模擬集成電路及其應(yīng)用

1、中國石油大學(xué)中國石油大學(xué)(華東華東)信息與控制工程學(xué)院信息與控制工程學(xué)院Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用2主要內(nèi)容主要內(nèi)容 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋 集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用 模擬集成乘法器及應(yīng)用模擬集成乘法器及應(yīng)用 模擬集成功率放大器及應(yīng)用模擬集成功率放大器及應(yīng)用Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用3 集成電路是集成電路是60年代初期發(fā)展起來的，年代初期發(fā)展起來的，采用半導(dǎo)體采用半導(dǎo)體制造工藝，在一小塊硅的單晶片上制作具有

2、特定功制造工藝，在一小塊硅的單晶片上制作具有特定功能的電子線路。能的電子線路。集成電路分為：集成電路分為：模擬模擬集成電路與集成電路與數(shù)字?jǐn)?shù)字集成電路。集成電路。 在模擬集成電路中，運(yùn)算放大器（早期用于模擬在模擬集成電路中，運(yùn)算放大器（早期用于模擬計算機(jī)的數(shù)學(xué)運(yùn)算）發(fā)展最早，應(yīng)用最廣泛。計算機(jī)的數(shù)學(xué)運(yùn)算）發(fā)展最早，應(yīng)用最廣泛。 隨著集成技術(shù)與集成工藝的迅速發(fā)展，其他類隨著集成技術(shù)與集成工藝的迅速發(fā)展，其他類型的模擬集成電路也取得了非常大的進(jìn)展，型的模擬集成電路也取得了非常大的進(jìn)展，如混頻如混頻器、調(diào)制器、寬帶放大器、高頻放大器、功率放大器、調(diào)制器、寬帶放大器、高頻放大器、功率放大器、電壓比較器

3、、器、電壓比較器、A/D或或D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器等。等。關(guān)于集成電路關(guān)于集成電路 Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用4 7.1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造運(yùn)算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的的高增益高增益放大器。因最初用于模擬運(yùn)算中，故名曰放大器。因最初用于模擬運(yùn)算中，故名曰“運(yùn)算運(yùn)算”放大器。放大器。 它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應(yīng)用于它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應(yīng)用于模模擬運(yùn)算、信號處理、信號測量、波形轉(zhuǎn)換、自動控擬運(yùn)算、信號處理、信號測量、波形轉(zhuǎn)換、自動控制等領(lǐng)域。制等領(lǐng)域。 運(yùn)算放大器的組成運(yùn)算放

4、大器的組成 運(yùn)算放大器的符號與主要參數(shù)運(yùn)算放大器的符號與主要參數(shù) 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器分類運(yùn)算放大器分類Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用5一、一、 集成運(yùn)算放大器組成集成運(yùn)算放大器組成中間級中間級輸入級輸入級偏置電路偏置電路輸出級輸出級ui +ui 集成運(yùn)算放大器是一個高增益直接耦合放大電路。集成運(yùn)算放大器是一個高增益直接耦合放大電路。采用具有兩個輸入端采用具有兩個輸入端子的子的差動放大差動放大電路電路提供提供增益增益，通常是共射，通常是共射組態(tài)的放大電路組態(tài)的放大電路由由帶負(fù)載能力較強(qiáng)帶負(fù)載能力較強(qiáng)的互的互補(bǔ)推挽電路組成補(bǔ)推挽電路組成多數(shù)由恒流

5、源多數(shù)由恒流源電路組成電路組成Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用6 集成運(yùn)放的基本結(jié)構(gòu)集成運(yùn)放的基本結(jié)構(gòu)輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級反相輸入端反相輸入端同相輸入端同相輸入端基本基本原理原理框圖框圖-UEE+UCC uuo uT3T4T5T1T2ISChapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用71.零點(diǎn)漂移問題零點(diǎn)漂移問題 零點(diǎn)：放大器的輸入為零時的輸出電壓。零點(diǎn)：放大器的輸入為零時的輸出電壓。 零點(diǎn)漂移：對于實際放大器，當(dāng)放大電路沒有外零點(diǎn)漂移：對于實際放大器，當(dāng)放大電路沒有外加信號時，輸出端有緩慢變化電壓輸出。加信號時，輸出端有緩慢變化電壓輸

6、出。（1 1）產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因：）產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因： 主要是溫度對三極管的影響，又稱主要是溫度對三極管的影響，又稱“溫漂溫漂”。（2 2）零點(diǎn)漂移的危害：）零點(diǎn)漂移的危害： 使放大電路無法正常工作。使放大電路無法正常工作。（3 3）解決方法：）解決方法： 輸入級一般采用高性能的差動放大電路，來克輸入級一般采用高性能的差動放大電路，來克服溫度帶來的零點(diǎn)漂移問題。服溫度帶來的零點(diǎn)漂移問題。Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用82.差動放大電路差動放大電路抑制零點(diǎn)漂移的原理抑制零點(diǎn)漂移的原理靜態(tài)時：靜態(tài)時：ui1 = ui2 = 0，電，電路兩邊是完全對稱的路兩邊是完全對

7、稱的IC1 = I C2 =I C U O1 = U O2 = U C = V CCI CR C UO= U O1U O2= 0當(dāng)溫度發(fā)生變化時當(dāng)溫度發(fā)生變化時IC1=IC2，U O1=U O1，輸出電壓的漂移輸出電壓的漂移Uo=U O1-U O2=0，從而抑制了零點(diǎn)漂移。，從而抑制了零點(diǎn)漂移。 Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用9二、二、 集成運(yùn)算放大器的符號與主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的符號與主要參數(shù)uouu +Auo1.運(yùn)算放大器的符號運(yùn)算放大器的符號信號傳信號傳輸方向輸方向?qū)嶋H運(yùn)放開實際運(yùn)放開環(huán)電壓放大環(huán)電壓放大倍數(shù)倍數(shù)輸出端輸出端同相同相輸入端輸入端反相反相輸入

8、端輸入端Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用102. 運(yùn)算放大器的主要參數(shù)運(yùn)算放大器的主要參數(shù)uouu +Auo（1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Auo uuuAouo無外加反饋無外加反饋(開環(huán)開環(huán))時的差模電壓放大倍數(shù)。時的差模電壓放大倍數(shù)。Auo越大，越大，電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。一般為電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。一般為104107。（2）開環(huán)共模電壓放大倍數(shù)）開環(huán)共模電壓放大倍數(shù)Aco 反映集成運(yùn)放抗溫漂、抗共模干擾的能力，優(yōu)反映集成運(yùn)放抗溫漂、抗共模干擾的能力，優(yōu)質(zhì)的集成運(yùn)放質(zhì)的集成運(yùn)放Aco應(yīng)接近于零。應(yīng)接近于零。（3）共模抑制比）共模抑制比

9、KCMR。綜合衡量集成運(yùn)放的放大能力和抗溫漂、綜合衡量集成運(yùn)放的放大能力和抗溫漂、抗共模干擾的能力，一般應(yīng)大于抗共模干擾的能力，一般應(yīng)大于80dB。uuuid差模信號差模信號(Differential-mode Signal) 2uuuic共模信號共模信號(Common-mode Signal)Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用11（7）轉(zhuǎn)換速率）轉(zhuǎn)換速率SR 衡量集成運(yùn)放對高速變化信號的適應(yīng)能力，一般衡量集成運(yùn)放對高速變化信號的適應(yīng)能力，一般為幾為幾Vs，若輸入信號變化速率大于此值，輸出，若輸入信號變化速率大于此值，輸出波形會嚴(yán)重失真。波形會嚴(yán)重失真。（4）差模輸入

10、電阻）差模輸入電阻rid差模信號作用下集成運(yùn)放的輸入電阻。差模信號作用下集成運(yùn)放的輸入電阻。uouu +Auo（5）輸入失調(diào)電壓）輸入失調(diào)電壓Uio為使輸出電壓為零，在輸入級所加的補(bǔ)償電壓值。為使輸出電壓為零，在輸入級所加的補(bǔ)償電壓值。顯然越小越好，一般為毫伏級。顯然越小越好，一般為毫伏級。（6）失調(diào)電壓溫度系數(shù)）失調(diào)電壓溫度系數(shù)UioT。 溫度變化溫度變化T時所產(chǎn)生的失調(diào)電壓變化時所產(chǎn)生的失調(diào)電壓變化Uio的大小，的大小，直接影響集成運(yùn)放的精度，一般為幾十直接影響集成運(yùn)放的精度，一般為幾十VChapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用12（1）通用型）通用型 性能指標(biāo)適合一般

11、性使用，如性能指標(biāo)適合一般性使用，如CF741等。等。（2）低功耗型）低功耗型 靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗2mW，如，如XF253等。等。（3）高精度型）高精度型 失調(diào)電壓溫度系數(shù)在失調(diào)電壓溫度系數(shù)在1V左右，左右，能保證組成的電路對微弱信號檢測的準(zhǔn)確性，如能保證組成的電路對微弱信號檢測的準(zhǔn)確性，如CF75、CF7650、OP07等。等。（4）高阻型）高阻型 輸入電阻可達(dá)輸入電阻可達(dá)1012，如，如F55系列等。系列等。 還有寬帶型、高壓型等等。還有寬帶型、高壓型等等。3. 運(yùn)算放大器的分類運(yùn)算放大器的分類Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用13三、集成運(yùn)放的電壓傳輸特性、理想模

12、型和分析依據(jù)三、集成運(yùn)放的電壓傳輸特性、理想模型和分析依據(jù)1. 電壓傳輸特性電壓傳輸特性實際運(yùn)放電壓傳輸特性實際運(yùn)放電壓傳輸特性uo uuO線性區(qū)線性區(qū)正飽和區(qū)正飽和區(qū) 負(fù)飽和區(qū)負(fù)飽和區(qū) )(uoo uuAu若若 Auo = 106 UO(sat) = 15 V則則 UIM = 0.015 mV運(yùn)放要工作在線性區(qū)運(yùn)放要工作在線性區(qū) 必須有必須有負(fù)反饋負(fù)反饋uouu +AuoChapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用142. 理想運(yùn)放模型理想運(yùn)放模型1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)）開環(huán)電壓放大倍數(shù) 2）開環(huán)輸入電阻）開環(huán)輸入電阻3）開環(huán)輸出電阻）開環(huán)輸出電阻4）共模抑制比）共模抑制比 o

13、uA idr0or CMRRK 在分析運(yùn)算放大器的電路時，一般將它看成在分析運(yùn)算放大器的電路時，一般將它看成是是理想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：uouu + Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用153. 分析運(yùn)放電路的依據(jù)分析運(yùn)放電路的依據(jù))(oo uuAuu0)(oo uAuuu運(yùn)放工作在線性區(qū)時運(yùn)放工作在線性區(qū)時 相當(dāng)于兩輸入端之間兩輸入端之間短路短路，但又未真正短路，但又未真正短路，故稱故稱 “虛短虛短” 相當(dāng)于兩輸入端之間兩輸入端之間斷路斷路，但又未真正斷路，故，但又未真正斷路，故稱稱 “虛斷虛斷”。2） i+i 0 1）u+

14、 u 且且uo 為有限值為有限值， uoA idr u+ uuouu + i+i 0 Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用16)(oo uuAuuuo uuO“虛短虛短“不再成立不再成立非線性區(qū)非線性區(qū) 非線性區(qū)非線性區(qū) 所以所以當(dāng)當(dāng)”虛斷虛斷“依然成立依然成立運(yùn)放工作在非線性區(qū)時運(yùn)放工作在非線性區(qū)時當(dāng)當(dāng) uu uuo(sat)oUu (sat)ooUu 時，時，uouu + 時，時，2） i+i 0 1）u+ uChapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用17分析實例分析實例前提：運(yùn)放工作在放大區(qū)前提：運(yùn)放工作在放大區(qū)Chapter 6 模擬集成電路及

15、其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用18 7.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋一、一、 反饋的基本概念反饋的基本概念 將放大電路輸出信號（電壓或電流）的一部分將放大電路輸出信號（電壓或電流）的一部分或全部通過反饋電路回送到輸入端，與輸入量（電或全部通過反饋電路回送到輸入端，與輸入量（電壓或電流）進(jìn)行比較，從而影響放大電路的凈輸入壓或電流）進(jìn)行比較，從而影響放大電路的凈輸入信號，進(jìn)而控制輸出，這樣的自動控制過程稱為信號，進(jìn)而控制輸出，這樣的自動控制過程稱為“反饋反饋”。AoXiX無負(fù)反饋放大電路方框圖無負(fù)反饋放大電路方框圖1. 反饋的定義反饋的定義Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電

16、路及其應(yīng)用19fidXXX 帶有負(fù)反饋放大電路的方框圖帶有負(fù)反饋放大電路的方框圖 輸入信號輸入信號 凈輸入信號凈輸入信號 反饋信號反饋信號 輸出信號輸出信號dXiXfXoX若三者同相，若三者同相，ifidXXXX idXX 電路為負(fù)反饋。電路為負(fù)反饋。則則iXF+fXdXAoX反饋電路反饋電路Feedback基本放大電路基本放大電路比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用202. 反饋類型：反饋類型：從輸從輸出出端看：端看：反饋信號與輸出反饋信號與輸出電壓電壓成正比成正比電壓電壓反饋反饋Xf=FUo反饋信號與輸出反饋信號與輸出電流電流成正比成正比電流電流反饋

17、反饋Xf=FIo從輸從輸入入端看：端看：反饋信號與輸入信號串聯(lián)后作用到反饋信號與輸入信號串聯(lián)后作用到基本放大器基本放大器串聯(lián)串聯(lián)反饋反饋 Xf(Uf)反饋信號與輸入信號并聯(lián)后作用反饋信號與輸入信號并聯(lián)后作用到到基本放大器基本放大器并聯(lián)并聯(lián)反饋反饋 Xf(If )四種：四種：電壓串聯(lián)，電壓并聯(lián)電壓串聯(lián)，電壓并聯(lián) 電流串聯(lián)，電流串聯(lián)， 電流并聯(lián)電流并聯(lián)Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用21ARSFIiIiRLIfISuo(a).從輸出端看：從輸出端看：電壓電壓反饋反饋AUSFUiIoRLRSUo(b)UiIoUf.從輸入端看：從輸入端看：并聯(lián)并聯(lián)反饋反饋從輸出端看：從輸出

18、端看：電流電流反饋反饋從輸入端看：從輸入端看：串聯(lián)串聯(lián)反饋反饋Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用22二、負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)二、負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋ui+R1R2RF+RLud+uf+uo 用電位的瞬時極性用電位的瞬時極性判別反饋的正、負(fù)。判別反饋的正、負(fù)。 凈輸入信號凈輸入信號 ifiduuuu 為為負(fù)負(fù)反饋反饋 反饋電壓取自輸出電壓，并與之成正比，反饋電壓取自輸出電壓，并與之成正比，故為故為電壓電壓反饋。反饋。 uf 與與ui 在輸入端以電壓形式作串聯(lián)比較，或者在輸入端以電壓形式作串聯(lián)比較，或者說兩信號不加在同一輸入端，故為

19、說兩信號不加在同一輸入端，故為串聯(lián)串聯(lián)反饋。反饋。 反饋組態(tài)判別反饋組態(tài)判別Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用232.電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋 用電位的瞬時極性用電位的瞬時極性判別反饋的正、負(fù)。判別反饋的正、負(fù)。 凈輸入信號凈輸入信號 ifiduuuu 為為負(fù)負(fù)反饋反饋反饋電壓取自輸出電壓，并將其變化為電流，反饋電壓取自輸出電壓，并將其變化為電流，故為故為電壓電壓反饋。反饋。 uf 與與ui 在輸入端以電流形式作并聯(lián)比較，兩信在輸入端以電流形式作并聯(lián)比較，兩信號加在同一輸入端，故為號加在同一輸入端，故為并聯(lián)并聯(lián)反饋。反饋。 反饋組態(tài)判別反饋組態(tài)判別Chapter

20、6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用243.電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋 用電位的瞬時極性用電位的瞬時極性判別反饋的正、負(fù)。判別反饋的正、負(fù)。 凈輸入信號凈輸入信號 ifiduuuu 為為負(fù)負(fù)反饋反饋反饋電壓取自負(fù)載反饋電壓取自負(fù)載RL電流，并與之成正比，電流，并與之成正比，故為故為電流電流反饋。反饋。 uf 與與ui 在輸入端以電流形式作串聯(lián)比較，兩信在輸入端以電流形式作串聯(lián)比較，兩信號分別加在兩輸入端，故為號分別加在兩輸入端，故為串聯(lián)串聯(lián)反饋。反饋。 反饋組態(tài)判別反饋組態(tài)判別Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用254.電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋 用電位的瞬

21、時極性用電位的瞬時極性判別反饋的正、負(fù)。判別反饋的正、負(fù)。 凈輸入信號凈輸入信號 ifiduuuu 為為負(fù)負(fù)反饋反饋 反饋電壓取自負(fù)載反饋電壓取自負(fù)載RL電流，并與之成正比，電流，并與之成正比，故為故為電流電流反饋。反饋。 uf 與與if 在輸入端以電流形式作并聯(lián)比較，兩信號在輸入端以電流形式作并聯(lián)比較，兩信號加在同一輸入端，故為加在同一輸入端，故為并聯(lián)并聯(lián)反饋。反饋。 反饋組態(tài)判別反饋組態(tài)判別Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用26在在輸出端判斷方法如下：判斷方法如下： 若負(fù)載電阻短路時，反饋信號為零，此反饋為若負(fù)載電阻短路時，反饋信號為零，此反饋為電壓電壓反饋；若反

22、饋信號不為零，則為反饋；若反饋信號不為零，則為電流電流反饋。反饋。 反饋信號直接從輸出端引出，為反饋信號直接從輸出端引出，為電壓電壓反饋；反饋；從負(fù)載電阻從負(fù)載電阻RL靠近靠近“地地”端引出，是端引出，是電流電流反饋。反饋。 電壓電壓電壓電壓電流電流電流電流iOiOChapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用27用電位的瞬時極性判用電位的瞬時極性判別反饋的正、負(fù)。別反饋的正、負(fù)。 凈輸入信號凈輸入信號 ifiduuuu 為負(fù)反饋為負(fù)反饋輸入信號和反饋信號加輸入信號和反饋信號加在不同的輸入端，為串在不同的輸入端，為串聯(lián)反饋。聯(lián)反饋。在輸入端的判斷方法如下在輸入端的判斷方法如下：C

23、hapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用28 凈輸入信號凈輸入信號 ifidiiii 為負(fù)反饋為負(fù)反饋iiifidiiifid輸入信號和反饋信號均輸入信號和反饋信號均加在同一端，為并聯(lián)反加在同一端，為并聯(lián)反饋。饋。用電位的瞬時極性判用電位的瞬時極性判別反饋的正、負(fù)。別反饋的正、負(fù)。Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用29電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用30例例7.1指出反饋元件與反饋類型。指出反饋元件與反饋類型。解

24、：解：反饋元件：反饋元件：Rf電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用31反饋元件：反饋元件：A2電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用32三、負(fù)反饋對放大電路工作的影響三、負(fù)反饋對放大電路工作的影響1. 提高放大電路的穩(wěn)定性提高放大電路的穩(wěn)定性 doXXA ofXXF fidXXX AFAXXA 1iofFA1f開環(huán)放大倍數(shù)開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)反饋系數(shù)引入負(fù)反饋后凈輸入信號引入負(fù)反饋后凈輸入信號引入負(fù)反饋后閉環(huán)放大倍數(shù)引入負(fù)反饋后閉環(huán)放大倍數(shù)當(dāng)當(dāng)A趨于無窮時趨于無窮時 可見，引入負(fù)反饋后，放大倍

25、數(shù)降低了，可見，引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)降低了，而放大倍數(shù)的穩(wěn)定性卻提高了。而放大倍數(shù)的穩(wěn)定性卻提高了。iXF+fXdXAoX深度負(fù)反饋深度負(fù)反饋Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用332. .改善非線性失真改善非線性失真加入加入負(fù)反饋負(fù)反饋無負(fù)反饋無負(fù)反饋Auuiuo大大小小ufufuduouiF+Auud接近正弦波接近正弦波采用采用電壓反饋電壓反饋則則穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓，采用，采用電流反饋電流反饋則則穩(wěn)定穩(wěn)定輸出電流輸出電流Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用343. .對放大電路輸入電阻和輸出電阻的影響對放大電路輸入電阻和輸出電阻的影響

26、四種負(fù)反饋對四種負(fù)反饋對 ri 和和 ro 的影響的影響riro減低減低增高增高增高增高增高增高增高增高減低減低減低減低減低減低串聯(lián)電壓串聯(lián)電壓 串聯(lián)電流串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電壓并聯(lián)電流并聯(lián)電流Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用35電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用36思考題：思考題：為了分別實現(xiàn)：為了分別實現(xiàn)： (a) 穩(wěn)定輸出電壓；穩(wěn)定輸出電壓； (b) 穩(wěn)定輸出電流；穩(wěn)定輸出電流； (c) 提高輸入電阻；提高輸入電阻； (d)

27、 降低輸出電阻。降低輸出電阻。應(yīng)引入哪種類型的負(fù)反饋？應(yīng)引入哪種類型的負(fù)反饋？Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用37 7.3集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用7.3.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路7.3.2 加法運(yùn)算加法運(yùn)算7.3.3 減法運(yùn)算減法運(yùn)算7.3.4 積分運(yùn)算積分運(yùn)算7.3.5 微分運(yùn)算微分運(yùn)算Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用38一、一、 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路ifii1.反向比例運(yùn)算電路反向比例運(yùn)算電路fiii 0 uu1i1iiRuRuui FFRuRuuioof i1ouRRuF 1iofRRuuAFu FR

28、RR/12 由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可列出可列出由此得出由此得出閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)平衡電阻平衡電阻iouu 1iof uuAu1 FRR若則則虛短虛短虛斷虛斷Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用392.同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路fiii iuuu 1i1iRuRui FFRuuRuuioiof i1o)1(uRRuF 1iof1RRuuAFu 可列出可列出由此得出由此得出閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)0 FR1iof uuAu若若則則或或 1R由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)ifii電壓跟隨器電壓跟隨器Cha

29、pter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用40電壓跟隨器Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用41反相比例與同相比例放大電路特點(diǎn) 輸入電阻 同(反)相 反相比例 小 反相 同相比例 大 同相 Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用42二、二、 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路11i1i1Rui FiiRuiiio21f )(i212i111ouRRuRRuFF 由上列各式可得由上列各式可得當(dāng)當(dāng)12i2i2Rui 11211RRR 時，則上式為時，則上式為)(i2i11ouuRRuF FRRRR/12112 平衡電阻平衡電阻ifii1ii2Chap

30、ter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用43三、三、 減法運(yùn)算減法運(yùn)算i2323uRRRu i11i23231o)1(uRRuRRRRRuFF 由疊加定理由疊加定理ui1單獨(dú)作用單獨(dú)作用i11ouRRuF ui2單獨(dú)作用單獨(dú)作用 uRRuF)1(1oi23231)1(uRRRRRF ooouuu Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用44當(dāng)當(dāng)21RR 時，時，)(i1i21fouuRRu f132/RRRR 平衡電阻平衡電阻3fRR 和和1fRR i1i2ouuu 則上式為則上式為當(dāng)當(dāng)時，則得時，則得 可見，輸出電壓與兩個輸入電壓的差值成正比，可見，輸出電壓與

31、兩個輸入電壓的差值成正比，故可進(jìn)行減法運(yùn)算。故可進(jìn)行減法運(yùn)算。ifiii11fi23231fo)1(uRRuRRRRRu Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用45例例7.2請求圖示電路的輸出電壓及反饋電阻的最佳請求圖示電路的輸出電壓及反饋電阻的最佳值（圖中，值（圖中，R1=R2=R）？）？ 解：解：15211 RRRuV5 . 7 uuuOV5 . 7 21f/ RRR )(i212i111ouRRuRRuFF Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用46例例7.3試用集成運(yùn)放實現(xiàn)以下計算關(guān)系：試用集成運(yùn)放實現(xiàn)以下計算關(guān)系：uo= 0.2 ui1 1

32、0 ui2+ 1.3 ui3i11fi23231fo)1(uRRuRRRRRu oi1i21112()FFRRuuuRR 加法器與減法器組合？加法器與減法器組合？太復(fù)雜，不易實現(xiàn)太復(fù)雜，不易實現(xiàn)Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用47例例7.3 試用集成運(yùn)放實現(xiàn)以下計算關(guān)系：試用集成運(yùn)放實現(xiàn)以下計算關(guān)系：可利用可利用2級級反相加法運(yùn)算電路反相加法運(yùn)算電路實現(xiàn)上式。實現(xiàn)上式。1）將）將ui1與與ui3通過通過A1反相求和，得反相求和，得uo1= （0.2 ui1+1.3 ui3）2）將）將A1的輸出的輸出uo1與與ui2通過通過A2反相求和，得反相求和，得uo= （ uo

33、1+10 ui2）= 0.2 ui1 10 ui2+ 1.3 ui3uo= 0.2 ui1 10 ui2+ 1.3 ui3解：解：Chapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用48uo1= （0.2 ui1+1.3 ui3）uo= （ uo1+10 ui2）,2 . 011f RR3 . 121f RR,142f RR1032fRR若選若選Rf1=20k，則，則 k1002 . 01f1RR k10102f3RR若選若選Rf2=100k，則，則 k1004R k4 .152R并由此得并由此得 k8/1f211pRRRR k3 . 8/2f432pRRRRChapter 6 模擬集

34、成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用49四、四、積分運(yùn)算積分運(yùn)算0 u1ifiRuii tuCRtiCuu d1d1i1fCo 用電容代替反相比例運(yùn)算用電容代替反相比例運(yùn)算電路中的電路中的RF，即為積分運(yùn)算，即為積分運(yùn)算電路。電路。故故 上式表明輸出電壓正比于輸入電壓的積分，式中上式表明輸出電壓正比于輸入電壓的積分，式中的負(fù)號表示兩者反相。的負(fù)號表示兩者反相。R1 C 稱為積分時間常數(shù)。稱為積分時間常數(shù)。uC+ifiiChapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用50tuCRu d1i1otCRUu1io o(sat)U 當(dāng)當(dāng) ui 為階躍電壓時，則為階躍電壓時，則uo 隨時間線性增長，隨時間線性增長，uootuiot最后達(dá)到負(fù)飽和值。最后達(dá)到負(fù)飽和值。UiChapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)用51五、五、 微分運(yùn)算微分運(yùn)算tuCtuCiddddi1c1i ifffoiRiRu tuCRuddi1fo 故故即輸出電壓與輸入電壓對時間的一次微分成正比。即輸出電壓與輸入電壓對時間的一次微分成正比。微分運(yùn)算是積分的逆運(yùn)算，微分運(yùn)算是積分的逆運(yùn)算，將積分電路反相輸入端的將積分電路反相輸入端的電阻與反饋電容位置對調(diào)，電阻與反饋電容位置對調(diào)，就成為微分電路。就成為微分電路。ifiiChapter 6 模擬集成電路及其應(yīng)用模擬集成電路及其應(yīng)