電子技術第3章 集成運算放大器

第3章

集成運算放大器3.1差動放大器3.2集成運算放大器3.3集成運算放大器的根本運算電路1集成運算放大器的組成

通常由差分放大電路構成，目的是為了減小放大電路的零點漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)。

通常由互補對稱電路構成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負載能力。一般由各種恒流源電路構成，作用是為上述各級電路提供穩(wěn)定、適宜的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點。23.1差動放大電路1直接耦合放大電路的特殊問題2根本型差動放大器3雙電源長尾式差動放大器4恒流源式差動放大器5差動電路的幾種接法31.直接耦合電路的特殊問題因為電容的隔直作用以及低頻時容抗加大，所以阻容耦合只適用于放大頻率較高的交流信號。對于直流信號和低頻信號，阻容耦合已不適用，必須采用直接耦合方式。R1+ECRCC1C2TRLuiuoR2能夠放大直流信號〔包括慢變信號和低頻信號〕的放大器稱為直流放大器。建立靜態(tài)工作點4+UCCuoRC2T21.前后級Q點相互影響。（須增加RE2）問題:uiRC1R1T1R2RE22.零點漂移:前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，被一級級放大，導致后級飽和或截止?！岔氃黾觾杉壷g的直流負反響〕直接耦合放大器的級聯(lián)51.結構:對稱性結構2.根本型差動放大器+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uo=uC1-uC2

uC1uC262.優(yōu)點：抑制溫漂原理如下:uo=uC1-uC2

=0uo=(uC1+uC1

)-(uC2+uC2)=0當ui1

=

ui2

=0時，當溫度變化時：對稱性uC1=uC2uC1=uC2+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uC1uC273.共模電壓放大倍數(shù)ACuo=uC1-uC2

+UCCRCR1T2RBuoRCR1T1RBui2ui1uC1uC2當ui1=ui2〔大小相等，極性相同〕，共模輸入信號設ui1，ui2，使uC1，uC2。因ui1=ui2，uC1=uC2uo=0(理想化)。但因兩側不完全對稱，uo≠

0共模電壓放大倍數(shù)AC=uoui1〔很小，<1)8RCR1T1RB+UCCRCR1T2RBuoui2ui1uC1uC24.差模電壓放大倍數(shù)Ad當ui1=-ui2〔大小相等，極性相反〕，差模輸入信號設ui1,ui2,使uC1,uC2。設uC1=uC1-uC1,uC2=uC2+uC2。因ui1=-ui2，uC1=uC2

uo=uC1-uC2=-uC1-uC2=-2uC1

差模電壓放大倍數(shù)Ad=uoui1-ui2=uo2ui1

RCR1T1RBui1==A95.共模抑制比(KCMR)的定義KCMR=20logdb(分貝)ACAd例:Ad=-200Ac=0.1KCMR=20log(-200)/0.1=66dbKCMR=101.結構為了使左右平衡，可設置調零電位器:3.雙電源長尾式差放特點：參加射極電阻RE；參加負電源-UEE，采用正負雙電源供電。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE11ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）RE2.雙電源長尾式差放中雙電源和射極電阻RE的作用雙電源的作用：〔1〕使信號變化幅度加大?！?〕IB1、IB2由負電源-UEE提供，可以取消R1和RB四個電阻，且使基極的直流靜態(tài)電位=012雙電源長尾式差放中雙電源和射極電阻RE的作用射極電阻RE的作用：T°CIC1

IC2

IE

=IC1+IC2UE

=IERE+（-UEE）UBE1

、UBE2

IB1、IB2

IC1

IC2

uo+UCCRCT1RCT2-UEERE〔1〕直流負反響，穩(wěn)定靜態(tài)工作點13射極電阻RE的作用：〔2〕RE對共模信號有抑制作用〔原理同上，即由于RE的負反響作用，使IE根本不變〕〔3〕RE對差模信號相當于短路ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REIEui1=-ui2，設ui1,ui2ib1,ib2ie1,ie2

ie1=-ie2IE不變

結論：IE具有恒流特性用恒流源代替RE，可使電路進一步改善144.恒流源式差放電路電路結構:R2T3R1R3-UEEIC3+UCCui2uoERCT1RCT2ui1電路特點：IC3具有恒流特性15恒流源相當于阻值很大的電阻。恒流源不影響差模放大倍數(shù)。恒流源使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比。理想的恒流源相當于阻值為無窮大的電阻，所以共模抑制比無窮大。恒流源的作用16R2T3R1R3-UEE+UCCui2ERC1T1RC1T2ui1T4T1T2RC2RC2RE2單端輸出,至下一級雙端輸出雙端輸入5.差放電路的幾種接法接法類型：單端輸入，雙端輸入。單端輸出，雙端輸出。173.2集成運算放大器概述結構〔1〕采用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級一般采用差動放大器。〔2〕輸入級常采用復合三極管或場效應管，以減小輸入電流，增加輸入電阻?！?〕輸出級采用互補對稱式射極跟隨器，以進行功率放大，提高帶負載的能力。18T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE集成運放內部結構〔舉例〕第1級：差動放大器第2級：差動放大器第3級：單管放大器第4級：互補對稱射極跟隨器極性判斷19＋－u－u+uo集成運算放大器符號－＋＋∞反相輸入端u－同相輸入端u+輸出端uo國際符號：國內符號：20集成運算放大器的技術指標(1)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)(開環(huán)增益)大Ao(Ad)=uo/(u+-u-)=105-107倍;(2)共模抑制比高KCMR=100db以上;(3)輸入電阻大ri>1M,有的可達100M以上;(4)輸出電阻小

ro=幾-幾十21

3.3.1理想運算放大器的特點3.3集成運算放大器的根本運算電路3.3.2比例運算電路3.3.3加法運算電路3.3.4減法運算電路3.3.5積分電路與微分電路22理想運放：理想運算放大器的特點

集成運算放大器的分析方法—理想化Ao=

KCMR=ri=

ro=023uo=Ao(u+–u－)Aou+–u－0u+u－“虛短〞uo－＋＋∞u－u+ib-ib+

u+

=u－

ib-=

ib+=0riib-0ib+0“虛斷〞集成運算放大器的分析方法輸出電壓變化范圍:最大+UCC~-UEE24集成運算放大器的分析方法:放大倍數(shù)與負載無關，uo－＋＋∞u－u+ib-ib+RL因為ro=0所以放大倍數(shù)與負載無關，放大倍數(shù)可以獨立計算。ro25運放線性運用信號的放大、運算恒壓源、恒流源電路有源濾波電路在運放的線性應用中，運放的輸出與輸入之間加負反響，使運放工作于線性狀態(tài)。263.3.2比例運算電路(1)反相比例運算放大器_++RFR1RPuiuoi1iFib-ib+虛地點i1=iF+

ib-=iF,ib-=0

ib+=0u+

=0

u－=u+=0平衡電阻(使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等):RP=R1//RFF電壓放大倍數(shù):iF27_++RFR1RPuiuoi1i2ib-ib+例題1.R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP應為多大？Au=-〔RF/R1〕=-20/10=-2uo=Auui=(-2)(-1)=2VRP=R1//RF=10//20=6.7k28反相比例運算放大器輸入電阻及反響方式：ri=R1輸入電阻(小):uo_++RFR1RPuii1iFib-ib+反響電阻反饋方式：電壓并聯(lián)負反饋i1=iF+

ib-ib-=i1-iF29(2)同相比例運算放大器u-=u+=uiib+=0ib-=0_++RFR1RPuiuoiFi1Au=1+RFR1iF=i1RP=R1//RFF1F1)30_++RFR1RPuiuoiFi1例題2.R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP應為多大？uo=Auui=(3)(-1)=-3VRP=R1//RF=10//20=6.7kAu=1+=1+20/10=3RFR131電壓串聯(lián)負反響同相比例運算放大器輸入電阻及反響方式：_++RFR1RPuiuo輸入電阻(高)反饋方式?32_++RFR1RPuiuoAu=1+RFR1當RF=0時,Au=1uo=ui(3)電壓跟隨器此電路是電壓串聯(lián)負反響，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與別離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。33(4)差動放大器〔減法運算電路)_++R2R1R1ui2uoR2ui1ib+=0ib-=0ui2R2R1+R2u+=u-=u+u-=uoR1+ui1R2R1+R2uoR1+ui1R2R1+R2ui2R2R1+R2=34以上電路的比較歸納：1.它們都引入電壓負反響，因此輸出電阻都比較小。2.關于輸入電阻反相輸入的輸入電阻小，同相輸入的輸入電阻高。3.以上放大器均可級聯(lián),級聯(lián)時放大倍數(shù)分別獨立計算。35例題3.R1=10k,R2=20k,ui1=-1V，ui2=1V。求:uo

uo_++R2R1R1R2ui1_++ui2_++R2R1RPuo=(uo2-uo1)=(20/10)[3-(-1)]=8VR2R1uo1=ui1=-1Vuo2=ui2(1+R2/R1)=3V36例題3.假設ui1=sintV，ui2=1V，求:uouo1=ui1=sintVuo2=ui2(1+R2/R1)=3Vuo=(uo2-uo1)=(20/10)(3-sint

)=6-2sintVR2R137(5)反相加法運算：_++RFR1R2ui2uoRPui1i1i2iF虛地uo=-(ui1

R1RF+ui2

R2RF)假設R1=R2=R,uo=-(ui1

R

RF+ui2

)取RP=R1//R2//RFuo_++RFR1RPuiib+=0ib-=0,i1+i2=iFui1

R1=ui2

R2+-uo

RF38(6)同相加法運算：Au=RFRf1+uo=Auu+=()(+)RFRf1+R2R1+R2ui1R1R1+R2ui2取R1//R2=RF