運放基本作用

1、第三講第三講 模擬集成電路模擬集成電路1.1 1.1 集成運算放大器集成運算放大器 集成運算放大器是一種高放大倍數的直接耦合放大器。在該集成運算放大器是一種高放大倍數的直接耦合放大器。在該集成電路的輸入與輸出之間接入不同的反饋網絡，可實現不同集成電路的輸入與輸出之間接入不同的反饋網絡，可實現不同用途的電路，例如利用集成運算放大器可非常方便的完成信號用途的電路，例如利用集成運算放大器可非常方便的完成信號放大、信號運算（加、減、乘、除、對數、反對數、平方、開放大、信號運算（加、減、乘、除、對數、反對數、平方、開方等）、信號的處理（濾波、調制）以及波形的產生和變換。方等）、信號的處理（濾波、調制）以

2、及波形的產生和變換。集成運算放大器的種類非常多，可適用于不同的場合。集成運算放大器的種類非常多，可適用于不同的場合。1通用型運算放大器通用型運算放大器 通用型運算放大器就是以通用為目的而設計的。這類器件的主通用型運算放大器就是以通用為目的而設計的。這類器件的主要特點是價格低廉、產品量大面廣，其性能指標能適合于一般性使要特點是價格低廉、產品量大面廣，其性能指標能適合于一般性使用。例用。例A741A741（單運放）、（單運放）、LM358LM358（雙運放）、（雙運放）、LM324LM324（四運放）及（四運放）及以場效應管為輸入級的以場效應管為輸入級的LF356LF356都屬于此種。它們是目前應

3、用最為廣都屬于此種。它們是目前應用最為廣泛的集成運算放大器。泛的集成運算放大器。2高阻型運算放大器高阻型運算放大器 這類集成運算放大器的特點是這類集成運算放大器的特點是差模差模輸入阻抗非常高，輸入偏置輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小，一般電流非常小，一般rid（1091012）W W，IIB為為幾幾pApA到到幾十幾十pApA。實現這。實現這些指標的主要措施是利用場效應管高輸入阻抗的特點，用場效應管些指標的主要措施是利用場效應管高輸入阻抗的特點，用場效應管組成運算放大器的差分輸入級。用組成運算放大器的差分輸入級。用FETFET作輸入級，不僅輸入阻抗高作輸入級，不僅輸入阻抗高，輸入偏置電流低，

4、而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點，但輸入，輸入偏置電流低，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點，但輸入失調電壓較大。常見的集成器件有失調電壓較大。常見的集成器件有LF356LF356、LF355LF355、LF347LF347（四運放（四運放）及更高輸入阻抗的）及更高輸入阻抗的CA3130CA3130、CA3140CA3140等。等。集成運算放大器可分為如下幾類：集成運算放大器可分為如下幾類： 1.1.1 1.1.1 集成運算放大器的使用要點集成運算放大器的使用要點1集成運放的電源供給方式集成運放的電源供給方式 集成運放有兩個電源接線端集成運放有兩個電源接線端+V+VCCCC和和-V-VEEEE，

5、但有不，但有不同的電源供給方式。對于不同的電源供給方式，同的電源供給方式。對于不同的電源供給方式，對輸入信號的要求是不同的。對輸入信號的要求是不同的。（1 1）對稱雙電源供電方式）對稱雙電源供電方式 運算放大器多采用這種方式供電。相對于公共運算放大器多采用這種方式供電。相對于公共端（地）的正電源（端（地）的正電源（+E+E）與負電源（）與負電源（-E-E）分別接）分別接于運放的于運放的+V+VCCCC和和-V-VEEEE管腳上。在這種方式下，可把管腳上。在這種方式下，可把信號源直接接到運放的輸入腳上，而輸出電壓的信號源直接接到運放的輸入腳上，而輸出電壓的振幅可達正負對稱電源電壓。振幅可達正負對

6、稱電源電壓。（2 2）單電源供電方式）單電源供電方式 單電源供電是將運放的單電源供電是將運放的-V-VEEEE管腳連接到地上。此時為了保管腳連接到地上。此時為了保證運放內部單元電路具有合適的靜態(tài)工作點，在運放輸入端證運放內部單元電路具有合適的靜態(tài)工作點，在運放輸入端一定要加入一直流電位，如圖一定要加入一直流電位，如圖3.2.13.2.1所示。此時運放的輸出是所示。此時運放的輸出是在某一直流電位基礎上隨輸入信號變化。對于圖在某一直流電位基礎上隨輸入信號變化。對于圖3.2.13.2.1交流放交流放大器，靜態(tài)時，運算放大器的輸出電壓近似為大器，靜態(tài)時，運算放大器的輸出電壓近似為V VCCCC/2/2

7、，為了隔，為了隔離掉輸出中的直流成分接入電容離掉輸出中的直流成分接入電容C C3 3。2集成運放的調零問題集成運放的調零問題 由于集成運放的輸入失調電壓和輸入失調電流的影由于集成運放的輸入失調電壓和輸入失調電流的影響，當運算放大器組成的線性電路輸入信號為零時，響，當運算放大器組成的線性電路輸入信號為零時，輸出往往不等于零。為了提高電路的運算精度，要求輸出往往不等于零。為了提高電路的運算精度，要求對失調電壓和失調電流造成的誤差進行補償，這就是對失調電壓和失調電流造成的誤差進行補償，這就是運算放大器的調零。常用的調零方法有內部調零和外運算放大器的調零。常用的調零方法有內部調零和外部調零，而對于沒有

8、內部調零端子的集成運放，要采部調零，而對于沒有內部調零端子的集成運放，要采用外部調零方法。下面以用外部調零方法。下面以A741A741為例，圖為例，圖3.2.23.2.2給出給出了常用調零電路。圖了常用調零電路。圖3.2.2(a)3.2.2(a)所示的是內部調零電路所示的是內部調零電路；圖（；圖（b b）是外部調零電路。）是外部調零電路。3集成運放的自激振蕩問題集成運放的自激振蕩問題 運算放大器是一個高放大倍數的多級放大器，在接成深度運算放大器是一個高放大倍數的多級放大器，在接成深度負反饋條件下，很容易產生自激振蕩。為使放大器能穩(wěn)定的工負反饋條件下，很容易產生自激振蕩。為使放大器能穩(wěn)定的工作，

9、就需外加一定的頻率補償網絡，以消除自激振蕩。圖作，就需外加一定的頻率補償網絡，以消除自激振蕩。圖3.2.33.2.3是相位補償的使用電路。是相位補償的使用電路。另外，防止通過電源內阻造成低頻振蕩或高頻振蕩的措施是在另外，防止通過電源內阻造成低頻振蕩或高頻振蕩的措施是在集成運放的正、負供電電源的輸入端對地一定要分別加入一電集成運放的正、負供電電源的輸入端對地一定要分別加入一電解電容解電容（10m mF）和一高頻濾波電容和一高頻濾波電容（0.01m mF0.1m mF）。）。如圖如圖3.2.33.2.3所示。所示。4.運算放大器的應用運算放大器的應用u理想運算放大器理想運算放大器v開環(huán)電壓放大倍數

10、開環(huán)電壓放大倍數 AV0=v差摸輸入電阻差摸輸入電阻 Rid=v輸出電阻輸出電阻 R0=0u 運算放大器的兩個工作區(qū)域（狀態(tài)）運算放大器的兩個工作區(qū)域（狀態(tài)） 線性區(qū)和非線性區(qū)線性區(qū)和非線性區(qū)u線性應用線性應用 條件：運放與外圍電路構成負反饋。條件：運放與外圍電路構成負反饋。 u非線性應用非線性應用 條件：條件：a.運放處于開環(huán)狀態(tài)或與外圍電路運放處于開環(huán)狀態(tài)或與外圍電路 構成正反饋。構成正反饋。 b.輸出端有穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓或通過輸出端有穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓或通過 穩(wěn)壓二極管與反相輸入端相連。穩(wěn)壓二極管與反相輸入端相連。 特點：特點：a. 若若U+U-，則則UO=+UOM； 若若U+U-，則，則UO

11、=-UOM。 b. i+i0 （虛斷）（虛斷） 注：不能使用虛短！注：不能使用虛短！ 兩個重要的概念：兩個重要的概念：1.1.集成運放兩個輸入端之間的電壓通常接近于集成運放兩個輸入端之間的電壓通常接近于零，即零，即vIvv-0。若把它理想化，則有。若把它理想化，則有vI0，但又不是短路，故稱為，但又不是短路，故稱為虛短虛短。2. 集成運放兩輸入端幾乎不取用電流，即集成運放兩輸入端幾乎不取用電流，即 iI 0，若把它理想化，則有，若把它理想化，則有iI 0，但不是斷，但不是斷開，故稱為開，故稱為虛斷虛斷。l 線性應用線性應用4.1 4.1 比例運算電路比例運算電路_+ + RfR1RPuiuoi

12、1iFii-ii+虛地點虛地點i1=iF （虛斷）（虛斷）因為有負反饋，因為有負反饋，利用虛短和虛斷利用虛短和虛斷u+ =0 u=u+=0（虛地）（虛地）平衡電阻平衡電阻:RP=R1/RF (使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等)fofFiRuRuRu1反饋方式：反饋方式：電壓并聯負反饋電壓并聯負反饋（1 1）反相比例運算電路）反相比例運算電路1RRuuAufio電壓放大倍數電壓放大倍數 該電路的電壓放大倍數不宜過該電路的電壓放大倍數不宜過大。反饋電阻大。反饋電阻RF一般小于一般小于1M，Rf過大會影響阻值的精度；但過大會影響阻值的精度；但Rf也也不能太小，過小會從信號源或前級

13、不能太小，過小會從信號源或前級吸取較大的電流。吸取較大的電流。由于電路存在虛地所以共模輸由于電路存在虛地所以共模輸入電壓入電壓V ViCiC=0=0二二. 同相比例運算放大器同相比例運算放大器u-= u+= ui_+ + RfR1RPuiuoiFi1Au=1+RfR1i1=iF （虛斷）（虛斷）R RP P=R=Rf f/R/R1 11i2ioRuRuu f1i12ou)RR1(u f1)因為有負反饋，因為有負反饋，利用虛短和虛斷利用虛短和虛斷反饋方式：反饋方式：電壓串聯負反饋電壓串聯負反饋由于運算放大器在該電路中不是由于運算放大器在該電路中不是“虛虛地地”，其輸入端存在著較大的共模信，其輸入

14、端存在著較大的共模信號，共模輸入電壓為：號，共模輸入電壓為：ViC=Vi_+ + RFRfRPuiuoAu=1+RFRf當當RF=0時時,Au=1uo=ui三三.電壓跟隨器電壓跟隨器此電路是同相比此電路是同相比例運算的特殊情況，例運算的特殊情況，輸入電阻大，輸出輸入電阻大，輸出電阻小。電阻小。在電路中在電路中作用與分離元件的作用與分離元件的射極輸出器相同，射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能但是電壓跟隨性能好。好。1. 反相求和運算：反相求和運算：_+ + RfR1R2ui2uoRPui1i1i2iF虛地虛地uo =-(ui1 R1 Rf +ui2 R2 Rf )若若R1 =R2 =R, uo =

15、 -(ui1 R Rf +ui2 )取取RP= R1/ R2/Rfuo_+ + RFR1RPui0uu i1 + i2= iFui1 R1 =ui2 R2 +-uo Rf 4.2 4.2 基本運算電路基本運算電路一一. . 加法運算電路加法運算電路2. 同相求和運算：同相求和運算：Au= RfR11+uo = Au u+ =( )( + ) RfR11+R3 R2 + R3ui1R2 R2 + R3 ui2取取R2/R3=R1/Rf當當R2 = R3 時時, uo = ( )(ui1 + ui2)RfR11+12R1Rf+u i1uoR2R3ui2-u+ _+ + RfR1RPuiuo二二.

16、減法運算電路減法運算電路1、利用加法器、利用加法器vi2-vi1 = vi2+(-vi1)vRRvRR(vi22fi11foi11fi22fi22fi11fovRRvRR)v(RRvRR(v反相器（反相器（-1）疊加定理疊加定理（二）減法器（二）減法器2、差動減法器、差動減法器 Vi1作用作用i11fovRRv Vi2作用作用i21fov2RRR)RR1 (v 綜合：綜合：i21fi11fov2RRR)RR1 (vRRv21fRRRR若)()(i1i21fi2i11fvvRRvvRRvoRuii 虛地tiCuud1CCO1. 積分電路積分電路三三. 積分和微分電路積分和微分電路tuRCd1iiiCu i-+RRPCuouc反相積分器：反相積分器：如果如果u i=直流電壓直流電壓U,輸出將反相積分，輸出將反相積分，經過一定的時間后輸出飽和。經過一定的時間后輸出飽和。 t0oUdtRC1utui0UMomUTRC1U URCUTomM tuo0-UomTM積分時限積分時限 dtuRC1uio= t URC設設Uom=15V,U=+3V, R=10kW W ,C=1 ,C=1m mF F=0.05秒秒練習練習: :