第四章集成運算放大器 (恢復(fù))

4.1簡介：多級放大電路極間耦合形式：直接耦合A1A2電路簡單，能放大交、直流信號，“Q”互相影響，零點漂移嚴(yán)重阻容耦合A1A2各級“Q”獨立，只放大交流信號信號頻率低時耦合電容大光電耦合A1A2主要用于耦合開關(guān)信號,抗干擾能力強(qiáng)變壓器耦合A1A2用于選頻放大器、功率放大器等第4章集成運算放大器Au1第一級Au2第二級Au1末級uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii輸入級中間級輸出級RiRo1.直接耦合零漂的影響2.零漂的衡量—將輸出的漂移折合到輸入端如：UO1=1VU02=2VA1=103，A2=104

則：UI1=1mV,UI2=0.2mV結(jié)論:

A1零漂嚴(yán)重U=0.02V0.42V8.42VA1=20A2=20A3=20第3章放大電路基礎(chǔ)4.2差分放大電路(DifferentialAmplifier)4.2.1差分放大電路的工作原理特點：a.兩個輸入端,兩個輸出端b.元件參數(shù)對稱c.ui1=ui2

時,uo=0能有效地克服零點漂移ICQ1ICQ2IEEIEQ1IEQ2UCQ1VEE=UBEQ+IEEREEIEE=(VEE

–UBEQ)/REEICQ1=ICQ2(VEE

–

UBEQ)/2REEUCQ1=VCC–

ICQ1RCUCQ2=VCC–

ICQ2RCUo=UCQ1–

UCQ2=0一、電路組成及靜態(tài)分析直流通路UCQ2第3章放大電路基礎(chǔ)V1VCCV2VEERCRCREEui1ui2uoV1+VCCV2VEERCRCREEuoVEE1.差模輸入與差模特性差模輸入ui1=–

ui2差模輸入電壓uid=ui1

–

ui2=2ui1

=–

ui2差模信號交流通路ic1ic2使得：ic1=–

ic2uo1=–

uo2差模輸出電壓uod

=uC1

–uC2=uo1–(–

uo2)=

2uo1差模電壓放大倍數(shù)帶RL時RLRid=2rbe差模輸入電阻差模輸出電阻Rod=2RC大小相同極性相反二、動態(tài)分析第3章放大電路基礎(chǔ)ui1V1+VCCV2RCRCuodui2uo1uo2ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2例3.3.1

已知:=80,r’bb=200,

UBEQ=0.6V,試求:(1)靜態(tài)工作點(2)差模電壓放大倍數(shù)Aud差模輸入電阻Rid，輸出電阻Rod[解](1)ICQ1=ICQ2(VEE

–

UBEQ)/2REE=(12–0.6)/220=0.285(mA)UCQ1=UCQ2=VCC–ICQ1RC=12–0.28510=9.15(V)(2)=10//10=5(k)Rid=2rbe=27.59=15.2(k)Rod=2RC=20(k)第3章放大電路基礎(chǔ)ui1V1+12VV212VRCRCREEuodui210k10k20k20k2.共模輸入與共模抑制比共模輸入ui1=ui2共模輸出電壓uic=ui1=ui2使得:ie1=ie2IEQ1+ie1IEQ2+ie2ue

=2ie1REE2REE2REE共模輸入電壓uoc=uC1

–uC2=0共模抑制比用對數(shù)表示：大小相同極性相同共模信號交流通路第3章放大電路基礎(chǔ)ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2V1V2RCRCuodui2uC1uC2(2)若Aud=–50、Auc=–0.05求輸出電壓uo，及KCMR1.01V0.99V[解]可將任意輸入信號分解為共模信號和差模信號之和(1)ui1=1.01=1.00+0.01(V)ui2=0.99=1.00–0.01(V)uid=u

i1

–u

i2=1.01–0.99=0.02(V)uiC=(ui1+ui2)/2

=1(V)(2)uod=Auduid=–500.02=–

1(V)uoc=Aucuic=–0.051=–0.05(V)uo=Auduid+Aucuic=–1.05(V)=60(dB)(1)求差模輸入電壓uid

、共模輸入電壓uic例2第3章放大電路基礎(chǔ)ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC22.深度負(fù)反饋電路性能的估算：(1)電壓串聯(lián)負(fù)反饋8uiC1R1uoR2Rfuiduf虛短RifRifRof[例1]第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用[例2]RifRifR0f[例3]第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用(2)電壓并聯(lián)負(fù)反饋運算放大器在線性應(yīng)用時同時存在虛短和虛斷虛斷虛地虛斷虛地[例1][例2]第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用(3)電流串聯(lián)負(fù)反饋虛短虛斷虛短[例1][例2]第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用(4)電流并聯(lián)負(fù)反饋[例1]虛地第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用4.3.3負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性(消除自激振蕩)一、自激振蕩的現(xiàn)象ui=0AuouiAuo二、產(chǎn)生自激振蕩的條件和原因1.自激條件········2.自激的原因附加相移AF使負(fù)反饋正反饋第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用3.消除自激的方法—相位補(bǔ)償在電路中加入C，或R、C元件進(jìn)行相位補(bǔ)償，改變電路的高頻特性，從而破壞自激條件。相位補(bǔ)償形式滯后補(bǔ)償電容滯后

RC滯后超前補(bǔ)償：密勒效應(yīng)補(bǔ)償電容滯后補(bǔ)償RC滯后補(bǔ)償密勒效應(yīng)補(bǔ)償R第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用4.5集成運放應(yīng)用電路的測試※

集成運放應(yīng)用電路的測試第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用2.主要參數(shù)1)

輸入失調(diào)電壓UIO使UO=0，輸入端施加的補(bǔ)償電壓2)

輸入偏置電流IIB幾毫伏UO=0時，10nA1A3)

輸入失調(diào)電流

IIOUO=0時，1nA0.1A4)開環(huán)電壓增益Aud100140dB5)

差模輸入電阻Rid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>80dB第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用7)

最大差模輸入電壓UIdM共模輸入UIC過大，K

CMR下降當(dāng)UId

過大時，反偏的PN結(jié)可能因反壓過大而被擊穿。NPN管UIdM=5V橫向PNP管UIdM=30VCF741為30V8)最大共模輸入電壓UICM9)

最大輸出電壓幅度UOPP輸出級為OCL電路一般比電源電壓小一個UCE(sat)如電源電壓15V，UOPP為1314VCF741為13V第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用二、集成運放使用注意事項(一)集成運放的封裝和引腳排列封裝形式:金屬圓形、雙列直插式、扁平式封裝材料:陶瓷、金屬、塑料例:塑封雙列直插式(DIP)CF741DIP—DualIn-LinePakage第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用4.4基本運算電路4.4.1比例運算4.4.2加法與減法運算4.4.3微分與積分運算4.4.4基本運算電路應(yīng)用舉例第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用4.4.1比例運算一、反相比例運算運算放大器在線性應(yīng)用時同時存在虛短和虛斷虛斷虛地為使兩輸入端對地直流電阻相等：R2=R1//Rf平衡電阻特點：1.為深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋，Auf=Rf/R12.輸入電阻較小RifRifRif=R13.uIC=0

，對KCMR的要求低u+=u-

=0虛地虛短和虛斷第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用二、同相比例運算Auf=1跟隨器當(dāng)R1=，Rf=0時，特點：1.為深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，Auf=1+Rf/R12.輸入電阻大Rif=3.，對KCMR的要求高uIC=uiu+=u-=uI第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用4.4.2加法與減法運算一、加法運算1.反相加法運算R3=R1//R2//RfiF

i1+i2若Rf=R1=R2

則uO=

(uI1+uI2)第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用

R2//R3//R4

=R1//Rf若R2=R3=R4，則

uO=uI1+uI2

Rf=2R1

2.同相加法運算第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用法1：利用疊加定理uI2=0uI1使：uI1=0uI2使：一般R1=R1；Rf=RfuO=uO1+uO2

=Rf/R1(uI2

uI1)法2：利用虛短、虛斷uo=Rf/R1(uI2

uI1)減法運算實際是差分電路二、減法運算第4章負(fù)反饋放大電路與基本運算電路的應(yīng)用4.4.3