模電4版華成英課件47

1、華成英 第四章第四章 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路華成英 第四章 集成運(yùn)算放大電路4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 集成運(yùn)放中的電流源集成運(yùn)放中的電流源4.3 4.3 集成運(yùn)放的電路分析及其性能指標(biāo)集成運(yùn)放的電路分析及其性能指標(biāo)華成英 4.14.1 概述一、一、集成運(yùn)放的特點(diǎn)集成運(yùn)放的特點(diǎn)二、二、集成運(yùn)放電路的組成集成運(yùn)放電路的組成三、三、集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性 華成英 一、集成運(yùn)放的特點(diǎn)（1 1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大電路和電流源電路。差分放大電路和電流源電路。（2 2）用復(fù)雜電路

2、實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐返膹?fù)雜）用復(fù)雜電路實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐返膹?fù)雜化并不帶來(lái)工藝的復(fù)雜性?；⒉粠?lái)工藝的復(fù)雜性。（3 3）用有源元件替代無(wú)源元件，如用晶體管取代難于制作）用有源元件替代無(wú)源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。的大電阻。（4 4）采用復(fù)合管。）采用復(fù)合管。 集成運(yùn)算放大電路，簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，是一個(gè)高性能的直接集成運(yùn)算放大電路，簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，是一個(gè)高性能的直接耦合多級(jí)放大電路。因首先用于信號(hào)的運(yùn)算，故而得名。耦合多級(jí)放大電路。因首先用于信號(hào)的運(yùn)算，故而得名。華成英 二、集成運(yùn)放電路的組成兩個(gè)兩個(gè)輸入端輸入端一個(gè)一個(gè)輸出端輸出端 若將集成運(yùn)放看成為一個(gè)若將集成運(yùn)放

3、看成為一個(gè)“黑盒子黑盒子”，則可等效為一個(gè)，則可等效為一個(gè)雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。華成英 集成運(yùn)放電路四個(gè)組成部分的作用前置級(jí)，多采用差分放大電路。要求前置級(jí)，多采用差分放大電路。要求Ri大，大，Ad大，大， Ac小，輸入端耐壓高。小，輸入端耐壓高。主放大級(jí)，多采用共射放大電路。要求有足夠主放大級(jí)，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。的放大能力。功率級(jí)，多采用準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。要求功率級(jí)，多采用準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。要求Ro小，最小，最大不失真輸出電壓盡可能大。大不失真輸出電壓盡可能大。為各為各級(jí)放大電路設(shè)置級(jí)放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。采

4、用電流源點(diǎn)。采用電流源電路。電路。華成英 三、集成運(yùn)放的電壓傳輸特性 由于由于Aod高達(dá)幾十萬(wàn)倍，所以集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的高達(dá)幾十萬(wàn)倍，所以集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的最大輸入電壓最大輸入電壓(uPuN)的數(shù)值僅為幾十一百多微伏。的數(shù)值僅為幾十一百多微伏。在線性區(qū)：在線性區(qū)：uOAod(uPuN) Aod是開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)。是開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)。非線非線性區(qū)性區(qū) (uPuN)的數(shù)值大于一定值時(shí)，的數(shù)值大于一定值時(shí)，集成運(yùn)放的輸出不是集成運(yùn)放的輸出不是UOM , 就是就是UOM，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。uO=f(uP-uN)華成英 4.24.2 集成運(yùn)放中的電流源一、

5、鏡像電流源一、鏡像電流源二、微電流源二、微電流源三、多路電流源三、多路電流源四、有源負(fù)載四、有源負(fù)載華成英 一、鏡像電流源T0 和和 T1 特性完全相同。特性完全相同。B0B1BE0BE1IIUU，CCB10B0CR2IIIIIIRC 2II ，則若在電流源電路中充分利用集成運(yùn)放中晶體管性能的一致性。在電流源電路中充分利用集成運(yùn)放中晶體管性能的一致性。電路中有負(fù)反電路中有負(fù)反饋嗎？饋嗎？基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流RUVI)(BECCRRC2IICC0C1III華成英 二、微電流源eBE1BE0E1)(RUUITBE1BE0TBE)(E1E0SEe eUUUUUIIII，eE1E10ETBE10BElnR

6、IIIUUURUVIIIIIBE0CCR C0 E01C 1E設(shè)計(jì)過(guò)程很簡(jiǎn)單，首先確定設(shè)計(jì)過(guò)程很簡(jiǎn)單，首先確定IE0和和IE1，然后選定，然后選定R和和Re。超越超越方程方程Re要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。華成英 三、多路電流源 根據(jù)所需靜態(tài)電流，來(lái)根據(jù)所需靜態(tài)電流，來(lái)選取發(fā)射極電阻的數(shù)值。選取發(fā)射極電阻的數(shù)值。 根據(jù)所需靜態(tài)電流，來(lái)根據(jù)所需靜態(tài)電流，來(lái)確定集電結(jié)面積。確定集電結(jié)面積。 根據(jù)所需靜態(tài)電流，根據(jù)所需靜態(tài)電流，來(lái)確定溝道尺寸。來(lái)確定溝道尺寸。華成英 四、有源負(fù)載哪只管子為放大管？哪只管子為放大管？其集電結(jié)靜態(tài)電流約為多少？其集電結(jié)

7、靜態(tài)電流約為多少？靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)UIQ為多少？為多少？為什么要考慮為什么要考慮 h22?be1bLce2ce11)( rRRrrAu用于共射放大電路華成英 2. 用于差分放大電路電路的輸入、輸出方式？電路的輸入、輸出方式？如何設(shè)置靜態(tài)電流？如何設(shè)置靜態(tài)電流？靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)iO約為多少？約為多少？動(dòng)態(tài)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)iO約為約為多少？多少？ C1C3C4C2C1，iiiiiC1C2C4O2 iiii 使單端輸出電路使單端輸出電路的差模放大倍數(shù)近的差模放大倍數(shù)近似等于雙端輸出時(shí)似等于雙端輸出時(shí)的差模放大倍數(shù)。的差模放大倍數(shù)。0 C2C4Oiii靜態(tài)：靜態(tài)：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII，動(dòng)態(tài)

8、：動(dòng)態(tài)：華成英 4.34.3 集成運(yùn)放的電路分析及其性能指標(biāo)二、讀圖舉例二、讀圖舉例三、集成運(yùn)放的性能指標(biāo)三、集成運(yùn)放的性能指標(biāo)一、讀圖方法一、讀圖方法華成英 一、讀圖方法了解要分析的電路的應(yīng)用場(chǎng)合、用途和技術(shù)了解要分析的電路的應(yīng)用場(chǎng)合、用途和技術(shù)指標(biāo)。指標(biāo)。將整個(gè)電路圖分為各自具有一定功能的基本將整個(gè)電路圖分為各自具有一定功能的基本電路。電路。定性分析每一部分電路的基本功能和性能。定性分析每一部分電路的基本功能和性能。電路相互連接關(guān)系以及連接后電路實(shí)現(xiàn)的功電路相互連接關(guān)系以及連接后電路實(shí)現(xiàn)的功能和性能。能和性能。必要時(shí)可估算或利用計(jì)算機(jī)計(jì)算電路的主要必要時(shí)可估算或利用計(jì)算機(jī)計(jì)算電路的主要參數(shù)

9、。參數(shù)。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。華成英 二、舉例：F007通用型集成運(yùn)放通用型集成運(yùn)放 對(duì)于集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路，然后根據(jù)信對(duì)于集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路，然后根據(jù)信號(hào)流通順序，將其分為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)電路。號(hào)流通順序，將其分為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)電路。華成英 若在集成運(yùn)放電路中能夠估算出某一支路的電流，則若在集成運(yùn)放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個(gè)電流往往是偏置電路中的基準(zhǔn)電流。這個(gè)電流往往是偏置電路中的基準(zhǔn)電流。找出偏置電路華成英 雙端輸入、單端雙端輸入、單端輸出差分放大電輸出差分放大電路路以復(fù)合管為放大管、以

10、復(fù)合管為放大管、恒流源作負(fù)載的共恒流源作負(fù)載的共射放大電路射放大電路用用UBE倍增電路消倍增電路消除交越失真的除交越失真的準(zhǔn)準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)互補(bǔ)輸出級(jí)三級(jí)放大電路三級(jí)放大電路簡(jiǎn)化電路分解電路華成英 輸入級(jí)的分析 T3、T4為橫向?yàn)闄M向PNP型管，輸型管，輸入端耐壓高。共集形式，輸入入端耐壓高。共集形式，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式頻帶寬。幅值大。共基形式頻帶寬。共集共集-共基形式共基形式Q點(diǎn)的穩(wěn)定：點(diǎn)的穩(wěn)定：T（）IC1 IC2 IC8 IC9與與IC8為鏡像關(guān)系為鏡像關(guān)系IC9，因，因IC10不變不變 IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2 T

11、1和和T2從基極輸入、射極輸出從基極輸入、射極輸出T3和和T4從射極輸入、集電極輸出從射極輸入、集電極輸出華成英 輸入級(jí)的分析T7的作用：的作用：抑制共模信號(hào)抑制共模信號(hào) T5、T6分別是分別是T3、T4的有源負(fù)的有源負(fù)載，而載，而T4又是又是T6的有源負(fù)載，增的有源負(fù)載，增大電壓放大倍數(shù)。大電壓放大倍數(shù)。作用？作用？+_放大差模信號(hào)放大差模信號(hào)+_特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、共模放大倍數(shù)小、輸入端耐壓高，共模放大倍數(shù)小、輸入端耐壓高，并完成電平轉(zhuǎn)換（即對(duì)并完成電平轉(zhuǎn)換（即對(duì)“地地”輸輸出）。出）。華成英 中間級(jí)的分析 中間級(jí)是主放大器，它中間級(jí)是主放大

12、器，它所采取的一切措施都是為所采取的一切措施都是為了增大放大倍數(shù)。了增大放大倍數(shù)。 F007的中間級(jí)是以復(fù)合的中間級(jí)是以復(fù)合管為放大管、采用有源負(fù)管為放大管、采用有源負(fù)載的共射放大電路。由于載的共射放大電路。由于等效的集電極電阻趨于無(wú)等效的集電極電阻趨于無(wú)窮大，故動(dòng)態(tài)電流幾乎全窮大，故動(dòng)態(tài)電流幾乎全部流入輸出級(jí)。部流入輸出級(jí)。中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)華成英 輸出級(jí)的分析 D1和和D2起過(guò)流保護(hù)作用，未起過(guò)流保護(hù)作用，未過(guò)流時(shí)，兩只二極管均截止。過(guò)流時(shí)，兩只二極管均截止。79O14BE1DRURiUU iO增大到一定程度，增大到一定程度，D1導(dǎo)導(dǎo)通，為通，為T(mén)14基極分流，從而?；鶚O分流，從而保

13、護(hù)護(hù)了了T14。準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)，準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)，UBE倍增電路消除交越失真。倍增電路消除交越失真。中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)電流采樣電阻電流采樣電阻特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸出電阻小輸出電阻小最大不失真輸出電壓高最大不失真輸出電壓高華成英 判斷同相輸入端和反相輸入端判斷同相輸入端和反相輸入端 輸入電阻大、差模增益大、輸出電阻小、共模抑制輸入電阻大、差模增益大、輸出電阻小、共模抑制能力強(qiáng)、允許的共模輸入電壓高、輸入端耐壓高等。能力強(qiáng)、允許的共模輸入電壓高、輸入端耐壓高等。華成英 三、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo) 開(kāi)環(huán)差模增益開(kāi)環(huán)差模增益 Aod 106dB 差模輸入電阻差模輸入電阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比

14、KCMR 90dB 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 UIO 1mV 0 UIO的溫漂的溫漂d UIO/dT() 幾幾V/ 0 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO ( IB1- IB2 ) 20nA 0 UIO的溫漂的溫漂d UIO/dT() 幾幾nA/ 0 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓 UIcmax 13V 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓 UIdmax 30V -3dB帶寬帶寬 fH 10Hz 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 SR(=duO/dtmax) 0.5V/S 20lgAod使使uO為為0在輸入端所加的補(bǔ)償電壓在輸入端所加的補(bǔ)償電壓超過(guò)此值不能正常放大超過(guò)此值不能正常放大差模信號(hào)差模信號(hào)超過(guò)此值輸入級(jí)

15、放大管擊穿超過(guò)此值輸入級(jí)放大管擊穿華成英 清華大學(xué) 華成英 討論1. 輸入級(jí)采用什么措施增大放大倍數(shù)？輸入級(jí)采用什么措施增大放大倍數(shù)？2. 中間級(jí)采用什么措施增大電壓放大倍數(shù)？中間級(jí)采用什么措施增大電壓放大倍數(shù)？3. 如何消除交越失真？如何消除交越失真？4. uI1、 uI3哪個(gè)是同相輸入端？哪個(gè)是反相輸入端？哪個(gè)是同相輸入端？哪個(gè)是反相輸入端？有源負(fù)載有源負(fù)載有源負(fù)載有源負(fù)載復(fù)合管共射放大電路復(fù)合管共射放大電路增大輸入級(jí)的負(fù)載電阻增大輸入級(jí)的負(fù)載電阻_+_+反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端積累電流放大積累電流放大系數(shù)系數(shù)超超管管華成英 第五章 放大電路的頻率響應(yīng)華成英 第五章 放大電

16、路的頻率響應(yīng)5.1 5.1 頻率響應(yīng)的有關(guān)概念頻率響應(yīng)的有關(guān)概念5.2 5.2 晶體管的高頻等效電路晶體管的高頻等效電路5.3 5.3 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)華成英 5.1 5.1 頻率響應(yīng)的有關(guān)概念一、本章要研究的問(wèn)題一、本章要研究的問(wèn)題二、二、高通電路和低通電路高通電路和低通電路三、放大電路中的頻率參數(shù)三、放大電路中的頻率參數(shù)華成英 一、研究的問(wèn)題 放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即信號(hào)頻率對(duì)放大倍數(shù)的影響。信號(hào)頻率對(duì)放大倍數(shù)的影響。 由于放大電路中耦合電容、旁路電容、由于放大電路中耦合電容、旁路電容、半導(dǎo)體器件極間電容的存在，使放大倍數(shù)半導(dǎo)體器

17、件極間電容的存在，使放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)。為頻率的函數(shù)。 在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)頻率的適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)頻率的適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)滿足信號(hào)頻率的范圍要求。滿足信號(hào)頻率的范圍要求。華成英 二、高通電路和低通電路。超前，時(shí)；，當(dāng)超前900 0 iooioUUUfUUUi.I.2. 低通電路:信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。Ui.Uo.I.。滯后，時(shí)；，當(dāng)滯后900 iooioUUUfUU 使輸出電壓幅值下降到使輸出電壓幅值下降到70.7%，相位為，相位為45的信號(hào)頻率為的信號(hào)頻率為截止頻率。

18、截止頻率。Ui.Uo.I.1. 高通電路:信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。華成英 三、放大電路中的頻率參數(shù) 在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。高通高通電路電路低通低通電路電路 在高頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸升高，晶體管極間電容和在高頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸升高，晶體管極間電容和分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動(dòng)態(tài)信號(hào)分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。損失，放大

19、能力下降。下限頻率下限頻率上限頻率上限頻率LHbwfff結(jié)電容結(jié)電容華成英 5.2 晶體管的高頻等效電路一、混合一、混合 模型模型二、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)二、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)三、晶體管的頻率參數(shù)三、晶體管的頻率參數(shù)華成英 1. 模型的建立：由結(jié)構(gòu)而建立，形狀像由結(jié)構(gòu)而建立，形狀像，參數(shù)量綱各不相同。，參數(shù)量綱各不相同。 gm為跨導(dǎo)，它不隨信為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào)頻率的變化而變。號(hào)頻率的變化而變。阻值小阻值小阻值大阻值大連接了輸入回路連接了輸入回路和輸出回路和輸出回路一、混合模型華成英 2. 混合模型的單向化（使信號(hào)單向傳遞）（使信號(hào)單向傳遞）Lmebceeb)1 (RgkXUkXUUICC

20、CLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (CRgC 1CkkC同理可得，等效變換后電流不變等效變換后電流不變?nèi)A成英 3. 晶體管簡(jiǎn)化的高頻等效電路EQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可從手冊(cè)查得、TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI？如何得到模型中的參數(shù)？為什么不考慮 C？華成英 二、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因?yàn)?( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg為什么短路？為什么短路？1. 適于頻率從0至無(wú)窮大的表達(dá)式華成英 2. 電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -

21、45 707. 02 0000，時(shí)，；時(shí)，；，時(shí)，；時(shí)，fffffffffo華成英 3. 電流放大倍數(shù)的波特圖: 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系71. 5， lg20 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為lg f，可開(kāi)闊視野；縱軸為，可開(kāi)闊視野；縱軸為 單位為單位為“分貝分貝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差20dB/十倍頻折線化近似畫(huà)法折線化近似畫(huà)法華成英 三、晶體管的頻率參數(shù) 1 0TTffff 時(shí)的頻率為使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止頻率止頻率共基截共基截止頻率

22、止頻率特征特征頻率頻率集電結(jié)電容集電結(jié)電容通過(guò)以上分析得出的結(jié)論：通過(guò)以上分析得出的結(jié)論： 低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式；低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式； 截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系；截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系； 波特圖及其折線畫(huà)法；波特圖及其折線畫(huà)法； C的求法。的求法。手冊(cè)手冊(cè)查得查得華成英 討論一1. 若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為1、10、102、103、104、105，它們的增益分別為多少？，它們的增益分別為多少？2. 為什么波特圖開(kāi)闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在為什么波特圖開(kāi)闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻單位長(zhǎng)度不

23、變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻率是原來(lái)的多少倍？率是原來(lái)的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg f華成英 討論二 電路如圖。已知各電阻阻電路如圖。已知各電阻阻值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電極電流極電流ICQ2mA；晶體管的；晶體管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 試求解該電路中晶體管高試求解該電路中晶體管高頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。華成英 清華大學(xué) 華成英 討論二ebmCQrgI、Lcmob)(CRRgCC、ebob)(CrCCf、CCC華成英 5.35.3 放大電路的頻率響應(yīng)一、單管共射放大電

24、路的頻率響應(yīng)一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)二、多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)華成英 一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)適用于信號(hào)頻率從適用于信號(hào)頻率從0的的交流等效電路交流等效電路中頻段：中頻段：C 短路，短路， 開(kāi)路。開(kāi)路。CC低頻段：考慮低頻段：考慮C 的影響，的影響， 開(kāi)路。開(kāi)路。高頻段：考慮高頻段：考慮 的影響，的影響，C 開(kāi)路。開(kāi)路。C華成英 1. 中頻電壓放大倍數(shù)eboiebsisosmUUUUUUUUAu)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu帶負(fù)載時(shí)：帶負(fù)載時(shí)：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空載時(shí)：空載時(shí)：華成英 2. 低頻電壓放大倍數(shù)

25、: :定性分析定性分析0U.ooU.oI.o。超前，時(shí)，當(dāng)超前900 0 oooooooUUUfUU)(cmbeebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs華成英 2. 低頻電壓放大倍數(shù)：定量分析：定量分析 j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeebisismoRgrrRRRAu)(21 j1) j ()(j1LcLLLsmLsmslRRfffffAffAAuuuC所在回路的時(shí)間常數(shù)？所在回路的時(shí)間常數(shù)？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs華成

26、英 2. 低頻電壓放大倍數(shù)：低頻段頻率響應(yīng)分析：低頻段頻率響應(yīng)分析)arctan90(180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)( 21 j1)j ( LcLLLsmsl135 dB3lg20 sL，下下降降時(shí)時(shí)，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu時(shí)，。，時(shí)，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff時(shí)，中頻段中頻段20dB/十倍頻十倍頻華成英 3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析：定性分析0U.CIs.U.s。滯后，時(shí)，當(dāng)，滯后)90(0 ssUUUfUUCCC)(sbbbebbeebisiiebsiss

27、RRrrRrrRRRUUUUUU，Au.Uo.RLsURbe華成英 )(sbbbebRRrrR3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析：定量分析 )( 21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu)( j1 j1 LmbeebisiCosCsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu華成英 3. 高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析：高頻段頻率響應(yīng)分析 )( 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下下降降時(shí)時(shí)，uAffH2Hmsharctan180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降

28、倍，每增大時(shí)，dB20lg20 10 shHuAfff。，時(shí)，-270 0 shuAf；時(shí)時(shí)，smshHlg20lg20 uuAAff華成英 4. 電壓放大倍數(shù)的波特圖 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：華成英 5. 帶寬增益積：定性分析：定性分析fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCHmbwm fAfAuu帶寬增益積mLmHLmuARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 當(dāng)提高增益時(shí)，當(dāng)提高增益時(shí)，帶

29、寬將變窄；反帶寬將變窄；反之，增益降低，之，增益降低，帶寬將變寬。帶寬將變寬。華成英 5. 帶寬增益積：定量分析：定量分析 )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 Rs fL1， fH fH1，頻帶變窄！，頻帶變窄！華成英 2. 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)與各級(jí)的關(guān)系 ), 2 , 1( bwbwHHLLnkffffffkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 對(duì)于對(duì)于n級(jí)放大電路，若各級(jí)的下、上限頻率分別為級(jí)放大電路，若各級(jí)的下、上限頻率分別為fL1 fLn、 fH1 fHn，整個(gè)電路的下、

30、上限頻率分別為，整個(gè)電路的下、上限頻率分別為fL、 fH，則，則nkknkukuAA11 lg20lg20由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的頻的頻率，經(jīng)修正，可得率，經(jīng)修正，可得1.1為修正系數(shù)為修正系數(shù)華成英 討論一 1. 信號(hào)頻率為信號(hào)頻率為0時(shí)電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式？時(shí)電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式？ 2. 若所有的電容容量都相同，則下限頻率等于多少？若所有的電容容量都相同，則下限頻率等于多少？華成英 時(shí)間常數(shù)分析：所確定的截止頻率。、分別考慮e21CCCC1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbebC2、C

31、e短路，短路， 開(kāi)路，求出開(kāi)路，求出CC1、Ce短路，短路， 開(kāi)路，求出開(kāi)路，求出CC1、C2短路，短路， 開(kāi)路，求出開(kāi)路，求出CC1、 C2、 Ce短路，求出短路，求出若電容值均相等，則若電容值均相等，則e1時(shí)，它們的轉(zhuǎn)換系數(shù)均約為時(shí)，它們的轉(zhuǎn)換系數(shù)均約為1/F。華成英 討論一 為減小放大電路從信號(hào)源索取的電流，增強(qiáng)為減小放大電路從信號(hào)源索取的電流，增強(qiáng)帶負(fù)載能力，應(yīng)引入什么反饋？帶負(fù)載能力，應(yīng)引入什么反饋？ 為了得到穩(wěn)定的電流放大倍數(shù)，應(yīng)引入什么為了得到穩(wěn)定的電流放大倍數(shù)，應(yīng)引入什么反饋？反饋？ 為了穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)引入什為了穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)引入什么反饋？么反饋？

32、為了使電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電為了使電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電壓信號(hào)，應(yīng)引入什么反饋？壓信號(hào)，應(yīng)引入什么反饋？ 為了使電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電為了使電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成穩(wěn)定關(guān)系的電流信號(hào)，應(yīng)引入什么反饋？流信號(hào)，應(yīng)引入什么反饋？華成英 討論二試在圖示電路中分別引入四種不同組態(tài)的交流負(fù)反饋。試在圖示電路中分別引入四種不同組態(tài)的交流負(fù)反饋。電流反饋電流反饋電壓反饋電壓反饋串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋Fu華成英 清華大學(xué) 華成英 討論三 在圖示電路中能夠引入哪些組態(tài)的交流負(fù)反饋？在圖示電路中能夠引入哪些組態(tài)的交流負(fù)反饋？只可能引入電壓并聯(lián)或電流串聯(lián)兩種組態(tài)的交流負(fù)反饋。只可

33、能引入電壓并聯(lián)或電流串聯(lián)兩種組態(tài)的交流負(fù)反饋。華成英 6.46.4 負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件二、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的分析二、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的分析三、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷三、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷四、消除自激振蕩的方法四、消除自激振蕩的方法華成英 一、自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件1. 現(xiàn)象：輸入信號(hào)為：輸入信號(hào)為0 0時(shí)，輸出有一定幅值、一時(shí)，輸出有一定幅值、一定頻率的信號(hào)，稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。定頻率的信號(hào)，稱電路產(chǎn)生了自激振蕩。負(fù)反饋放大電路自激振蕩的頻率在低頻段或高頻段。負(fù)反饋放大電路自激振蕩的頻率在低頻段或高頻段。低頻低

34、頻干擾干擾或產(chǎn)或產(chǎn)生了生了輕微輕微低頻低頻振蕩振蕩高頻高頻干擾干擾或產(chǎn)或產(chǎn)生了生了輕微輕微高頻高頻振蕩振蕩實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)波形波形華成英 oifo XXXX 在電擾動(dòng)下，如合閘通電，必含有頻率為在電擾動(dòng)下，如合閘通電，必含有頻率為f0的信號(hào)，對(duì)于的信號(hào)，對(duì)于f = f0 的信號(hào)，產(chǎn)生正反饋過(guò)程的信號(hào)，產(chǎn)生正反饋過(guò)程 輸出量逐漸增大，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，電路產(chǎn)生了自激輸出量逐漸增大，直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，電路產(chǎn)生了自激振蕩。振蕩。2. 原因fiiXXX 在低頻段或高頻段，若存在在低頻段或高頻段，若存在一個(gè)頻率一個(gè)頻率f0，且當(dāng)且當(dāng) f f0 時(shí)時(shí)附加附加相移為相移為，則則華成英 ooi 0XXX維持時(shí)，ooX

35、FAX1FA3. 自激振蕩的條件1FA)( ) 12(1FA為整數(shù)nnFA 由于電路通電后輸出量有一個(gè)從小到大直至穩(wěn)幅的由于電路通電后輸出量有一個(gè)從小到大直至穩(wěn)幅的過(guò)程，起振條件為過(guò)程，起振條件為幅值平衡條件幅值平衡條件相位平衡條件相位平衡條件華成英 二、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的分析附加相移由放大電路決定附加相移由放大電路決定;振蕩只可能產(chǎn)生在高頻段。振蕩只可能產(chǎn)生在高頻段。090AAf，時(shí)，設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)，放大電路為直接耦合形式。設(shè)反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)，放大電路為直接耦合形式。因沒(méi)有滿足相位條件的頻率，故引入負(fù)反饋后不可能振蕩。因沒(méi)有滿足相位條件的頻率，故引入負(fù)反饋后不可能振蕩。0180A

36、Af，時(shí)，因沒(méi)有滿足幅值條件的頻率，故引入負(fù)反饋后不可能振蕩。因沒(méi)有滿足幅值條件的頻率，故引入負(fù)反饋后不可能振蕩。0270AAf，時(shí)，對(duì)于產(chǎn)生對(duì)于產(chǎn)生180附加相移的信號(hào)頻率，有可能滿足起振條件，附加相移的信號(hào)頻率，有可能滿足起振條件，故引入負(fù)反饋后可能振蕩。故引入負(fù)反饋后可能振蕩。對(duì)于單管放大電路對(duì)于單管放大電路:對(duì)于兩級(jí)放大電路對(duì)于兩級(jí)放大電路:對(duì)于三級(jí)放大電路對(duì)于三級(jí)放大電路:華成英 什么樣的放大電路引入負(fù)反饋后容易產(chǎn)生自激振蕩？ 三級(jí)或三級(jí)以上放大電路引入負(fù)反饋后有可能三級(jí)或三級(jí)以上放大電路引入負(fù)反饋后有可能產(chǎn)生高頻振蕩；同理，耦合電容、旁路電容等為三產(chǎn)生高頻振蕩；同理，耦合電容、旁路

37、電容等為三個(gè)或三個(gè)以上的放大電路，引入負(fù)反饋后有可能產(chǎn)個(gè)或三個(gè)以上的放大電路，引入負(fù)反饋后有可能產(chǎn)生低頻振蕩。生低頻振蕩。 放大電路的級(jí)數(shù)越多，耦合電容、旁路電放大電路的級(jí)數(shù)越多，耦合電容、旁路電容越多，引入的負(fù)反饋越深，產(chǎn)生自激振蕩容越多，引入的負(fù)反饋越深，產(chǎn)生自激振蕩的可能性越大。的可能性越大。 環(huán)路放大倍數(shù)環(huán)路放大倍數(shù)AF越大，越容易滿足起振條件，閉越大，越容易滿足起振條件，閉環(huán)后越容易產(chǎn)生自激振蕩。環(huán)后越容易產(chǎn)生自激振蕩。華成英 三、負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷已知環(huán)路增益的頻率特性來(lái)判斷閉環(huán)后電路的穩(wěn)定性。已知環(huán)路增益的頻率特性來(lái)判斷閉環(huán)后電路的穩(wěn)定性。使環(huán)路增益下降到使環(huán)路增益下降到

38、0dB的頻率，記作的頻率，記作fc；使使AF(2n1) 的頻率，記作的頻率，記作f0。fcf0fcf0華成英 穩(wěn)定性的判斷fcf0滿足起滿足起振條件振條件電路不穩(wěn)定電路不穩(wěn)定電路穩(wěn)定電路穩(wěn)定 f0 fc，電路不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生自激振蕩；，電路不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生自激振蕩； f0 fc，電路穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。電路穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。fcf0Gm幅值幅值裕度裕度m相位裕度相位裕度電路穩(wěn)定電路穩(wěn)定當(dāng)當(dāng)Gm10dB且且m45，才，才具有可靠的穩(wěn)定性。具有可靠的穩(wěn)定性。不滿足不滿足起振條件起振條件華成英 四、消除自激振蕩的方法1. 簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償)j(1)j(1)j(1H3H2H1mmffffffFAFA

39、常用的方法為滯后補(bǔ)償方法。常用的方法為滯后補(bǔ)償方法。設(shè)放大電路為直接耦合方式，反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)。設(shè)放大電路為直接耦合方式，反饋網(wǎng)絡(luò)為電阻網(wǎng)絡(luò)。20dB/十倍頻40dB/十倍頻60dB/十倍頻fH1fH2fH3fO20lgAF. 在在最低的上限頻率所在回最低的上限頻率所在回路加補(bǔ)償電容。路加補(bǔ)償電容。補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容H1f華成英 1. 簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償最大附加相最大附加相移為移為-135 具有具有45的相位的相位裕度，故電路穩(wěn)定裕度，故電路穩(wěn)定補(bǔ)償前補(bǔ)償前補(bǔ)償后補(bǔ)償后。時(shí)，補(bǔ)償后，當(dāng)dB0lg20 H2FAff 滯后補(bǔ)償法是滯后補(bǔ)償法是以頻帶變窄為代以頻帶變窄為代價(jià)來(lái)消除自激振價(jià)來(lái)消除自激振蕩的。

40、蕩的。)j(1)j(1)j(1H3H2H1mmffffffFAFA華成英 2. 密勒補(bǔ)償CCkC)1 ( 在獲得同樣補(bǔ)償?shù)脑讷@得同樣補(bǔ)償?shù)那闆r下，補(bǔ)償電容比情況下，補(bǔ)償電容比簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償?shù)碾娙莺?jiǎn)單滯后補(bǔ)償?shù)碾娙菪〉枚唷Ｐ〉枚唷?在在最低的上限頻率所在最低的上限頻率所在放大電路中加補(bǔ)償電容。放大電路中加補(bǔ)償電容。補(bǔ)償前補(bǔ)償前補(bǔ)償后補(bǔ)償后等效變換等效變換補(bǔ)償電容補(bǔ)償電容華成英 H1H12Hj11j1j1 ffffff，取代補(bǔ)償后產(chǎn)生系數(shù)：3. RC 滯后補(bǔ)償：在在最低的上限頻率最低的上限頻率所在回路加補(bǔ)償。所在回路加補(bǔ)償。)j(1)j(1)j(1H3H2H1mmffffffFAFA)j(1)j(1

41、H3H1mm2H2HffffFAFAff，則若 上式表明，最大附加相移為上式表明，最大附加相移為180，不滿足起振條件，閉，不滿足起振條件，閉環(huán)后一定不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，電路穩(wěn)定。環(huán)后一定不會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，電路穩(wěn)定。補(bǔ)償電路補(bǔ)償電路華成英 RC 滯后補(bǔ)償與簡(jiǎn)單滯后補(bǔ)償比較簡(jiǎn)單補(bǔ)償后簡(jiǎn)單補(bǔ)償后的幅頻特性的幅頻特性RC滯后補(bǔ)償后滯后補(bǔ)償后的幅頻特性的幅頻特性補(bǔ)償前補(bǔ)償前 滯后補(bǔ)償法消振均以頻帶變窄為代價(jià)，滯后補(bǔ)償法消振均以頻帶變窄為代價(jià)，RC滯后補(bǔ)償較簡(jiǎn)滯后補(bǔ)償較簡(jiǎn)單電容補(bǔ)償使頻帶的變化小些。單電容補(bǔ)償使頻帶的變化小些。 為使消振后頻帶變化更小，可考慮采用超前補(bǔ)償?shù)姆椒ā槭瓜窈箢l帶變化更小，可考

42、慮采用超前補(bǔ)償?shù)姆椒?。華成英 清華大學(xué) 華成英 討論判斷電路引入負(fù)反饋后有可能產(chǎn)生自激振蕩嗎？判斷電路引入負(fù)反饋后有可能產(chǎn)生自激振蕩嗎？如可能，則應(yīng)在電路的哪一級(jí)加補(bǔ)償電容？如可能，則應(yīng)在電路的哪一級(jí)加補(bǔ)償電容？華成英 華成英 6.56.5 放大電路中反饋的其它問(wèn)題一、放大電路中的正反饋一、放大電路中的正反饋二、電流反饋型集成運(yùn)放二、電流反饋型集成運(yùn)放三、方框圖法解負(fù)反饋放大電路三、方框圖法解負(fù)反饋放大電路華成英 一、放大電路中的正反饋 引入的正、負(fù)反饋目標(biāo)應(yīng)引入的正、負(fù)反饋目標(biāo)應(yīng)一致。一致。 自舉電路：通過(guò)引入正反自舉電路：通過(guò)引入正反饋，增大輸入電阻，因而提饋，增大輸入電阻，因而提高輸入電

43、壓。高輸入電壓。fuuRuRARiURRUARUUi1)1 (3i33i3oi33負(fù)反饋負(fù)反饋正反饋正反饋兩路反饋要分別分析！兩路反饋要分別分析！華成英 二、電流反饋型集成運(yùn)放1. 電流模技術(shù) 信號(hào)傳遞過(guò)程中除與晶體管信號(hào)傳遞過(guò)程中除與晶體管b-e間電壓有關(guān)外，其余各間電壓有關(guān)外，其余各參量均為電流量的電路稱為電流模電路。參量均為電流量的電路稱為電流模電路。 電流源電路可按比例傳輸電流，故稱為電流模電路的單電流源電路可按比例傳輸電流，故稱為電流模電路的單元電路。元電路。IOii 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）只要）只要uCE2UCES，iO就僅受就僅受ICM限制。限制。（2） iO與與iI具有良好的線性關(guān)

44、系，不受晶具有良好的線性關(guān)系，不受晶體管非線性特性的影響。體管非線性特性的影響。（3）極間電容有低阻回路，電路上限頻率）極間電容有低阻回路，電路上限頻率高。高。華成英 2. 2. 由電流反饋型集成運(yùn)放組成的負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng))21( j112HH12CRfffRRAu 改變改變R1可改變?cè)鲆妫峡筛淖冊(cè)鲆?，但上限頻率不變，即頻帶不變，限頻率不變，即頻帶不變，帶寬增益積不是常量。帶寬增益積不是常量。華成英 三、方框圖法解負(fù)反饋放大電路FfffRRAFAfffRRA 1bwfHfLfofiffbwHLoi、 首先求出負(fù)反饋放大電路的基本放大電路及其動(dòng)態(tài)參數(shù)、首先求出負(fù)反饋放大電路的基本放大

45、電路及其動(dòng)態(tài)參數(shù)、反饋網(wǎng)絡(luò)和反饋系數(shù)，然后求解負(fù)反饋放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)，反饋網(wǎng)絡(luò)和反饋系數(shù)，然后求解負(fù)反饋放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)，過(guò)程如下：過(guò)程如下：1. 基本放大電路的求解方法：見(jiàn)第三版基本放大電路的求解方法：見(jiàn)第三版6.3.4節(jié)，其動(dòng)態(tài)參數(shù)節(jié)，其動(dòng)態(tài)參數(shù)的求解方法見(jiàn)的求解方法見(jiàn)3.2節(jié)。節(jié)。2. 反饋網(wǎng)絡(luò)及反饋系數(shù)的求解方法：見(jiàn)反饋網(wǎng)絡(luò)及反饋系數(shù)的求解方法：見(jiàn)6.4節(jié)。節(jié)。3. 負(fù)反饋放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的求解方法：見(jiàn)負(fù)反饋放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的求解方法：見(jiàn)6.5節(jié)。節(jié)。華成英 討論 1. 引入了哪種組態(tài)的交流負(fù)反饋？深度負(fù)反饋條件下的引入了哪種組態(tài)的交流負(fù)反饋？深度負(fù)反饋條件下的電壓放大倍數(shù)電壓放大

46、倍數(shù)？輸入電阻？輸入電阻？輸出電阻？輸出電阻？ 2. 若若uI=1V，則在正常情況下和，則在正常情況下和R2、 R3、 R5、 R6分別出分別出現(xiàn)短路、斷路情況下現(xiàn)短路、斷路情況下uO=?uoR5R6R31k100kR11kR2R41k1k10kuIA1A2華成英 R5uIR2uOR3R4R1+VCCVEEAVT2VT1華成英 第七章 信號(hào)的運(yùn)算和處理華成英 第七章 信號(hào)的運(yùn)算和處理7.1 7.1 集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路7.2 7.2 模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用模擬乘法器及其在運(yùn)算電路中的應(yīng)用7.3 7.3 有源濾波電路有源濾波電路華成英 電子信息系統(tǒng)傳感器傳感器接

47、收器接收器隔離、濾隔離、濾波、放大波、放大運(yùn)算、轉(zhuǎn)運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較換、比較功放功放執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)第七章第七章 第八章第八章第九章第九章信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電子信息系統(tǒng)電子信息系統(tǒng)的供電電源的供電電源第十章第十章華成英 7.17.1 集成運(yùn)放組成的運(yùn)算電路一、概述一、概述二、比例運(yùn)算電路二、比例運(yùn)算電路三、加減運(yùn)算電路三、加減運(yùn)算電路四、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路四、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路五、對(duì)數(shù)運(yùn)算電路和指數(shù)運(yùn)算電路五、對(duì)數(shù)運(yùn)算電路和指數(shù)運(yùn)算電路華成英 一、概述 Aod、 rid 、fH 均均為無(wú)窮大，為無(wú)窮大，ro、失調(diào)電壓及其溫漂、失失調(diào)電壓及其溫漂、失調(diào)電流及其溫漂、

48、噪聲均為調(diào)電流及其溫漂、噪聲均為0。 因?yàn)橐驗(yàn)閡O為有限值，為有限值， Aod，所以所以 uNuP0，即即 uNuP虛短路虛短路因?yàn)橐驗(yàn)閞id，所以所以 iNiP0虛斷路虛斷路電路特征：引入電壓負(fù)反饋。電路特征：引入電壓負(fù)反饋。無(wú)源網(wǎng)絡(luò)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)2. 集成運(yùn)放的線性工作區(qū): : uOAod(uP uN)1. 理想運(yùn)放的參數(shù)特點(diǎn)華成英 3. 研究的問(wèn)題 （1）運(yùn)算電路：運(yùn)算電路的輸出電壓是輸入電壓某種）運(yùn)算電路：運(yùn)算電路的輸出電壓是輸入電壓某種運(yùn)算的結(jié)果，如加、減、乘、除、乘方、開(kāi)方、積分、微運(yùn)算的結(jié)果，如加、減、乘、除、乘方、開(kāi)方、積分、微分、對(duì)數(shù)、指數(shù)等。分、對(duì)數(shù)、指數(shù)等。 （2）描述方法：運(yùn)

49、算關(guān)系式）描述方法：運(yùn)算關(guān)系式 uOf (uI) （3）分析方法：）分析方法：“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”是基本出發(fā)點(diǎn)。是基本出發(fā)點(diǎn)。（1）識(shí)別電路；）識(shí)別電路；（2）掌握輸出電壓和輸入電壓運(yùn)算關(guān)系式的求解方法。）掌握輸出電壓和輸入電壓運(yùn)算關(guān)系式的求解方法。4、學(xué)習(xí)運(yùn)算電路的基本要求華成英 二、比例運(yùn)算電路電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？電路的輸入電阻為多少？電路的輸入電阻為多少？3) R？為什么？為什么？Rf太大，噪聲大。如何利用相對(duì)小的太大，噪聲大。如何利用相對(duì)小的電阻獲得電阻獲得100的比例系數(shù)？的比例系數(shù)？+_iN=iP=0，uN=uP=0虛地虛地在節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)N

50、：RuiiRIFIffFOuRRRiu1. 反相輸入R=RRf4) 若要若要Ri100k，比例系數(shù)為，比例系數(shù)為100，R1？ Rf？保證輸入級(jí)的對(duì)稱性保證輸入級(jí)的對(duì)稱性華成英 T 形反饋網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路I12MuRRuI342142O)1 (uRRRRRRu？，則，若比例系數(shù)為？，則若要求3421ik100100k100RRRRR利用利用R4中有較大電流來(lái)獲得較大數(shù)值的比例系數(shù)。中有較大電流來(lái)獲得較大數(shù)值的比例系數(shù)。432MO)(Riiuu1I12Ruii3M3 Rui華成英 IfONfOIPN)1 ()1 (uRRuuRRuuuu運(yùn)算關(guān)系的分析方法：節(jié)點(diǎn)電流法運(yùn)算關(guān)系的分析方法：節(jié)點(diǎn)電

51、流法2. 同相輸入電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？電路引入了哪種組態(tài)的負(fù)反饋？輸入電阻為多少？輸入電阻為多少？電阻電阻R？為什么？為什么？共模抑制比共模抑制比KCMR時(shí)會(huì)影響運(yùn)算精度嗎？為什么？時(shí)會(huì)影響運(yùn)算精度嗎？為什么？華成英 IPNOuuuu同相輸入比例運(yùn)算電路的特例：電壓跟隨器：電壓跟隨器? )3? )2? ) 1IcoiuRRF華成英 三、加減運(yùn)算電路3I32I211I321FPN 0RuRuRuiiiiuuRRR)(3I32I211IffFORuRuRuRRiu方法一：節(jié)點(diǎn)電流法1. 反相求和華成英 1. 反相求和I33fI22fI11fO3O2O1OuRRuRRuRRuuuu方法二：利

52、用疊加原理 首先求解每個(gè)輸入信號(hào)單獨(dú)作用時(shí)的輸出電壓，然后將所首先求解每個(gè)輸入信號(hào)單獨(dú)作用時(shí)的輸出電壓，然后將所有結(jié)果相加，即得到所有輸入信號(hào)同時(shí)作用時(shí)的輸出電壓。有結(jié)果相加，即得到所有輸入信號(hào)同時(shí)作用時(shí)的輸出電壓。I33fO3I22fO2uRRuuRRu同理可得1I1fO1uRRu華成英 2. 同相求和 設(shè)設(shè) R1 R2 R3 R4 R Rf利用疊加原理求解：利用疊加原理求解： 令令uI2= uI3=0，求，求uI1單獨(dú)單獨(dú)作用時(shí)的輸出電壓作用時(shí)的輸出電壓 在求解運(yùn)算電路時(shí)，應(yīng)選擇合適的方法，使運(yùn)算結(jié)果在求解運(yùn)算電路時(shí)，應(yīng)選擇合適的方法，使運(yùn)算結(jié)果簡(jiǎn)單明了，易于計(jì)算。簡(jiǎn)單明了，易于計(jì)算。1I

53、4321432f1O)1 (uRRRRRRRRRu 同理可得，同理可得， uI2、 uI3單獨(dú)作用時(shí)的單獨(dú)作用時(shí)的uO2、 uO3，形式與，形式與uO1相同，相同， uO =uO1+uO2+uO3 。 物理意義清楚，計(jì)算麻煩！物理意義清楚，計(jì)算麻煩！ 華成英 2. 同相求和 設(shè)設(shè) R1 R2 R3 R4 R Rfff3I32I211IPfPfO)()1 (RRRuRuRuRRRRuRRu)(3I32I211IfORuRuRuRu與反相求和運(yùn)算電路與反相求和運(yùn)算電路的結(jié)果差一負(fù)號(hào)的結(jié)果差一負(fù)號(hào)4321iiii4P3PI32PI21PI1RuRuuRuuRuuP43213I32I21I1)1111

54、(uRRRRRuRuRu)( )(4321P3I32I21I1PPRRRRRRuRuRuRu必不可必不可少嗎？少嗎？華成英 3. 加減運(yùn)算 利用求和運(yùn)算電路的分析結(jié)果利用求和運(yùn)算電路的分析結(jié)果)(2I21I14I43I3fORuRuRuRuRu設(shè)設(shè) R1 R2 Rf R3 R4 R5)(I1I2fOuuRRu若若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?實(shí)現(xiàn)了差分實(shí)現(xiàn)了差分放大電路放大電路華成英 討論一：電路如圖所示電路如圖所示（1）組成哪種基本運(yùn)算電路？與用一個(gè)運(yùn)放組成的）組成哪種基本運(yùn)算電路？與用一個(gè)運(yùn)放組成的完成同樣運(yùn)算的電路的主要區(qū)別是什么？完成同樣運(yùn)算的電路的主要區(qū)別是什么？（2）為

55、什么在求解第一級(jí)電路的運(yùn)算關(guān)系時(shí)可以不）為什么在求解第一級(jí)電路的運(yùn)算關(guān)系時(shí)可以不考慮第二級(jí)電路對(duì)它的影響？考慮第二級(jí)電路對(duì)它的影響？華成英 討論二：求解圖示各電路求解圖示各電路?)(IOufi?)(oiIORRufu 該電路可等效成差分放該電路可等效成差分放大電路的哪種接法？與該大電路的哪種接法？與該接法的分立元件電路相比接法的分立元件電路相比有什么優(yōu)點(diǎn)？有什么優(yōu)點(diǎn)？華成英 四、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路RuiiRCI)(d11O IO21tutuRCutttuRCud1IO)()(1 1O12IO21ItuttuRCuttu為常量，則在若tRuCuud1ICO1. 積分運(yùn)算電路華成英 移相移

56、相利用積分運(yùn)算的基本關(guān)系實(shí)現(xiàn)不同的功能1) 輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形？輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形？2) 輸入為方波時(shí)的輸出電壓波形？輸入為方波時(shí)的輸出電壓波形？3) 輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？線性積分，延時(shí)線性積分，延時(shí)波形變換波形變換華成英 方波變?nèi)遣≧2的作用？的作用？華成英 2. 微分運(yùn)算電路tuRCRiutuCiiRCRddddIOI 為了克服集成運(yùn)為了克服集成運(yùn)放的阻塞現(xiàn)象和自放的阻塞現(xiàn)象和自激振蕩，實(shí)用電路激振蕩，實(shí)用電路應(yīng)采取措施。應(yīng)采取措施。限制輸限制輸入電流入電流滯后補(bǔ)償滯后補(bǔ)償限制輸出限制輸出電壓幅值電壓幅值虛地虛地運(yùn)放由于某種

57、原因運(yùn)放由于某種原因進(jìn)入非線性區(qū)而不進(jìn)入非線性區(qū)而不能自動(dòng)恢復(fù)的現(xiàn)象能自動(dòng)恢復(fù)的現(xiàn)象怎么識(shí)別微分運(yùn)算怎么識(shí)別微分運(yùn)算電路？電路？華成英 RuiiRIC對(duì)輸入電壓的極性和幅值有何要求？對(duì)輸入電壓的極性和幅值有何要求？RIuUuuSITBEOln五、對(duì)數(shù)運(yùn)算電路和指數(shù)運(yùn)算電路1. 對(duì)數(shù)運(yùn)算實(shí)用電路中常常采取措施實(shí)用電路中常常采取措施消除消除IS對(duì)運(yùn)算關(guān)系的影響對(duì)運(yùn)算關(guān)系的影響TBEeSCUuIi 利用利用PN結(jié)端電結(jié)端電壓與電流的關(guān)系壓與電流的關(guān)系實(shí)際實(shí)際極性極性ICM限制其值限制其值華成英 集成對(duì)數(shù)運(yùn)算電路TBE1eS3II1CUuIRuii3SITBE1lnRIuUuSTBE2lnIIUuR同

58、理，3ITBE1BE2P2N2lnRIuUuuuuR3IT52N252Oln)1 ()1 (RIuURRuRRuR熱敏電阻？溫度系數(shù)為正？為負(fù)？熱敏電阻？溫度系數(shù)為正？為負(fù)？qkTU T華成英 BEIuu 對(duì)輸入電壓的極性和幅值有何要求？對(duì)輸入電壓的極性和幅值有何要求？TIeSOUuRRIRiu2. 指數(shù)運(yùn)算電路TIeSEUuRIii3. 乘法、除法運(yùn)算電路華成英 7.27.2 模擬乘法器及其在 運(yùn)算電路中的應(yīng)用一、模擬乘法器簡(jiǎn)介一、模擬乘法器簡(jiǎn)介二、在運(yùn)算電路中的應(yīng)用二、在運(yùn)算電路中的應(yīng)用華成英 一、模擬乘法器簡(jiǎn)介1. 變跨導(dǎo)型模擬乘法器的基本原理XcmcC2C1O)(uRgRiiuTTEQ

59、m2UIUIgeBE3YRuuIeTYmBE3Y2RUuguu，則若YXeTcO2uuRURu 實(shí)際電路需在多方面改進(jìn)，如線性度、溫度的影響、實(shí)際電路需在多方面改進(jìn)，如線性度、溫度的影響、輸入電壓的極性等方面。輸入電壓的極性等方面。華成英 理想情況下，理想情況下，ri1、 ri2、fH為為無(wú)窮大，無(wú)窮大， 失調(diào)電壓、電流及其失調(diào)電壓、電流及其溫漂為溫漂為0，ro為為0， ux 、uy 幅值幅值和頻率變化時(shí)和頻率變化時(shí) k 值不變。值不變。 有單象限、兩象限和四象限有單象限、兩象限和四象限之分。之分。2. 模擬乘法器的符號(hào)及等效電路YXOukuu 華成英 ) cos21 (2 sin2 sin22i22iOiItkUtkUutUu則若二、在運(yùn)算電路中的應(yīng)用2.乘方運(yùn)算1. 乘法運(yùn)算I2I1Oukuu 實(shí)際的模擬乘法器實(shí)際的模擬乘法器k常為常為+0.1V-1或或0.1V-1。 若若k= +0.1V-1，uI1= uI2=10V，則則 uO=10V。2IOkuu 實(shí)現(xiàn)了對(duì)正弦波實(shí)現(xiàn)了對(duì)正弦波電壓的二倍頻變換電壓的二倍頻變換華成英 為使電路引入的是負(fù)反饋，為使電路引入的是負(fù)反饋，k和和uI2的極性應(yīng)如何？的極性應(yīng)如何？21ii 3. 除法運(yùn)算I2I112OkuuRRu運(yùn)算電路中集成運(yùn)放必須引入負(fù)反饋！運(yùn)算電路中集成運(yùn)放必須引入負(fù)反饋！1i2i 若集成運(yùn)放的同相輸入端與若集成運(yùn)放的同相