運算放大器-有源、多動能、集成電路-電子線路-中國科技大學(xué)-06

1、1運算放大器運算放大器 有源、多動能、集成電路有源、多動能、集成電路2uiuo_+Ao運放的電路符號運放的電路符號1 基本知識基本知識3uiuo+UOM-UOMAo越大，運放的線性范圍越小，必須越大，運放的線性范圍越小，必須在在輸出與輸入之輸出與輸入之間間加負反饋加負反饋才能使其擴大輸入信號的線性范圍。才能使其擴大輸入信號的線性范圍。uiuo_+Ao一、運放的開環(huán)電壓傳輸特性一、運放的開環(huán)電壓傳輸特性CoOMEuUmax例：若例：若UOM=12V，Ao=106， 則則|ui| UR時時 , uo = +Uom當(dāng)當(dāng)ui UR時時 , uo = -Uom 一、一、若若ui從同相端輸入從同相端輸入4

2、2 +uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)當(dāng)ui UR時時 , uo = -Uom 二、二、 若若ui從反相端輸入從反相端輸入43 uoui0+UOM-UOM+uoui三、過零比較器三、過零比較器: (UR =0時時)+uouiuoui0+UOM-UOM44 +uouitui例：例：利用電壓比較器將正利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲āＯ也ㄗ優(yōu)榉讲?。uot+Uom-Uom45 分析分析1. 因為有正反饋，所以因為有正反饋，所以輸出飽和。輸出飽和。2. 當(dāng)當(dāng)uo正飽和時正飽和時(uo =+UOM)U+HomUURRRU2113. 當(dāng)當(dāng)uo負飽和時負飽和時(uo =UOM)LomUURRRU2

3、11+uoRR2R1ui參考電壓由參考電壓由輸出電壓決定輸出電壓決定2 施密特觸發(fā)器遲滯比較器施密特觸發(fā)器遲滯比較器特點：特點：電路中使用正反饋，電路中使用正反饋， 運放處于非線性狀態(tài)。運放處于非線性狀態(tài)。1. 沒加參考電壓的下沒加參考電壓的下行遲滯比較器行遲滯比較器46 omHURRRU211omLURRRU211分別稱分別稱UH和和UL上下門限電壓上下門限電壓。稱。稱(UH - UL)為為回差或門限回差或門限寬度寬度。當(dāng)當(dāng)ui 增加增加到到UH時，輸出時，輸出由由Uom跳變到跳變到-Uom；+uoRR2R1ui當(dāng)當(dāng)ui 減小減小到到UL時，輸出時，輸出由由-Uom跳變到跳變到Uom 。傳輸

4、特性：傳輸特性：UHULuoui0Uom-Uom47 tuiUom-UomtuiUHUL例：例：下行遲滯比較器的下行遲滯比較器的輸入為正弦波時，輸入為正弦波時，畫出輸出的波形。畫出輸出的波形。+uoRR2R1ui48 RomHURRRURRRU212211RomLURRRURRRU2122112. 加上參考電壓后的下行遲滯比較器加上參考電壓后的下行遲滯比較器加上參考電壓后的上下限：加上參考電壓后的上下限：+uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL49 例：例：R1=10k ，R2=20k ，UOM=12V， UR=9V當(dāng)輸入當(dāng)輸入 ui 為如圖所示的波形時，畫出輸出為如圖所示的波

5、形時，畫出輸出uo的波形。的波形。+uoRR2R1uiUR5V10Vuit050 門限電壓：門限電壓：V2212211RomLURRRURRRU+UOM-UOM根據(jù)傳輸特性畫輸出波形圖根據(jù)傳輸特性畫輸出波形圖uiuott10V5V002VV10212211RomHURRRURRRU51 +uoRR2R1ui+uoRR2R1ui3 3、上行遲滯比較器、上行遲滯比較器沒加參考電壓的沒加參考電壓的上行遲滯比較器上行遲滯比較器 加上參考電壓后的加上參考電壓后的上行遲滯比較器上行遲滯比較器UR52 3 窗口比較器窗口比較器 電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻構(gòu)成電路由兩個幅度比較器和一些二極管與電阻

6、構(gòu)成設(shè)設(shè)R1 =R2，則：，則：DLHDCC212DCCL2=)2(21)2(=VVVVVRRRVVV 53 當(dāng)當(dāng)vIVH時，時，vO1為為高電平高電平，D3導(dǎo)通；導(dǎo)通；vO2為為低低電平電平, D4截止，截止，vO= vO1。 當(dāng)當(dāng)vI VL時，時，vO2為高為高電平，電平，D4導(dǎo)通；導(dǎo)通；vO1為低為低電平，電平，D3截止，截止，vO= vO2 當(dāng)當(dāng)VH vI VL時，時，vO1為低電平，為低電平，vO2為低電為低電平，平，D3、D4截止，截止，vO為為 為低電平為低電平。 54 一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)omHURRRU211omLURRRU211上下門上下門限電壓：限電壓：下行的遲滯比較

7、器，下行的遲滯比較器，輸出經(jīng)積分電路再輸出經(jīng)積分電路再輸入到此比較器的輸入到此比較器的反相輸入端。反相輸入端。+RR1R2C+ucuo4 方波發(fā)生器方波發(fā)生器55 二、工作原理二、工作原理1. 設(shè)設(shè) uo = + UOM此時，輸出給此時，輸出給C 充電充電則：則：u+=UH0tuoUOM-UOMU+Huc0tuo 立即由立即由UOM 變成變成UOM +RR1R2C+ucuoUc上升上升到到UH時，時，uo下下翻翻。56 此時，此時，C 經(jīng)輸出端放電。經(jīng)輸出端放電。2. 當(dāng)當(dāng)uo = -UOM 時，時，u+=ULuc降到降到UL時，時，uo上翻上翻。UHuctUL當(dāng)當(dāng)uo 重新回到重新回到UOM

8、 以后，電路又進入另一個以后，電路又進入另一個周期性的變化。周期性的變化。+RR1R2C+ucuo57 0UHuctULUOMuo0t- UOMT輸出波形：輸出波形：+RR1R2C+ucuo58實際運放實際運放由于工藝問題，實際運放達不到理想運放的性能。由于工藝問題，實際運放達不到理想運放的性能。以下方面是運放的重要指標，據(jù)此選擇運放。以下方面是運放的重要指標，據(jù)此選擇運放。591 1，失調(diào)電壓及其漂移，失調(diào)電壓及其漂移由于實際運放內(nèi)部電路元件不完全對稱，由于實際運放內(nèi)部電路元件不完全對稱，輸入端短路時輸出電壓不為零輸入端短路時輸出電壓不為零。折合為輸入端的折合為輸入端的等效電壓等效電壓，Uo

9、oUoo隨溫度變化，稱為失調(diào)電壓的隨溫度變化，稱為失調(diào)電壓的漂移漂移。602 2，偏置和失調(diào)電流，偏置和失調(diào)電流由于實際運放內(nèi)部電路元件不完全對稱，由于實際運放內(nèi)部電路元件不完全對稱，兩個輸入端具有兩個輸入端具有很小、不等很小、不等的直流電流。的直流電流。兩個輸入電流的兩個輸入電流的平均值平均值 稱為稱為 偏置電流偏置電流 IB 差差 稱為稱為 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO偏置電流、失調(diào)電流也隨溫度變化。偏置電流、失調(diào)電流也隨溫度變化。613 3，共模抑制比，共模抑制比差模信號差模信號共模信號共模信號624 4，飽和電壓和電流，飽和電壓和電流實際飽和輸出比正、負電源電壓實際飽和輸出比正、負電源電壓小小1 12V2V。（晶體管導(dǎo)通電壓）（晶體管導(dǎo)通電壓）實際輸出電流有一個實際輸出電流有一個最大值最大值限制，