第10章_集成運(yùn)算放大器

1、 集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。它是發(fā)展最早、的多級(jí)直接耦合放大電路。它是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。運(yùn)放的應(yīng)用領(lǐng)域：運(yùn)放的應(yīng)用領(lǐng)域：信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量信號(hào)處理、信號(hào)測(cè)量 、波、波 形轉(zhuǎn)換、自動(dòng)控制等。形轉(zhuǎn)換、自動(dòng)控制等。運(yùn)放的模擬計(jì)算：運(yùn)放的模擬計(jì)算：信號(hào)的加、減、乘、除、積信號(hào)的加、減、乘、除、積 分、微分、對(duì)數(shù)等運(yùn)算。分、微分、對(duì)數(shù)等運(yùn)算。輸入級(jí)：輸入級(jí)：都采用帶恒流源的差分放大電路，輸入電都采用帶恒流源的差分放大電路，輸入電 阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)。阻高，能減小零點(diǎn)漂

2、移和抑制干擾信號(hào)。輸入級(jí)輸入級(jí) 中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)輸入端輸入端輸出端輸出端中間級(jí)：中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的 共發(fā)射極放大電路。共發(fā)射極放大電路。輸出級(jí)：輸出級(jí)：要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由 互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成?；パa(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成。uo+u+u+UCCUEEuo+u+u uo+u+u 1、Auo 高高: 8080dBdB140dB140dB2、rid 高高: 10: 105 510101111 3、ro 低低: 幾十幾十 幾百幾百 4、KCMR高高: 7070dBdB 1

3、30dB130dB1. 最大輸出電壓最大輸出電壓 UOPP 使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。2. 開(kāi)環(huán)差模電壓增益開(kāi)環(huán)差模電壓增益 Auo 未接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。未接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。 Auo愈高，愈高， 所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。6. 共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍 UICM 運(yùn)放能承受的最大共模輸入電壓。超出此值，運(yùn)運(yùn)放能承受的最大共模輸入電壓。超出此值，運(yùn) 放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。3. 輸入失調(diào)電壓輸入

4、失調(diào)電壓 UIO4. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO5. 輸入偏置電流輸入偏置電流 IIB電壓傳輸特性電壓傳輸特性 uo= f (ui) +UOMUOM線性區(qū)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū) u+ u uo Ouo = Auoui= Auo( (u+ u)1、線性區(qū)：、線性區(qū)： uo = Auo( (u+ u)2、非線性區(qū)、非線性區(qū)飽和區(qū)：飽和區(qū)： u+ - - u X 時(shí)，時(shí)，uo = +UOM u+ - - u 1，稱為，稱為深度負(fù)反饋深度負(fù)反饋，此時(shí)：，此時(shí)：FA1f 例例：|A|=300，|F|=0.01。7501. 030013001 fAFAA則：%6d AA若：%.%.51)6(010300

5、11 AAAFAAd11d ff 則則：Auiufuo大大略小略小略大略大略小略小略大略大uo AF小小接近正弦波接近正弦波正弦波正弦波uiudBWFABW)1(of 無(wú)負(fù)反饋無(wú)負(fù)反饋f|Au|uiubeib+在同樣的在同樣的 ib下下，ui= ube + uf ube，所以所以 rif 提高。提高。i0if)1(rFAr biiiur 無(wú)負(fù)反饋時(shí)：無(wú)負(fù)反饋時(shí)：有負(fù)反饋時(shí)：有負(fù)反饋時(shí)：biifiur uf+bbeiu FArr0ifi1 ifbbeiiur 無(wú)負(fù)反饋時(shí)：無(wú)負(fù)反饋時(shí)：有負(fù)反饋時(shí)：有負(fù)反饋時(shí)：ibeifiur iiibube+o0of)1(rFAr FArr0oof1 電壓負(fù)反饋具

6、有穩(wěn)定輸出電壓的作用，電壓負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。即有恒壓輸出特性，故輸出電阻降低。 電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，電流負(fù)反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。即有恒流輸出特性，故輸出電阻提高。Auo +UCCUEEuo+u+u ri ro 0KCMR 二、理想運(yùn)算放大器的特性二、理想運(yùn)算放大器的特性u(píng)+ u 時(shí)，時(shí)， uo = +UOM u+ 0 ui = Ui UR，uo=+ UOMui 0時(shí)，時(shí)，| T(j )| 衰減很快衰減很快 顯然，電路能使低于顯然，電路能使低于 0的的信號(hào)順利通過(guò)，衰減很小，信號(hào)順利通過(guò)，衰減很小

7、，而使高于而使高于 0的信號(hào)不易通過(guò)，的信號(hào)不易通過(guò)，衰減很大，衰減很大，稱一稱一 階有源低通階有源低通濾波器。濾波器。 為了改善濾波效果，為了改善濾波效果，使使 0 時(shí)信號(hào)衰減得時(shí)信號(hào)衰減得更快些，常將兩節(jié)更快些，常將兩節(jié)RC濾濾波環(huán)節(jié)串接起來(lái)，波環(huán)節(jié)串接起來(lái)，組成組成二階有源低通濾波器。二階有源低通濾波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一階一階二階二階 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUi1jUCRRU URRU)(11Fo頻率頻率角角稱為截止稱為截止RC1: 式中0 uiuoRFCR+ R1+設(shè)設(shè)ui為正

8、弦波信號(hào)，則為正弦波信號(hào)，則故：故： 可見(jiàn)，電路使頻率大于可見(jiàn)，電路使頻率大于 0 的信號(hào)通過(guò)的信號(hào)通過(guò) ，而小于，而小于 0 的信號(hào)被阻止，稱為的信號(hào)被阻止，稱為有源高通濾波器有源高通濾波器。 ,0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) ,時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模為其模為,0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 2)(jf0uAT 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O控制信號(hào)控制信號(hào)模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)模擬輸入信號(hào)模擬輸入信號(hào) SuC+ui+uo+ 采樣保持電路采樣保持電路，多用于模，多用于模- -數(shù)轉(zhuǎn)換電路

9、（數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A/DA/D）之前之前。由于。由于A/DA/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間, ,所以在所以在A/DA/D轉(zhuǎn)換前必須對(duì)模擬量進(jìn)行瞬間采樣轉(zhuǎn)換前必須對(duì)模擬量進(jìn)行瞬間采樣, ,并把采樣值并把采樣值保存一段時(shí)間，以滿足保存一段時(shí)間，以滿足A/DA/D轉(zhuǎn)換電路的需要。轉(zhuǎn)換電路的需要。采樣存儲(chǔ)電容采樣存儲(chǔ)電容電壓跟隨器電壓跟隨器uG為高電平，為高電平，S S閉合閉合( (場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通) )， ui對(duì)存儲(chǔ)電容對(duì)存儲(chǔ)電容C C充電，充電，u uo o= u= uC C = u= ui i 。uG為為0 0，S S斷開(kāi)斷開(kāi)( (場(chǎng)效應(yīng)管截止場(chǎng)效應(yīng)管截止) )，輸出，輸出 保持該

10、階段開(kāi)始瞬間的值不變。保持該階段開(kāi)始瞬間的值不變。uitouGto采樣速度愈高，愈接近模擬信號(hào)的變化情況。采樣速度愈高，愈接近模擬信號(hào)的變化情況。 SuC+ui+uo+ o(sat)2 1 2RURRRU o(sat)F 2 2RURRRU 動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà) RCtCCCCeuuutu 0RU RU o(sat)F 2 2R2o(sat)o(sat)F 2 2 R0URRRUtuUuURRRUuCCC o(sat)F 2 2R3o(sat)o(sat)F 2 2R0URRRUtuUuURRRUuCCC F 22121ln2RRRCTTT F 221ln211RRRCTf = RC A1：滯回比較器：滯回比較器 因因 u- = 0 ，所以當(dāng)，所以當(dāng) u+ = 0時(shí)時(shí)，A1狀態(tài)狀態(tài)改變改變0o2111o2121 uRRRuRRRu當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)，即即當(dāng)當(dāng) Z121o12oURRuRRu Cuo1R3DZR2+ R6uoR5R4+ A2A1R1動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)TT1T2T = T1+ T2 = 2T1 = 2T2RCRRTf2141 tRCUui