第10章集成運算放大器集成電路

1、第10章集成運算放大器集成電路 集成運算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)集成運算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。它是發(fā)展最早、的多級直接耦合放大電路。它是發(fā)展最早、應用最廣泛的一種模擬集成電路。應用最廣泛的一種模擬集成電路。運放的應用領(lǐng)域：信號處理、信號測量運放的應用領(lǐng)域：信號處理、信號測量 、波、波 形轉(zhuǎn)換、自動控制等。形轉(zhuǎn)換、自動控制等。運放的模擬計算：信號的加、減、乘、除、積運放的模擬計算：信號的加、減、乘、除、積 分、微分、對數(shù)等運算。分、微分、對數(shù)等運算。輸入級：都采用帶恒流源的差分放大電路，輸入電輸入級：都采用帶恒流源的差分放大電路，輸入電 阻高，能減小零點漂移和抑

2、制干擾信號。阻高，能減小零點漂移和抑制干擾信號。輸入級輸入級 中間級中間級輸出級輸出級輸入端輸入端輸出端輸出端中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的中間級：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：要求輸出電阻低，帶負載能力強，一般由輸出級：要求輸出電阻低，帶負載能力強，一般由 互補對稱電路或射極輸出器構(gòu)成?；パa對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、KCM

3、R高高: 7070dBdB 130dB130dB1. 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. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 Auo 未接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。未接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。 Auo愈高，愈高， 所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。6. 共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍 UICM 運放能承受的最大共模輸入電壓。超出此值，運運放能承受的最大共模輸入電壓。超出此值，運 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

4、件損壞。3. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(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，時，uo = +UOM u+ - - u 1，稱為深度負反饋，此時：，稱為深度負反饋，此時：FA1f 例例：|A|=300，|F。7501. 030013001 fAFAA則：%6d AA若：%.%.51

5、)6(01030011 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 無負反饋無負反饋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 無負反饋時：無負反饋時：有負反饋時：有負反饋時：biifiur uf+bbeiu FArr0ifi1 ifbbeiiur 無負反饋時：無負反饋時：有負反饋時：有負反饋時：ibeifiur iiibube+o0of)1(rFAr FArr0o

6、of1 電壓負反饋具有穩(wěn)定輸出電壓的作用，電壓負反饋具有穩(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。 電流負反饋具有穩(wěn)定輸出電流的作用，電流負反饋具有穩(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、理想運算放大器的特性二、理想運算放大器的特性u+ u 時，時， uo = +UOM u+ 0 ui = Ui UR，uo=+ UOMui 0時，時，| 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的的信號順利通過，衰減很小，信

7、號順利通過，衰減很小，而使高于而使高于 0的信號不易通過，的信號不易通過，衰減很大，稱一衰減很大，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 時信號衰減得時信號衰減得更快些，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，組成波環(huán)節(jié)串接起來，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+

8、 R1+設設ui為正弦波信號，則為正弦波信號，則故：故： 可見，電路使頻率大于可見，電路使頻率大于 0 的信號通過的信號通過 ，而小于，而小于 0 的信號被阻止，稱為有源高通濾波器。的信號被阻止，稱為有源高通濾波器。 ,0時時當當 ,時時當當 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模為其模為,0時時當當 2)(jf0uAT 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O控制信號控制信號模擬開關(guān)模擬開關(guān)模擬輸入信號模擬輸入信號 SuC+ui+uo+ 采樣保持電路，多用于模采樣保持電路，多

9、用于模- -數(shù)轉(zhuǎn)換電路（數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A/DA/D）之前。由于之前。由于A/DA/D轉(zhuǎn)換需要一定的時間轉(zhuǎn)換需要一定的時間, ,所以在所以在A/DA/D轉(zhuǎn)換前必須對模擬量進行瞬間采樣轉(zhuǎn)換前必須對模擬量進行瞬間采樣, ,并把采樣值并把采樣值保存一段時間，以滿足保存一段時間，以滿足A/DA/D轉(zhuǎn)換電路的需要。轉(zhuǎn)換電路的需要。采樣存儲電容采樣存儲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( (場效應管導通場效應管導通) )， ui對存儲電容對存儲電容C C充電，充電，u uo o= u= uC C = u= ui i 。uG為為0 0，S S斷開斷開( (場效應管截止場效應管截止)

10、)，輸出，輸出 保持該階段開始瞬間的值不變。保持該階段開始瞬間的值不變。uitouGto采樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。采樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。 SuC+ui+uo+ o(sat)2 1 2RURRRU o(sat)F 2 2RURRRU 動畫動畫 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，所以當 u+ = 0時，時，A1狀態(tài)狀態(tài)改變改變0o2111o2121 uRRRuRRRu當當 時時，即即當當 Z121o12oURRuRRu Cuo1R3DZR2+ R6uoR5R4+ A2A1R1動畫動畫TT1T2T = T1+ T2 = 2T1 = 2T2RCRRTf2141 tRCUu