集成運(yùn)放電路基礎(chǔ)PPT課件

1、基本差分放大器 靜態(tài)時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)完全對稱，集電極電位相等，故輸出為零。當(dāng)溫度變化，或電源電壓波動，將引起兩管集電極電流I IC1C1、I IC2C2同時(shí)增大或減小，這就是零飄現(xiàn)象，相當(dāng)于在兩管的輸入端同時(shí)加人一對大小相等、極性相同的信號u ui1i1、u ui2i2，稱為共模輸入信號。對于共模輸入信號，兩管的集電極電位總是相等的。若采用雙端輸出方式，輸出電壓為零，或者說，差動放大電路的共模電壓放大倍數(shù)A AC=0C=0，即差動放大電路可以有效地抑制零飄，換句話說，差動放大電路，對共模信號沒有放大作用。第1頁/共64頁典型的差分放大器 由于R RE E的電流負(fù)反饋?zhàn)饔?，使每個(gè)管子的漂移又得到

2、了一定程度的抑制，這樣，輸出端的漂移就進(jìn)一步減小了。顯然，R RE E愈大，電流負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，因而抑制每個(gè)管子的漂移作用就愈顯著。這樣就進(jìn)一步增強(qiáng)了差動電路抑制漂移和共模信號的能力。因此R RE E也稱為共模負(fù)反饋電阻。第2頁/共64頁第3頁/共64頁第4頁/共64頁帶恒流源的差動放大器帶恒流源的差動放大器 如圖如圖3-33-3（a a）所示，就是一個(gè)具有恒流源的差放電路，）所示，就是一個(gè)具有恒流源的差放電路，圖中：圖中：T3T3和和R R1 1、R R2 2、R RE3E3、T4T4、T5T5組成恒流源，電阻組成恒流源，電阻R R1 1、R R2 2、R RE3E3用來調(diào)整和確定用來調(diào)整和

3、確定T3T3的靜態(tài)工作電流的靜態(tài)工作電流I IC3C3，二極管，二極管D4D4、D5D5用用作溫度補(bǔ)償。將電流源簡化，其電路如圖作溫度補(bǔ)償。將電流源簡化，其電路如圖3-33-3（b b）所示。）所示。 (a) (b)圖3-3 帶恒流源的差分放大電路第5頁/共64頁第6頁/共64頁第7頁/共64頁差動放大器的輸入、輸出方式差動放大器的輸入、輸出方式單端輸入、單端輸出的差分放大電路 單端輸入、雙端輸出的差分放大電路 雙端輸入、單端輸出差分放大電路 第8頁/共64頁 3.23.2集成運(yùn)算放大器簡介集成運(yùn)算放大器簡介 集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)1 1、集成運(yùn)算放大

4、器的基本結(jié)構(gòu)、集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)第9頁/共64頁2 2、集成運(yùn)算放大器的圖形符號和管腳功能、集成運(yùn)算放大器的圖形符號和管腳功能 集成運(yùn)放的圖形符號如圖集成運(yùn)放的圖形符號如圖3-103-10所示。所示。 圖中可見，集圖中可見，集成運(yùn)放有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端輸入方式有三成運(yùn)放有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端輸入方式有三種從種從“- -”端輸入端輸入(u (u -)-)稱反相輸入，輸出電壓與輸入電壓稱反相輸入，輸出電壓與輸入電壓相位相反；從相位相反；從“+ +”端輸入端輸入( (u u +)+)稱同相輸入，輸出電壓與稱同相輸入，輸出電壓與輸入電壓相位相同；從輸入電壓相位相同；從“-

5、-”、“+ +”兩個(gè)端輸入稱差分輸出兩個(gè)端輸入稱差分輸出（u uId= Id= u u - - - - u u+ +），輸出電壓與差分輸入電壓相位相反），輸出電壓與差分輸入電壓相位相反。3-10集成運(yùn)放符號（a）國際標(biāo)準(zhǔn)符號；（b）習(xí)慣通用符號。第10頁/共64頁集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的意義集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的意義第11頁/共64頁第12頁/共64頁 (1) 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)趨于無窮； (2) 輸入電阻趨于無窮； (3) 輸出電阻趨于零； (4) 共模抑制比趨于無窮； (5) 有無限寬的頻帶； (6) 當(dāng)輸入端u -= u + 時(shí)，uo=0。 目前，集成運(yùn)放的開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)均在1

6、04以上，輸入電阻達(dá)到兆歐數(shù)量級，輸出電阻在幾百歐以下。因此，作近似分析時(shí)，常常對集成運(yùn)放作理想化處理。 理想集成運(yùn)算放大器的分析方法理想集成運(yùn)算放大器的分析方法第13頁/共64頁集成運(yùn)放輸出電壓與差分輸入電壓之間的關(guān)系，可用圖8.19所示的電壓傳輸特性來描述。圖8.19運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性 第14頁/共64頁第15頁/共64頁第16頁/共64頁3.33.3基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路1.1.反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路第17頁/共64頁2.2.同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路(a)同相比例運(yùn)算電路 (b)電壓跟隨器 第18頁/共64頁3.3.加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路第19頁/共64頁4.

7、4.減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路第20頁/共64頁第21頁/共64頁第22頁/共64頁積分與微分電路積分與微分電路 積分運(yùn)算指集成運(yùn)放的輸出電壓與輸入電壓積分運(yùn)算指集成運(yùn)放的輸出電壓與輸入電壓的積分成比例的運(yùn)算。積分運(yùn)算電路如圖的積分成比例的運(yùn)算。積分運(yùn)算電路如圖3-213-21所所示。圖中，用示。圖中，用CFCF代替代替R RF F構(gòu)成反饋電路。構(gòu)成反饋電路。1.1.積分電路積分電路 圖3-21 積分運(yùn)算電路第23頁/共64頁2.2.微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算。積分電路中，微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算。積分電路中，電阻電阻R R1 1與電容與電容C CF F的位置對調(diào)一下，

8、即得微分電的位置對調(diào)一下，即得微分電路，電路如圖路，電路如圖3-223-22所示。所示。圖3-22 微分運(yùn)算電路 第24頁/共64頁 (1) 電壓比較器 電壓比較電路如圖3-24所示 。圖3-24電壓比較器 3.4 信號處理電路 信號幅度比較電路大致可分為三種：電壓比較電路、滯回比較電路和窗口比較電路。 第25頁/共64頁 圖3-25過零比較器（a）電路圖；（b）電壓傳輸特性。第26頁/共64頁圖3-26 有限幅的過零比較器 （a）電路圖；（b）電壓傳輸特性。第27頁/共64頁 例3.6 設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的電壓比較器，要求如下： UREF=2V；輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V；當(dāng)輸入

9、電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。 解：因輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。故輸入信號應(yīng)加在反相輸入端，同相輸入端加2V的參考電壓。 又因輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V，故可采用具有限幅作用的硅穩(wěn)壓管接在輸出端，它的穩(wěn)定電壓為6V。當(dāng)輸出高電平時(shí)，穩(wěn)壓管作普通二極管使用，其導(dǎo)通電壓約為0.7V，故輸出電壓為0.7V；當(dāng)輸出低電平時(shí)，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓為6V，故輸出電壓為-6V。綜上所述，滿足設(shè)計(jì)要求的電路如圖8.38所示。 第28頁/共64頁 圖3-27 例3.6的電路圖 第29頁/共64頁 2. 滯回比較器 滯回特性的比較器(又稱施密特觸發(fā)器)，如圖3-29所示 。3-29 滯回比較器

10、 第30頁/共64頁第31頁/共64頁例3.7 電路如圖3-30（a）所示，試求上、下限閾值電壓，并畫出電壓傳輸特性。 （a）電路圖 （b）電壓傳輸特性 圖3-30 例3.7的圖 第32頁/共64頁第33頁/共64頁3.3.窗口比較器窗口比較器 圖3-31 窗口比較器(a) 電路圖；(b)電壓傳輸特性。 設(shè)ULUL U UH H，當(dāng)UIULUIUiU UH H時(shí)，D1D1導(dǎo)通、D2D2截止，輸出電壓u uo o仍為高電平U Uomom。只有當(dāng)U ULUILUIU UH H時(shí)，D1D1、D2D2均截止，輸出電壓u uo o為低電平0 0。 第34頁/共64頁有源濾波器有源濾波器 濾波器是一種能夠

11、讓指定頻率范圍內(nèi)的信號通濾波器是一種能夠讓指定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而將此頻率范圍以外的信號衰減的電路。濾波過，而將此頻率范圍以外的信號衰減的電路。濾波器可以由無源的器可以由無源的R R、L L、C C等元件組成，也可以由有源等元件組成，也可以由有源的運(yùn)放加的運(yùn)放加R R、C C等元件組成，前者稱為無源濾波器，等元件組成，前者稱為無源濾波器，后者稱為有源濾波器。后者稱為有源濾波器。 1.1.基本概念基本概念 通常把能夠通過的信號頻率范圍定義為通帶，而把通常把能夠通過的信號頻率范圍定義為通帶，而把受衰減的信號頻率范圍稱為阻帶。按照通帶和阻帶相受衰減的信號頻率范圍稱為阻帶。按照通帶和阻帶相互不同的

12、位置，濾波器可分為低通濾波器（互不同的位置，濾波器可分為低通濾波器（LPFLPF）、高）、高通濾波器通濾波器(HPF)(HPF)、帶通濾波器、帶通濾波器(BPF)(BPF)、帶阻濾波器、帶阻濾波器(BEF)(BEF)幾種類型，它們的理想幅頻特性如圖幾種類型，它們的理想幅頻特性如圖3-323-32所示。所示。第35頁/共64頁圖3-32 各種濾波器的理想幅頻特性 (a)低通；(b)高通；(c)帶通；(d)帶阻。第36頁/共64頁 2. 一階低通濾波器 一階低通有源濾波器有如圖3.33所示的兩種基本電路形式。 圖3.33 一階低通濾波器第37頁/共64頁低通截止頻率。H012ffRC第38頁/共6

13、4頁圖3.34 一階有源低通濾波器幅頻特性曲線第39頁/共64頁圖3.35 二階有源低通濾波器第40頁/共64頁圖3.35 二階有源低通濾波器第41頁/共64頁 3. 一階高通濾波器(HPF)圖3.36 高通濾波器第42頁/共64頁 高通截止頻率 L012ffRC0ff0f當(dāng) 時(shí)特性曲線按+20dB十倍頻上升，可以對小于 的信號進(jìn)行抑制。同理，如果采用如圖3.36(b)所示的二階高通濾波器，其阻帶衰減程度會更劇烈，濾波效果會更好。第43頁/共64頁圖3.37 一階高通濾波電路的幅頻特性曲線第44頁/共64頁 4. 帶通濾波電路和帶阻濾波電路(1) 帶通濾波電路。圖3.38 帶通濾波電路的構(gòu)成方

14、法第45頁/共64頁圖3.39 壓控電壓源二階帶通濾波電路第46頁/共64頁在同一條特性曲線-3dB處的通頻帶范圍為通頻帶寬度，理論可以證明 0fBWQ 可見，值越大，頻帶越窄，選頻特性越好。第47頁/共64頁 (2) 帶阻濾波電路。圖3.40 帶阻濾波電路的構(gòu)成方法 帶阻濾波電路又名陷波器。它由低通濾波電路和高通濾波電路并聯(lián)而成，兩者對某一頻段均不覆蓋，形成帶阻頻段。 第48頁/共64頁圖3.41 壓控電壓源二階帶阻濾波電路第49頁/共64頁 根據(jù)理論推導(dǎo)，該電路的電壓放大倍數(shù)為p022011juuAAffQff&012fRC阻帶的中心頻率為 (3.38) (3.40)p12(2)u

15、QA式中： (3.39)第50頁/共64頁012fRC阻帶的中心頻率為 阻帶的寬度0LHfBWffQ第51頁/共64頁不同的值的幅頻特性如圖3.41(b)所示。由圖可見，值越大，阻帶越窄，選頻特性越好。帶阻濾波電路在檢測儀表和電子系統(tǒng)中應(yīng)用較多，常用于抑制50Hz交流電源引起的干擾信號。這時(shí)帶阻中心頻率選為50Hz，使對應(yīng)于該中心頻率的電壓放大倍數(shù)為零。第52頁/共64頁信號轉(zhuǎn)換電路信號轉(zhuǎn)換電路1.1.電壓電流轉(zhuǎn)換電路電壓電流轉(zhuǎn)換電路（1 1）接地負(fù)載電壓）接地負(fù)載電壓電流變換器電流變換器第53頁/共64頁（2 2）懸浮負(fù)載電壓）懸浮負(fù)載電壓電流變換器電流變換器 圖3-43懸浮負(fù)載的電壓電流變

16、換器（a）反相電壓電流變換器；（b）同相電壓電流變換器 第54頁/共64頁第55頁/共64頁2.2.精密二極管半波整流器精密二極管半波整流器3-45典型的高精度半波整流電路(a)電路圖；(b)電壓傳輸特性；(c)波形圖。第56頁/共64頁第57頁/共64頁精密儀用放大電路精密儀用放大電路1.1.精密差分測量放大器精密差分測量放大器電壓放大倍數(shù)為 第58頁/共64頁2.2.集成精密測量放大器集成精密測量放大器（1 1）INA101MINA101M型測量放大器型測量放大器圖3-47 INA101M測量放大器(a)內(nèi)部電路；(b)基本應(yīng)用電路。第59頁/共64頁（2 2）應(yīng)用舉例）應(yīng)用舉例心電信號放

17、大電路心電信號放大電路 圖所示圖所示3-483-48為實(shí)用的心電信號放大電路。心電信號為實(shí)用的心電信號放大電路。心電信號由安置在手腕和腳腕的電極取得，該電極稱為導(dǎo)聯(lián)。由安置在手腕和腳腕的電極取得，該電極稱為導(dǎo)聯(lián)。在電極和人體間涂上導(dǎo)電液，以減小接觸電阻。其中在電極和人體間涂上導(dǎo)電液，以減小接觸電阻。其中R1R1、C1C1和和R2R2、C2C2用以預(yù)防電極懸空而引入干擾信號。用以預(yù)防電極懸空而引入干擾信號。第二級為同相比例放大，與第二級為同相比例放大，與C6C6一起組成低通濾波電路一起組成低通濾波電路，這二級總的電壓放大倍數(shù)可達(dá)一萬倍，最后一級采，這二級總的電壓放大倍數(shù)可達(dá)一萬倍，最后一級采用帶

18、阻濾波器，構(gòu)成用帶阻濾波器，構(gòu)成50Hz50Hz陷波器陷波器, ,減小工頻干擾。減小工頻干擾。第60頁/共64頁圖3-48心電信號放大電路第61頁/共64頁3.5 3.5 集成運(yùn)放使用中的問題集成運(yùn)放使用中的問題1.1.選用集成運(yùn)放型號選用集成運(yùn)放型號2. 2. 在使用集成運(yùn)放時(shí)應(yīng)熟悉管腳的功能在使用集成運(yùn)放時(shí)應(yīng)熟悉管腳的功能3. 3. 集成運(yùn)放的消振與調(diào)零集成運(yùn)放的消振與調(diào)零4. 4. 集成運(yùn)放的保護(hù)措施集成運(yùn)放的保護(hù)措施5. 5. 集成運(yùn)放電路外接電阻值的選取集成運(yùn)放電路外接電阻值的選取6. 6. 調(diào)試過程中應(yīng)注意的問題調(diào)試過程中應(yīng)注意的問題第62頁/共64頁 1反饋是將輸出信號的一部分或全部以通過反饋網(wǎng)絡(luò)送到輸入端。負(fù)反