電工學(xué)第11章 集成運(yùn)算放大器ppt課件

1、 在集成電路工藝中還難于制造電感元件和大容量電容，因此集成運(yùn)放主要采用直接耦合。 運(yùn)算放大器的輸入級(jí)采用差分放大電路，其特點(diǎn)是輸入電阻高、抗干擾才干強(qiáng)、零漂小。 在集成運(yùn)算放大器中往往用晶體管恒流源替代電阻。 集成電路中的二極管都采用晶體管構(gòu)成，把發(fā)射極、基極、集電極三者適當(dāng)組配運(yùn)用。u-u0中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)置置 路路 偏偏 電電u+ui輸入級(jí)輸入級(jí) 集成運(yùn)放是具有高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)并帶有深度負(fù)反響的多級(jí)直接耦合放大電路。 集成運(yùn)放的組成框圖 輸入級(jí)普通是差動(dòng)放大器，利用輸入級(jí)普通是差動(dòng)放大器，利用其對(duì)稱特性可以提高整個(gè)電路的共模其對(duì)稱特性可以提高整個(gè)電路的共模抑制比和電路性能，輸入級(jí)有反

2、相輸抑制比和電路性能，輸入級(jí)有反相輸入端、同相輸入端兩個(gè)輸入端；入端、同相輸入端兩個(gè)輸入端； 中間級(jí)的主要作用是提高電壓增中間級(jí)的主要作用是提高電壓增益，普通由多級(jí)放大電路組成；益，普通由多級(jí)放大電路組成； 輸出級(jí)普通由電壓跟隨器或互補(bǔ)輸出級(jí)普通由電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載才干。提高帶負(fù)載才干。 偏置電路是為各級(jí)提供適宜的任偏置電路是為各級(jí)提供適宜的任務(wù)電流。務(wù)電流。 此外還有一些過(guò)載維護(hù)電路及高此外還有一些過(guò)載維護(hù)電路及高頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等輔助環(huán)節(jié)。頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等輔助環(huán)節(jié)。左圖所示為左圖所示為A741A741集成運(yùn)算放大器的芯片實(shí)物

3、外形圖集成運(yùn)算放大器的芯片實(shí)物外形圖 從實(shí)物外形圖上可看出，從實(shí)物外形圖上可看出，A741A741集成運(yùn)放有集成運(yùn)放有8 8個(gè)管腳，管腳的陳列圖、電路圖符號(hào)如下：個(gè)管腳，管腳的陳列圖、電路圖符號(hào)如下：12876543空腳空腳正電源端正電源端輸出端輸出端調(diào)零端調(diào)零端調(diào)零端調(diào)零端 反相輸入端反相輸入端同相輸入端同相輸入端負(fù)電源端負(fù)電源端集成運(yùn)放的電路圖符號(hào)集成運(yùn)放的電路圖符號(hào)U0U+U-同相輸入同相輸入反相輸入反相輸入+12V輸出輸出6513724-12V調(diào)零電位器調(diào)零電位器外部接線圖外部接線圖 指集成運(yùn)放任務(wù)在線性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，無(wú)負(fù)反響情況指集成運(yùn)放任務(wù)在線性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，無(wú)負(fù)反響情

4、況下的直流差模電壓增益。集成運(yùn)放的下的直流差模電壓增益。集成運(yùn)放的Au0普通很高，約為普通很高，約為104107； 集成運(yùn)放的差動(dòng)輸入電阻很高，可高達(dá)幾十千歐和幾十兆歐；集成運(yùn)放的差動(dòng)輸入電阻很高，可高達(dá)幾十千歐和幾十兆歐；由于運(yùn)放總是任務(wù)在深度負(fù)反響條件下，因此其閉環(huán)輸出電阻很由于運(yùn)放總是任務(wù)在深度負(fù)反響條件下，因此其閉環(huán)輸出電阻很低，約在幾十歐至幾百歐之間；低，約在幾十歐至幾百歐之間；2差模輸入電阻差模輸入電阻ri和輸出電阻和輸出電阻r0 1開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0 指運(yùn)放兩個(gè)輸入端能接受的最大共模信號(hào)電壓。超出這個(gè)電指運(yùn)放兩個(gè)輸入端能接受的最大共模信號(hào)電壓。超出這個(gè)電壓時(shí)，

5、運(yùn)放的輸入級(jí)將不能正常任務(wù)或共模抑制比下降，甚至呵斥壓時(shí)，運(yùn)放的輸入級(jí)將不能正常任務(wù)或共模抑制比下降，甚至呵斥器件損壞。器件損壞。3最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Uicmax 理想化的條件：理想化的條件：開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù) AO AO ; ;差模輸入電阻差模輸入電阻 ri ri開(kāi)環(huán)輸出電阻開(kāi)環(huán)輸出電阻 rO rO ; ;0 ;0 ; ; ;共模抑制比共模抑制比 KCMRR KCMRR1. 電壓傳輸特性u(píng)o0uiUOMUOM uo= f ( ui ) , 其中 ui = u u UiUi+線性區(qū)uiUiUi+Ui+和uiUi-飽和區(qū)uo=+UOMouuu+AO集成運(yùn)放的理想電壓傳

6、輸特性集成運(yùn)放的理想電壓傳輸特性0uouiUO+理想運(yùn)放理想運(yùn)放ouuu+uo0uiUo+U0 -UimUim實(shí)踐運(yùn)放實(shí)踐運(yùn)放UO-理想運(yùn)放的分析特點(diǎn)理想運(yùn)放的分析特點(diǎn) 理想運(yùn)放理想運(yùn)放對(duì)于理想運(yùn)放Ao,ri,u uouiu=Ao=-+ 理想運(yùn)放任務(wù)在線性區(qū)的分析根據(jù)uiuO_+u-u+i-uiuO+_i+ 0i-= i+=0uiri i-=i+=u-u+=1、反相輸入比例運(yùn)算電路uiuoi1ifiRfR1R2Rf引入深度負(fù)反響引入深度負(fù)反響R1輸入電阻Rf反響電阻R2平衡電阻R2= R1/ R1i“虛斷路虛斷路 i-= 0uif = oRfi1 = if當(dāng)當(dāng)Rf=R1=R時(shí)時(shí)“虛地虛地u-=

7、u+=0反相比例反相比例反相器反相器Af = = u0uiRfR1u0Af = = 1ui反相輸入運(yùn)算關(guān)系ui R1u= oRfuiuoi1ifi-RfR1R2 輸入電阻低反相比例器引入并聯(lián)電壓負(fù)反響 輸出電阻低反相比例器的特點(diǎn) uiuoi1ifi-RfR1R22、同相輸入比例運(yùn)算電路RfR1R2ui1if同相比例運(yùn)算電路uu = o -R1R1 Rf+u-u =+故有：故有： Auf = uoui = 1+ RfR1同相輸入比例器同相輸入比例器uidu+u_id 0=uiuu = o iR1R1 Rf+o = 1+ ui Rf R1uoiRfR1R2ui1if同相比例運(yùn)算電路uoi同相輸入比

8、例器的特點(diǎn)同相輸入比例器的特點(diǎn) 同相輸入比例器屬于電壓串聯(lián)負(fù)反響電路。輸入電阻高輸入電阻高在理想運(yùn)放的情況下，輸入電阻：ri輸出電阻低輸出電阻低在理想運(yùn)放的情況下，ro0電壓跟隨器電壓跟隨器當(dāng)R1=或 Rf=0時(shí)uo = ui同相跟隨器同相跟隨器uiR2uoRfR1R2uoi1if同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路ui = 1+ ui Rf R1uo1、加法運(yùn)算電路、加法運(yùn)算電路fu obui1 ui3ui2 i1i2i3if132Rb=R1 / R2 / R3 / Rf 反相加法運(yùn)算電路ui1 fu obui3ui2 i1i2i3if132 u = ( + + ) ui2 oui1 ui3 R

9、fRfRfR1R2R3i-因i-= 0，故i1+i2+i3=if即ui1u-R1ui2u-R2+ui3u-R3+u0Rfu-=u_u_又 “虛地運(yùn)算關(guān)系 = 1+ ui2 uoRfR1R2 + R3R3- - ui1 ui1RfR12、減法運(yùn)算電路差動(dòng)比例運(yùn)算電路因i-= 0，u_=ui1_i1R1i1 =if=ui1_u0R1+ Rfui1=_.R1ui1_u0R1+ Rfui1ui2u+=ui2R3R2+ R3u_=u+u0R3RfR1R2i-u_u+ifi1uoR1R2R3ui2ui1Rf = 1+ ui2 uoRfR1R2 + R3R3- - ui1 ui1RfR1當(dāng)R1=Rf=R2=

10、R3時(shí)u0 = ui2ui1減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路R 11 11ui121132212uof1uRRRRRRi2f2uo= ui1 ui2 11RRRRRR 13 12f1f2f2 兩級(jí)反相輸入減法運(yùn)算電路兩級(jí)反相輸入減法運(yùn)算電路R1 1uoi1uiCif duCdt C iC =根據(jù)根據(jù) u-=u+ 虛地虛地R2i1=if ，uR1i1 = ,iif = C dtdu0= uo C R1uidt得得:積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 輸入為階躍電壓時(shí)積分器的輸入輸出波形 uidt= uo CR10tUR1C = t otuootuiUR1 1uoi1uiCifR2uuOiC duidtuo= Rf C uoui2 2f f輸入與輸出輸入與輸出的關(guān)系式為的關(guān)系式為假設(shè)輸入為方假設(shè)輸入為方波波那么輸出波形為那么輸出波形為微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路i1ifUOH-UOLuiuo0UDUR0uiuoUZR1R2RDzuOuiuRR1R2uouiu