入差分對管出現飽和，放大器失去共模抑制能力。第55頁/共94頁56 8.開環(huán)差模電壓放大倍數開環(huán)差模電壓放大倍數 Aod ： 無反饋時的差模電壓增益。一般Aod在100120dB左右，高增益運放可達140dB以上。 9.差模輸入電阻差模輸入電阻rid ： 雙極型管輸入級約為105106歐姆，場效應管輸入級可達109歐姆以上。 10.共模抑制比共模抑制比 KCMR ： KCMR=20lg(Avd / Avc ) (d

28、B)其典型值在80dB以上，性能好的高達180dB。 UUUAood第56頁/共94頁57三. 集成運算放大器的低頻等效電路1.1.低頻等效電路集成運放作為完整的獨立器件，只畫出三個信號端，即2 2個輸入端，1 1個輸出端。因為輸入ui1與輸出uo反相，所以稱u-端為反相輸入端。而輸入ui2 與電壓uo同相，所以稱 u+端為同相輸入端。ui稱為凈輸入電壓，ii稱為凈輸入電流。u+u- -u0ui+_- - + +A0dUid r0ii第57頁/共94頁58 運算放大器的符號中有運算放大器的符號中有三個引線端，兩個輸入端，三個引線端，兩個輸入端，一個輸出端一個輸出端。集成運放的符號和傳輸特性集成

29、運放的符號和傳輸特性 u u+ uo 另一個稱為另一個稱為反相輸入端，反相輸入端，即該端輸入信號變化的極即該端輸入信號變化的極性與輸出端相反，用符號性與輸出端相反，用符號“N N”表示。表示。uPuN+u+u uo 一個稱為一個稱為同相輸入端同相輸入端，即該端輸入信號變化的極性，即該端輸入信號變化的極性與輸出端相同，用符號與輸出端相同，用符號P表示；表示；第58頁/共94頁592. 集成運算放大器的理想模型理想運算放大器的特點是：開環(huán)電壓放大倍數為無窮大Au；輸入電阻為無窮大ri；輸出電阻為零ro=0，共模抑制比無窮大KCMR；。第59頁/共94頁60預備知識：集成運放的兩種工作狀態(tài)1）. 運

30、放的電壓傳輸特性：設：電源電壓VCC=10V。 運放的Aod=104Ui1mV時，運放處于線性區(qū)。Aod越大，線性區(qū)越小，當Aod 時，線性區(qū)0VVuuA+io+0uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)第60頁/共94頁612）.理想運算放大器：1、開環(huán)電壓放大倍數 Aod=2、差摸輸入電阻 Rid=3、輸出電阻 Ro=04、共摸抑制比 KCMR= 為了擴大運放的線性區(qū)，給運放電路引入負反饋：理想運放工作在線性區(qū)的條件： 電路中有負反饋！3）. 線性區(qū)uu+A+RiiRuu+ffoi11第61頁/共94頁624）. 非線性區(qū)（正、負

31、飽和狀態(tài)）運放工作在非線性區(qū)的條件：電路開環(huán)工作或引入正反饋！VVuuA+io+10V-10V+Uom-Uom0uoui第62頁/共94頁633. 線性應用的兩個重要概念由于uo有限，如果Au，則ui=u+u-0；兩輸入端的電位相等，好象短接了一樣，這一概念稱之為“虛短”。即u+u- 由于ui=0，而ri ，故凈輸入電流ii 0 ，輸入端好象斷開了一樣，但又不是真正的斷開，這一概念稱之為“虛斷”。即ii0 第63頁/共94頁64分析線性區(qū)理想運放的兩個概念分析線性區(qū)理想運放的兩個概念 虛短虛短uuII+ 0 虛斷虛斷 u+IuoAOUiuI+第64頁/共94頁655.4 集成電路運算放大器的應

32、用 “虛短” 和“虛斷”的概念是分析集成運算放大器線性應用的理論根據。一. 比例運算電路1. 反相比例運算電路反相比例運算電路圖反相比例運算電路圖ii= ii - if 0, ii = ifu+= u0， u-端稱為“虛地”。1iiRui FofRuiiFouRRu11RRuuAFioufrif=ui /ii=R1 r0=0 第65頁/共94頁66反相比例運算電路的特點：特點： 存在“虛地”，共模輸入分量近似為零。 u0與ui成比例關系,相位相反,比值是RF/R1與運算放大器本身的參數無關，其精度和穩(wěn)定性都很高。 可以進行y=ax的運算，運算式中的系數a0。當R1=Rf時，uo=ui，此電路稱

33、為反相器。 由于集成運放的開環(huán)放大倍數非常大，需要引入負反饋，且是深度負反饋。電路中引入的是并聯電壓負反饋。 R2為平衡電阻，為保證集成運算放大器第一級差動放大電路中結構的對稱性，應選擇R2=R1/Rf。 第66頁/共94頁672. 2. 同相比例運算電路ii=0, 有有 ii=if u-= u+=ui ,有有FofRuuiFoRuuRu11RuiiuRRuFo)1 (111RRuuAFioufi1F1Fou)RR1(u)RR1(u第67頁/共94頁68同相輸入運算電路特點： u-=u+=ui，引入共模輸入信號，要求CMR大。 u0與u+成比例關系,相位相同,比值是(1+RF/R1)1與運算放

34、大器本身的參數無關，其精度和穩(wěn)定性都較高。當R1或Rf=0時，Auf=1，此時稱為跟隨器。 同相比例運算電路可以進行y=ax的運算，且運算式中的系數a1。 電路中引入了深度串聯電壓負反饋，故同相輸入運算電路的閉環(huán)輸入電阻和輸出電阻為 rif=ui/ii ， ro=0 R2為平衡電阻，R2=R1/Rf，作用與反相輸入運算電路相同第68頁/共94頁69二. 加法運算電路 ii=0， u+= u- 0 i i1 + i i2 + i i3 = i fFoiiiRuRuRuRu133122111)(313212111iFiFiFouRRuRRuRRu第69頁/共94頁70特點： 只調整某一路的Ri，就

35、可改變該路的比例系數。 平衡電阻：R2 = R11 / R12 / R13 / RF 反相求和電路可以實現如下運算： y = -(a0 x0+ a1 x1.+an xn), ai0第70頁/共94頁71 2. 同相加法運算電路利用同相比例公式有：利用同相比例公式有：）（得：得：2i21i3321F1ouRuRRR1RRRu221323iiiuuuRRRu）（）（2213321iiuRuRRRuRRuFo)(11)()/)(32213211RuRuRRRRiiF第71頁/共94頁72特點：可以進行y = ( a1 x1+a2 x2 + an xn), an0若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達

36、式所有系數項，與反相求和電路比較，同相求和電路調試比較麻煩。引入共模輸入分量，使同相求和電路的應用受到限制。第72頁/共94頁73三. 減法運算電路采用雙端輸入可實現減法運算。采用雙端輸入可實現減法運算。 疊加原理：疊加原理：11223211iFiFooouRRRuRRRRuuu )/)(ui1單獨作用時單獨作用時1i1FouRRuui2單獨作用時單獨作用時22321322311111RuRRRRRRuRRRuRRuiFiFFo)/)()()( 第73頁/共94頁74特 點 可以進行y=a1x1a2x2的運算，故又稱減法運算電路。 若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達式所有系數項，與反相求和

37、電路比較，同相求和電路調試比較麻煩。 當: RF/R1=R3/R2 ，則uo= RF/R1(ui2-ui1); 當當: RF = R1時，時， 得：得：uo = ui2 ui1 同樣存在共模輸入電壓，所以，影響其運算精度的因素與同相輸入運算放大電路完全相同。 第74頁/共94頁75四. 積分電路與微分電路1. 積分電路 i1 = if ；u-=u+=0 if =ui / R1dtiCuufFco1dtuCRiF11若若ui為恒定電壓，為恒定電壓，uc(0)=0,則則t0, uo uoL 時，時，uoL0 tuotRCEEdtRCuFFo1當當uo=uoL時，積分作用停止。時，積分作用停止。第7

38、5頁/共94頁762. 2. 微分電路 i1 = if ；u-=u+=0FofRuidtduCic11icuu FiRudtduC01dtduCRuiFo1當輸入信號為一系列方當輸入信號為一系列方波時，微分電路可將方波時，微分電路可將方波變成尖頂波。波變成尖頂波。 第76頁/共94頁77五. 測量放大器根據根據u-=u+，ii=0，對于，對于A1、A2有有 UB=Ui1 UC=Ui2 RUURUUIIIiiCB2121)()(2121iiADUURRRIU)()(12121iiADfOUUUURRU第77頁/共94頁78特點：當輸入電壓Ui1、Ui2不變時，調節(jié)便可調整輸出電壓UO。此電路具有

39、非常高的輸入電阻，對被測量的影響很小。當電路其它參數一定時，輸出電壓正比于Ui1與Ui2的差值。第78頁/共94頁79六. 電壓比較器電壓比較器是用來判斷輸入電壓和基準電壓之間數值大小的電路。通常由集成運算放大器組成。作為電壓比較器時，集成運放工作在開環(huán)狀態(tài)。由于其自身的電壓放大倍數很大，只要有微小的凈輸入電壓就足以使集成運放處于飽和工作狀態(tài)，所以它的輸出只有兩種可能：當u+u-時，輸出高電位UOH，其極性為正，數值接近正電源電壓值；當u+u-時，輸出低電位UOL，其極性為負，數值接近負電源電壓值。第79頁/共94頁80 工作時，電壓比較器的一個輸入端輸入基準電壓UB，另一端則輸入要與基準電壓

40、進行比較的電壓ui。 電壓比較器廣泛應用于數字儀表、模/數轉換、自動檢測、自動控制、波形變換等方面。 第80頁/共94頁811. 單門限電壓比較器1）過零電壓比較器 u+ =UB=0，u-=ui當當ui0時，時，uo=UOH，當，當ui0時，時，uo=UOL。 設輸入電壓設輸入電壓ui=Umsint，電壓比較器將輸入的連續(xù)變電壓比較器將輸入的連續(xù)變化量（模擬量）變成躍變的化量（模擬量）變成躍變的矩形波（數字量）輸出。矩形波（數字量）輸出。 從電壓比較器的工作原理可從電壓比較器的工作原理可以看出，輸出電壓的大小僅以看出，輸出電壓的大小僅與輸入電壓的大小有關，而與輸入電壓的大小有關，而與輸入電壓的

41、波形無關。與輸入電壓的波形無關。 第81頁/共94頁822） 非零電壓比較器 u+ =UB，u-=ui ，當ui UB時，uo=UOH，當ui UB時，uo=UOL。 單門限電壓比較器具有結構簡單，靈敏度高等優(yōu)點。 此類比較器設置了一個門限UB ，不管輸入電壓增加還是減小,經過此門限時，電路都要產生動作，因此這類比較器的抗干擾能力差。為了克服這一缺點，實際應用中常采用多門限電壓比較器。 第82頁/共94頁832. 遲滯比較器 遲滯比較器在結構上引入了正反饋，這樣不僅加快了輸出電壓的翻轉過程，而且還給電路提供了兩個不同極性的參考電壓，即設置兩個門限值，使輸入電壓增加時的門限值與輸入電壓減小時的門限值不同，電路只對某一個方向變化的電壓敏感，將雙向敏感改為單向敏感，產生回環(huán)，提高電路的抗干擾能力。 第83頁/共94頁841 1）反相輸入遲滯比較器 工作在非線性放大區(qū)，uo=UZ， u+=u-= UB=uoR2 /(R2+R3) = UZR2 /(R2+R3)= ui (門限值 )。 設ui很小，uo輸出高電位UOH=+UZ，此時參考電位UB+= UZR2 /(R2+R3) ，隨著ui增加，只要ui