集成運(yùn)放(第3章)課件

1作業(yè)展示主要要求：

了解零點(diǎn)漂移的產(chǎn)生原因及消除了解差動(dòng)放大電路的作用、性能指標(biāo)差分放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象現(xiàn)象：放大電路的輸入信號為零時(shí)，輸出端出現(xiàn)無規(guī)則輸出電壓。主要原因：溫度變化引起，也稱（零）溫漂。電源電壓波動(dòng)、元件老化等也會(huì)產(chǎn)生輸出電壓的漂移。抑制方法：直流負(fù)反饋、溫度補(bǔ)償、差分放大電路二、差分放大電路ui1ui2V1V2溫度變化和電源電壓波動(dòng)，都將使V1、V2集電極電流產(chǎn)生變化，且變化趨勢是相同的，因此當(dāng)從V1、V2

集電極輸出信號時(shí)，其變化量相互抵消，理想情況下，沒有溫漂。ui1ui2V1V2差分放大電路的四種形式雙端輸入-雙端輸出雙端輸入-單端輸出單端輸入-雙端輸出單端輸入-單端輸出ui1ui2V1V2差分放大電路的性能指標(biāo)差模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)共模抑制比+_uid差模輸入電壓+_uic差動(dòng)放大電路的改進(jìn)形式I當(dāng)電路對稱性不好時(shí)，將產(chǎn)生零漂，故在兩管發(fā)射極之間增加一阻值很小的調(diào)零電位器Rw，以使電路對稱。增加Re的阻值，可以增加抑制零漂的效果，但同時(shí)需要提高電源電壓，并且在集成電路中，大阻值電阻制作困難，所以改用恒流源代替。了解集成運(yùn)放的組成熟悉集成運(yùn)放的性能指標(biāo)掌握分析集成運(yùn)算放大電路的基本方法掌握基本運(yùn)算電路的結(jié)論集成運(yùn)算放大器特點(diǎn)：高增益、高可靠性、成本、小尺寸

集成運(yùn)算放大器（簡稱運(yùn)放）是一種具有很高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。組成：輸入級、中間級、輸出級、偏置電路直接耦合直接耦合什么是集成運(yùn)放？集成運(yùn)放的分類

特性通用型專用型構(gòu)造雙極型BJT結(jié)型輸入JFET-BJTMOS型輸入MOSFET-BJTMOS型CMOS-FET11一、理想集成運(yùn)放的特點(diǎn)和工作特性1、理想集成運(yùn)放的性能指標(biāo)

實(shí)際集成運(yùn)放的特性很接近理想集成運(yùn)放，我們僅僅在進(jìn)行誤差分析時(shí)，才考慮理想化后造成的影響，一般工程計(jì)算其影響可以忽略。

開環(huán)差模增益：

差模輸入電阻：

輸出電阻：

共模抑制比：

上限截止頻率：

失調(diào)電壓、失調(diào)電流及其溫漂：均為0，無噪聲。

∞-++UO同相輸入端輸出端反相輸入端UPUN線性區(qū)非線性區(qū)理想運(yùn)放的圖形符號理想運(yùn)放的傳輸特性二、集成運(yùn)放的線性應(yīng)用概述運(yùn)放線性應(yīng)用的必要條件

負(fù)反饋運(yùn)放線性應(yīng)用的分析要點(diǎn)虛短虛斷運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電位“無窮”接近，好象短路一樣，但卻不是真正的短路。Up=UN運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于0，好象斷路一樣，但卻不是真正的斷路。Ip=IN≈0理想運(yùn)放線性區(qū)放大倍數(shù)趨于無窮大，在輸入端只要加一個(gè)非無窮小的電壓，其輸出就會(huì)超出其線性工作區(qū)，因此，只有電路引入負(fù)反饋，才能使其工作于線性區(qū)。14

理想運(yùn)放工作于線性區(qū)，因其放大倍數(shù)趨于無窮大，所以在輸入端只要加一個(gè)無窮小的電壓，其輸出就會(huì)超出其線性工作區(qū)，因此，只有電路引入負(fù)反饋，才能使其工作于線性區(qū)。理想集成運(yùn)放工作于非線性區(qū)

電路中沒有引入負(fù)反饋或引入的是正反饋，理想運(yùn)放工作于非線性區(qū)。因其放大倍數(shù)趨于無窮大，所以輸出電壓只有兩種可能：15三

比例運(yùn)算電路

為了保持運(yùn)放差放輸入級的對稱性，同相輸入端的電阻R′為uI=0時(shí)反相輸入端的等效電阻：R′=R//Rf。

對于理想的集成動(dòng)放，虛短和虛斷成立。1、反相比例運(yùn)算電路電路的輸入電阻為R，為了保證較大的比例系數(shù)以及工藝等原因,R不能太大。基本電路16T型網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路當(dāng)R3=∞時(shí)0172、同相比例運(yùn)算電路特點(diǎn)：輸入電阻大，輸出電阻小3、電壓跟隨器：將輸出電壓全部反饋到反相輸入端uIuouo18例：如圖，已知R2?R4,

R1=R2,求uo與uI的比例系數(shù)。解：電路與T型網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路完全相同R2?R4，R1=R2若R4開路19例：如圖，已知uO=－55uI，求R5的值。解：A1構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路A2構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路若ui與地接反，則A1

、A2都構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路20反相求和運(yùn)算電路：1、求和運(yùn)算電路四.加減運(yùn)算電路作用：將若干個(gè)輸入信號之和或之差按比例放大。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要21同相求和運(yùn)算電路：222、加減運(yùn)算電路23缺點(diǎn)：電阻的選取與調(diào)整不方便，輸入電阻小?？刹捎脙杉夒娐沸问剑河覉D稱為差分比例運(yùn)算電路兩級都引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻無窮大。24第一級為同相比例運(yùn)算電路利用疊加原理，第二級電路的輸出令R1=Rf2，Rf1=R3，則25例：設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)算電路，要求uO=10uI1－5uI2－4uI3解：由題意，采用如圖電路形式實(shí)現(xiàn)26五.積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路Rf：防止低頻時(shí)增益過大1、積分運(yùn)算電路27應(yīng)用舉例２：tui0tuo0輸入階躍信號應(yīng)用舉例１：uI為常量時(shí)，求t1到t2的積分輸出是斜線，經(jīng)過一定時(shí)間后飽和tui0tuo0輸入方波輸出是三角波輸入正弦波輸出余弦波超前90°-Uom應(yīng)用舉例3：282、微分運(yùn)算電路29t0uo若輸入：則：應(yīng)用舉例１：輸入方波，輸出是尖頂波應(yīng)用舉例2：輸入正弦波輸出余弦波滯后90°uit030實(shí)用微分運(yùn)算電路限制輸入電流限制輸出電壓補(bǔ)償電容，提高穩(wěn)定性313、逆函數(shù)型微分運(yùn)算電路利用積分運(yùn)算電路來實(shí)現(xiàn)微分運(yùn)算電路具有普遍意義32例

同相積分運(yùn)算電路同相積分運(yùn)算電路33例

調(diào)節(jié)器電路34六、對數(shù)運(yùn)算電路和指數(shù)運(yùn)算電路1、對數(shù)運(yùn)算電路采用二極管的對數(shù)運(yùn)算電路35利用三極管的對數(shù)運(yùn)算電路36集成對數(shù)運(yùn)算電路372、指數(shù)運(yùn)算電路38七、利用對數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)的乘法運(yùn)算電路和除法運(yùn)算電路求差運(yùn)算電路除法電路乘法電路39補(bǔ)充

模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用1、

模擬乘法器簡介理想情況下:ri1、ri2、fH為無窮大，ro為0，失調(diào)電壓、電流及其溫漂為0，

k

值不隨ux、uy幅值和頻率的變化而變化。有單象限、兩象限和四象限之分。模擬乘法器的符號及等效電路402、

變跨導(dǎo)型模擬乘法器的基本原理

實(shí)際電路需在多方面改進(jìn)，如線性度、溫度的影響、輸入電壓的極性等方面。413、

模擬乘法器在運(yùn)算電路中的應(yīng)用2)乘方運(yùn)算1)乘法運(yùn)算

實(shí)際的模擬乘法器k常為+0.1V-1或－0.1V-1。若k=+0.1V-1，uI1=uI2=10V，則uO=10V。實(shí)現(xiàn)了對正弦波電壓的二倍頻變換3次方和4次方運(yùn)算電路423)除法運(yùn)算運(yùn)算電路中集成運(yùn)放必須引入負(fù)反饋！4)開方運(yùn)算43一、濾波電路的基礎(chǔ)知識有源濾波電路濾波電路的種類

濾波器：是一種能使有用頻率信號通過，而同時(shí)抑制或衰減無用頻率信號的電子裝置。LPF：低通濾波器HPF：高通濾波器BPF：帶通濾波器BEF：帶阻濾波器APF：全通濾波器

按信號性質(zhì)分類

按電路功能分類:

按所用元件分類模擬濾波器和數(shù)字濾波器無源濾波器和有源濾波器

按階數(shù)分類:一階，二階…高階44

理想低通濾波器（LPF）

高通濾波器（HPF）

帶通濾波器（BPF）

帶阻濾波器（BEF）

全通濾波器：f=0~∞范圍內(nèi)信號都能通過。45抑制50Hz的干擾信號應(yīng)選用哪種類型的濾波電路？放大音頻信號應(yīng)選用。為獲得輸入電壓中的低頻信號，應(yīng)選用。為獲得輸入電壓中的高頻信號，應(yīng)選用。輸入信號頻率趨于零時(shí)輸出電壓幅值趨于零的電路為。輸入信號頻率趨于無窮大時(shí)輸出電壓幅值趨于零的電路為。輸入信號頻率趨于零和無窮大時(shí)輸出電壓幅值均趨于零的電路為。輸入信號頻率趨于零和無窮大時(shí)輸出電壓幅值均為通帶放大倍數(shù)的電路為。帶阻濾波器帶通濾波器低通濾波器高通濾波器高通濾波器低通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器462、濾波器的幅頻特性

過渡帶越窄，頻率特性越陡，越接近理想濾波器的特性，電路的選擇性越好，濾波特性越好。通帶電壓增益通帶截止頻率任務(wù)：求解通帶電壓增益Aup、通帶截止頻率fp、過渡帶的斜率。47無源低通濾波器：由無源器件（R、L、C）構(gòu)成。3、無源濾波電路和有源濾波電路

求圖示RC低通濾波器在帶負(fù)載和不帶負(fù)載情況下放大倍數(shù)的頻率特性表達(dá)式，并畫出其幅頻特性波特圖。

不帶負(fù)載時(shí)：48低通電路的幅頻特性曲線和相頻特性曲線過渡帶的斜率為-20dB/十倍頻程49

帶負(fù)載時(shí)：通帶電壓增益數(shù)值減小、通帶截止頻率升高，都隨負(fù)載而變化。50無源濾波電路缺點(diǎn):1．帶載能力很差，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，其放大倍數(shù)減小，上限截止頻率增大；２．特性不理想，邊沿不陡。電路的幅頻特性波特圖在無源濾波電路和負(fù)載間加一個(gè)高輸入電阻，低輸出電阻的隔離電路→電壓跟隨器，就構(gòu)成了有源濾波電路。2、有源低通濾波電路51傳遞函數(shù)：濾波器輸出量與輸入量之比濾波器3、有源濾波電路的傳遞函數(shù)52傳遞函數(shù)中出現(xiàn)

的一次項(xiàng)，故稱為一階濾波器。二.低通濾波器1、同相輸入低通濾波器一階電路53電路的優(yōu)點(diǎn)：１．有放大作用２．運(yùn)放輸出，帶負(fù)載能力強(qiáng)電路的缺點(diǎn)：特性不理想，邊沿不陡

為了使過渡帶變窄，需采用多階濾波器，即增加RC環(huán)節(jié)。在Au(s)表達(dá)式分母中s的方次就是濾波器的階數(shù)。幅頻特性54二階電路55簡單二階低通濾波電路的幅頻特性fp=0.37fo衰減斜率為

-40dB/十倍頻程56引入正反饋為使fp=f0，且在f=f0時(shí)幅頻特性按－40dB/十倍頻下降,引入正反饋.

f→0時(shí)，C1斷路，正反饋斷開，放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)；

f→∞，C2短路，正反饋不起作用，放大倍數(shù)小→0；

因而有可能在f=f

0時(shí)放大倍數(shù)等于或大于通帶放大倍數(shù)。對于不同頻率的信號正反饋的強(qiáng)弱不同。壓控電壓源二