電子技術(shù)基礎(chǔ)：集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用課件

1、 模擬集成電路及應(yīng)用 集成運(yùn)放內(nèi)部單元電路集成運(yùn)放結(jié)構(gòu)及參數(shù)集成運(yùn)放概述集成運(yùn)放的非線(xiàn)性應(yīng)用集成運(yùn)放的線(xiàn)性應(yīng)用 集成運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)算放大器屬線(xiàn)性模擬集成電路，它是多級(jí)直接耦合放大電路組成的、帶有深度負(fù)反饋的、具有極高放大倍數(shù)的一種放大器件。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路保護(hù)電路同相輸入端反相輸入端輸出端-+直流電源+USUS 7.1 集成運(yùn)放概述7.2.1 差動(dòng)放大電路一、電路組成 二、抑制零點(diǎn)漂移原理利用兩邊電路對(duì)稱(chēng)、漂移相等，將漂移相互抵消。ui1RbRbRRui27.2.1.1 基本差動(dòng)放大電路 7.2 集成運(yùn)放內(nèi)部單元電路差模信號(hào)輸入 1、差模信號(hào)輸入 兩個(gè)輸入信號(hào)大小相等，極性相

2、反。差模信號(hào) 三、對(duì)信號(hào)的放大作用溫度漂移可以等效為輸入端共模信號(hào) 共模信號(hào)輸入 2、共模信號(hào)輸入 兩個(gè)輸入信號(hào)大小相等，極性相同。共模信號(hào) UicUic任意信號(hào)輸入分解：一對(duì)差模信號(hào)1/2 Uid一對(duì)共模信號(hào)Uic3、任意信號(hào)輸入 兩個(gè)輸入信號(hào)大小、極性均任意。任意信號(hào)e點(diǎn)為差模地! 7.2.1.2 長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路 一、電路的組成 二、靜態(tài)分析 UodUidrbeIbRCIbIbRCrbeIb三、動(dòng)態(tài)分析 四、共模抑制比 一、雙端輸入單端輸出方式 7.2.1.3 差動(dòng)放大電路的四種接法單端輸入可視為任意信號(hào)輸入。 理想情況下，單入效果同雙入。二、單端輸入雙端輸出方式 三、單端輸入單端輸出

3、方式 理想情況下，單入效果同雙入。 單入效果同雙入M1Ad 與輸出方式有關(guān)M2Ri 與輸入方式無(wú)關(guān)M4Ro 與輸出方式有關(guān)M3小結(jié)1. 主要特點(diǎn)：放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)(克服零點(diǎn)漂移)2. 四種輸入、輸出方式比較：輸入輸出方式差模電壓放大倍數(shù) Aud差模 Rid差模 Rod雙入雙出單入雙出雙入單出單入單出恒流源特點(diǎn)： 交流電阻大， 直流壓降小。采用恒流源的差動(dòng)放大電路 e點(diǎn)仍然為差模地 e一.鏡像電流源特點(diǎn)：輸出電流與參考電流有鏡像關(guān)系。當(dāng)滿(mǎn)足 2 時(shí)，則7.2.2 電流源電路二. 微電流源特點(diǎn)：能提供微安數(shù)量級(jí)的輸出電流。7.3.1典型集成運(yùn)放結(jié)構(gòu) 7.3 集成運(yùn)放結(jié)構(gòu)及參數(shù)1) 輸入失

4、調(diào)電壓 U IO使 UO = 0，輸入端施加的補(bǔ)償電壓2) 輸入偏置電流 I IB幾毫伏UO = 0 時(shí)，10 nA 1 A3) 輸入失調(diào)電流 IIOUO = 0 時(shí)，1 nA 0.1 AUpUnIBNIBPUoUi d+-7.3.2 集成運(yùn)放的性能指標(biāo) 4) 開(kāi)環(huán)電壓增益 Aud100000 10000000 5) 差模輸入電阻 R id輸出電阻 Ro幾十千歐 幾兆歐幾十歐 幾百歐6) 共模抑制比 KCMR 80 dBUpUnIBNIBPUoUi d+-9) 開(kāi)環(huán)帶寬 fH fH 是開(kāi)環(huán)增益下降 為0.707倍時(shí)的頻率(幾赫茲)7) 最大差模輸入電壓 UIdM共模輸入 U IC 過(guò)大，K C

5、MR下降當(dāng) UId 過(guò)大時(shí)，反偏的 PN 結(jié)可能因反壓過(guò)大而被擊穿。8)最大共模輸入電壓 UICMfAoduO = Aod ( uP -uN )uP = uN虛短 集成運(yùn)放兩輸入端幾乎短路，但未真正短路。iP = iN =0 虛斷 集成運(yùn)放兩輸入端電流趨于零，但非真正斷路。7.4 集成運(yùn)放的線(xiàn)性應(yīng)用一、反相比例電路平衡電阻R=R/Rf由虛斷iR=iFup= 0虛短uN= 0Ri =RRo = 0虛地7.4.1. 比例電路二、同相比例電路 虛斷虛短Ri Rid Ro= 0關(guān)于電壓跟隨器7.4.2 加減運(yùn)算電路 i1 +i2 +i3 = i f虛斷 虛地 平衡電阻 一、反相加法器 二、同相加法器虛

6、斷i1+i2= i3虛短Rp = R1 / R2 / R3Rn = R / Rf當(dāng)uI2單獨(dú)作用時(shí)三、減法器 如果 Rp=Rn ，則當(dāng)uI1單獨(dú)作用時(shí)設(shè) R1 R2 Rf R3 R4 R5加減電路 差分比例電路 例1：求如圖電路輸入、輸出之間的關(guān)系式。如何設(shè)計(jì)加減運(yùn)算電路？ 例：Uo = aUa + bUb - cUc步驟：1、確定集成運(yùn)放個(gè)數(shù)。2、繪制草圖。3、令Rp=Rn，則4、確定Rf，再確定Ra、Rb、Rc。5、最后確定R的位置和大小。6、繪制最終圖。例2：設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路滿(mǎn)足： Uo = 2Ua + 2Ub - Uc虛斷iR = iC虛地可得 積分器的輸出電壓與輸入電壓呈積分關(guān)系

7、，積分時(shí)間常數(shù)為RC。 又7.4.3 積分和微分運(yùn)算電路一、積分電路當(dāng)uI=E時(shí),二、微分電路 iC=iR uc=uI 微分器的輸出電壓與輸入電壓呈微分關(guān)系 7.5.1 電壓比較器概述uP uN uo為高電平uP uN uo為低電平uP = uN uo狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換7.5.2 簡(jiǎn)單電壓比較器功能：比較兩個(gè)電壓的大小，在輸出端以不同電平表示。要求：鑒別準(zhǔn)確，反應(yīng)靈敏，動(dòng)作迅速，抗干擾能力強(qiáng)。電壓比較器中集成運(yùn)放： 1、工作在開(kāi)環(huán)或正反饋狀態(tài)。 2、輸入輸出關(guān)系非線(xiàn)性。虛短不成立！（仍有虛斷）閾值uT ：uo翻轉(zhuǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的ui7.5 集成運(yùn)放的非線(xiàn)性應(yīng)用UZ-UZuOuIUT二、單限比較器 一、過(guò)零比較器 繪制電壓傳輸特性三要素1、依據(jù)限幅電路確定輸出高低電平。2、令uP = uN求閾值電壓。3、根據(jù)ui輸入確定輸出躍變方向。7.5.2 簡(jiǎn)單電壓比較器7.5.3 滯回比較器光檢測(cè)電路繼電器開(kāi)關(guān)街燈VCCVREF光1. 當(dāng)輸出uo為高電平uo