第5章 模擬集成電路及應(yīng)用

1、Chapter51第第5 5章章 模擬集成電路及應(yīng)用模擬集成電路及應(yīng)用Chapter52主要內(nèi)容主要內(nèi)容 集成運算放大器集成運算放大器 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋 集成運算放大器的線性應(yīng)用集成運算放大器的線性應(yīng)用 集成運算放大器的非線性應(yīng)用集成運算放大器的非線性應(yīng)用 模擬集成乘法器及應(yīng)用模擬集成乘法器及應(yīng)用 模擬集成功率放大器及應(yīng)用模擬集成功率放大器及應(yīng)用Chapter53 集成電路是集成電路是60年代初期發(fā)展起來的。年代初期發(fā)展起來的。 采用半導(dǎo)體制造工藝，在一小塊硅單晶片上制作采用半導(dǎo)體制造工藝，在一小塊硅單晶片上制作具有特定功能的電子線路。具有特定功能的電子線路。集成電路分為：

2、模擬集成電路與數(shù)字集成電路。集成電路分為：模擬集成電路與數(shù)字集成電路。 在模擬集成電路中，運算放大器（早期用于模擬在模擬集成電路中，運算放大器（早期用于模擬計算機的數(shù)學(xué)運算）發(fā)展最早，應(yīng)用最廣泛。計算機的數(shù)學(xué)運算）發(fā)展最早，應(yīng)用最廣泛。 隨著集成技術(shù)與集成工藝的迅速發(fā)展，其他類隨著集成技術(shù)與集成工藝的迅速發(fā)展，其他類型的模擬集成電路也取得了非常大的進展，型的模擬集成電路也取得了非常大的進展，如混頻如混頻器、調(diào)制器、寬帶放大器、高頻放大器、功率放大器、調(diào)制器、寬帶放大器、高頻放大器、功率放大器、電壓比較器、器、電壓比較器、A/D或或D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器等。等。Chapter545.1 5.1 集成

3、運算放大器集成運算放大器 運算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造運算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的高增益放大器。的高增益放大器。 它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應(yīng)用于它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應(yīng)用于用用于模擬運算、信號處理、信號測量、波形轉(zhuǎn)換、自于模擬運算、信號處理、信號測量、波形轉(zhuǎn)換、自動控制等領(lǐng)域。動控制等領(lǐng)域。 運算放大器的組成運算放大器的組成 運算放大器的符號與主要參數(shù)運算放大器的符號與主要參數(shù) 理想運算放大器理想運算放大器 運算放大器分類運算放大器分類Chapter555.1.1 5.1.1 集成運算放大器組成集成運算放大器組成中間級中間級輸入級輸入級偏置電

4、路偏置電路輸出級輸出級ui +ui 集成運算放大器是一個高增益直接耦合放大電路。集成運算放大器是一個高增益直接耦合放大電路。采用具有兩個輸入端采用具有兩個輸入端子的差動放大電路子的差動放大電路提供增益，通常是共射提供增益，通常是共射組態(tài)的放大電路組態(tài)的放大電路由有較強帶負(fù)載能力的由有較強帶負(fù)載能力的互補推挽電路組成互補推挽電路組成多數(shù)由恒流源多數(shù)由恒流源電路組成電路組成Chapter565.1.2 5.1.2 集成運算放大器的符號與主要參數(shù)集成運算放大器的符號與主要參數(shù)uouu +Auo1.運算放大器的符號運算放大器的符號信號傳信號傳輸方向輸方向?qū)嶋H運放開實際運放開環(huán)電壓放大環(huán)電壓放大倍數(shù)倍數(shù)

5、輸出端輸出端同相同相輸入端輸入端反相反相輸入端輸入端Chapter572. 運算放大器的主要參數(shù)運算放大器的主要參數(shù)uouu +Auo（1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Auo uuuAouo無外加反饋時的差模電壓放大倍數(shù)。無外加反饋時的差模電壓放大倍數(shù)。Auo越大，電路越大，電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。一般為越穩(wěn)定，運算精度也越高。一般為104107。（2）共模開環(huán)電壓放大倍數(shù)）共模開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aco 反映集成運放抗溫漂、抗共模干擾的能力，優(yōu)反映集成運放抗溫漂、抗共模干擾的能力，優(yōu)質(zhì)的集成運放質(zhì)的集成運放Aco應(yīng)接近于零。應(yīng)接近于零。（3）共模抑制比）共模抑制比KCMR。綜合

6、衡量集成運放的放大能力和抗溫漂、抗共綜合衡量集成運放的放大能力和抗溫漂、抗共模干擾的能力，一般應(yīng)大于模干擾的能力，一般應(yīng)大于80dB。Chapter58（7）轉(zhuǎn)換速率）轉(zhuǎn)換速率SR 衡量集成運放對高速變化信號的適應(yīng)能力，一般衡量集成運放對高速變化信號的適應(yīng)能力，一般為幾為幾Vs，若輸入信號變化速率大于此值，輸出，若輸入信號變化速率大于此值，輸出波形會嚴(yán)重失真。波形會嚴(yán)重失真。（4）差模輸入電阻）差模輸入電阻rid差模信號作用下集成運放的輸入電阻。差模信號作用下集成運放的輸入電阻。uouu +Auo（5）輸入失調(diào)電壓）輸入失調(diào)電壓Uio為使輸出電壓為零，在輸入級所加的補償電壓值。為使輸出電壓為零

7、，在輸入級所加的補償電壓值。顯然越小越好，一般為毫伏級。顯然越小越好，一般為毫伏級。（6）失調(diào)電壓溫度系數(shù)）失調(diào)電壓溫度系數(shù)UioT。 溫度變化溫度變化T時所產(chǎn)生的失調(diào)電壓變化時所產(chǎn)生的失調(diào)電壓變化Uio的大小，的大小，直接影響集成運放的精度，一般為幾十直接影響集成運放的精度，一般為幾十VChapter59（1）通用型）通用型 性能指標(biāo)適合一般性使用，其特點是性能指標(biāo)適合一般性使用，其特點是電源電壓適應(yīng)范圍廣，允許有較大的輸入電壓等，電源電壓適應(yīng)范圍廣，允許有較大的輸入電壓等，如如CF741等。等。（2）低功耗型）低功耗型 靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗2mW，如，如XF253等。等。（3）高精度型）高精度

8、型 失調(diào)電壓溫度系數(shù)在失調(diào)電壓溫度系數(shù)在1V左右，左右，能保證組成的電路對微弱信號檢測的準(zhǔn)確性，如能保證組成的電路對微弱信號檢測的準(zhǔn)確性，如CF75、CF7650等。等。（4）高阻型）高阻型 輸入電阻可達輸入電阻可達1012，如，如F55系列等。系列等。 還有寬帶型、高壓型等等。還有寬帶型、高壓型等等。3. 運算放大器的分類運算放大器的分類Chapter5105.1.3 5.1.3 集成運放的電壓傳輸特性、理想模型集成運放的電壓傳輸特性、理想模型 和分析依據(jù)和分析依據(jù)1. 電壓傳輸特性電壓傳輸特性實際運放電壓傳輸特性實際運放電壓傳輸特性uo uuO線性區(qū)線性區(qū)正飽和區(qū)正飽和區(qū) 負(fù)飽和區(qū)負(fù)飽和區(qū)

9、 )(uoo uuAu若若 Auo = 106 UO(sat) = 15 V則則 UIM = 0.015 mV運放要工作在線性運放要工作在線性區(qū)必須有負(fù)反饋區(qū)必須有負(fù)反饋uouu +AuoChapter5112. 理想運放模型理想運放模型1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)）開環(huán)電壓放大倍數(shù) 2）開環(huán)輸入電阻）開環(huán)輸入電阻3）開環(huán)輸出電阻）開環(huán)輸出電阻4）共模抑制比）共模抑制比 ouA idr0or CMRRK在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是理在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是理想的運算放大器。理想化的主要條件：想的運算放大器。理想化的主要條件：uouu + Chapter5123. 分析運放電

10、路的依據(jù)分析運放電路的依據(jù))(oo uuAuu0)(oo uAuuu運放工作在線性區(qū)的依據(jù)運放工作在線性區(qū)的依據(jù) 相當(dāng)于兩輸入端之間相當(dāng)于兩輸入端之間短路短路，但又未真正短路，故，但又未真正短路，故稱稱 “虛短虛短” 相當(dāng)于兩輸入端之間相當(dāng)于兩輸入端之間斷路斷路，但又未真正斷路，故，但又未真正斷路，故稱稱 “ “虛斷虛斷”。2） i+i 0 1）u+ u 且且uo 為有限值為有限值， uoA idr u+ uuouu + i+i 0 Chapter513)(oo uuAuuuo uuO不再成立不再成立非線性區(qū)非線性區(qū) 非線性區(qū)非線性區(qū) 所以所以當(dāng)當(dāng)依然成立依然成立運放工作在非線性區(qū)的依據(jù)運放工

11、作在非線性區(qū)的依據(jù)當(dāng)當(dāng) uu uuo(sat)oUu (sat)ooUu 時，時， uuUo 發(fā)生躍變發(fā)生躍變uouu + 時，時，2） i+i 0 1）u+ uChapter5145.2 5.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋5.2.1 反饋的基本概念反饋的基本概念 將放大電路輸出信號（電壓或電流）的一部分或?qū)⒎糯箅娐份敵鲂盘枺妷夯螂娏鳎┑囊徊糠只蛉客ㄟ^反饋網(wǎng)絡(luò)回送到輸入端，并參與對放大的全部通過反饋網(wǎng)絡(luò)回送到輸入端，并參與對放大的控制過程稱反饋?？刂七^程稱反饋。AoXiX無負(fù)反饋放大電路方框圖無負(fù)反饋放大電路方框圖1. 反饋的定義反饋的定義Chapter515fidXXX 帶有負(fù)

12、反饋放大電路的方框圖帶有負(fù)反饋放大電路的方框圖 輸入信號輸入信號 凈輸入信號凈輸入信號 反饋信號反饋信號 輸出信號輸出信號dXiXfXoX若三者同相，若三者同相，ifidXXXX idXX 電路為負(fù)反饋。電路為負(fù)反饋。則則iXF+fXdXAoX反饋電路反饋電路基本放大電路基本放大電路比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)Chapter516反饋量取自輸出電壓為電壓反饋，反饋量取自輸出電壓為電壓反饋，取自輸出電流為電流反饋；取自輸出電流為電流反饋；反饋量以電流與輸入信號比較為并聯(lián)反饋；反饋量以電流與輸入信號比較為并聯(lián)反饋；反饋量以電壓與輸入信號比較為串聯(lián)反饋。反饋量以電壓與輸入信號比較為串聯(lián)反饋。在輸入端在輸入端電壓

13、串聯(lián)負(fù)反饋；電壓串聯(lián)負(fù)反饋；電壓并聯(lián)負(fù)反饋；電壓并聯(lián)負(fù)反饋；電流串聯(lián)負(fù)反饋；電流串聯(lián)負(fù)反饋；電流并聯(lián)負(fù)反饋。電流并聯(lián)負(fù)反饋。2. 反饋的類型反饋的類型iXF+fXdXAoX在輸出端在輸出端 根據(jù)反饋電路與基本根據(jù)反饋電路與基本放大電路在輸入、輸出放大電路在輸入、輸出端的連接方式不同，負(fù)反端的連接方式不同，負(fù)反饋有以下四種類型。饋有以下四種類型。Chapter5175.2.2負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋ui+R1R2RF+RLud+uf+uo 用電位的瞬時極性用電位的瞬時極性判別反饋的正、負(fù)。判別反饋的正、負(fù)。 凈輸入信號凈輸入信號 ifiduuuu 為負(fù)反饋為負(fù)反饋01F1fuRRRu 反饋電壓取自輸出電壓，并與反饋電壓取自輸出電壓，并與之成正比，故為電壓反饋。之成正比，故為電壓反饋。 uf 與與ui 在輸入端以電壓形式作串聯(lián)比較，故為在輸入端以電壓形式作串聯(lián)比較，故為串聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋。 反饋組態(tài)判別反饋組態(tài)判別Chapter518 集成運算放大器在線