第4章集成電路(xs)課件

1、第4章集成運算放大器學(xué)習(xí)目標(biāo)：（）了解差動放大電路的輸入輸出結(jié)構(gòu)；（）掌握集成運放的符號及器件的引腳功能；（）理解集成運放實現(xiàn)放大、運算、濾波和比較等功能的典型電路；（）掌握安裝使用集成運放構(gòu)成的應(yīng)用電路的方法。（）運用運放芯片LM324制作加法器、濾波器、比較器和三角波產(chǎn)生器。4.1 差動放大電路 4.1.1 基本差動放大電路 多級直流放大電路的零點漂移問題 直接耦合方式的最大缺點是零點漂移問題；零點漂移問題 輸入端短接（uI =0） ，其輸出端電壓有忽大忽小緩慢地、無規(guī)則地變化的輸出電壓這種現(xiàn)象就稱為零點漂移。 產(chǎn)生零點漂移的因素：溫度變化、任何元器件參數(shù)的變化，電源的波動。 2.差分放大

2、電路的組成 電路結(jié)構(gòu)對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。差動放大原理電路 +UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2兩個輸入、兩個輸出兩管靜態(tài)工作點相同基本差動電路利用電路的對稱性，具有抑制零點漂移的能力。 溫度TUo=( Uc1 - Uc2 )不變 （IC )2. 有信號輸入時的工作情況 兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。(1) 共模信號 ui1 = ui2大小相等、極性相同 差動電路抑制共模信號能力的大小，反映了它對零點漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+ui1ui2+T

3、2+共模信號 需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T22. 有信號輸入時的工作情況兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(2) 差模信號 ui1 = ui2大小相等、極性相反uo= (VC1VC1 )(VC2 + VC ) =2 VC1 即對差模信號有放大能力。+差模信號 是有用信號(3) 比較輸入 ui1 、ui2 大小和極性是任意的。 一對比較信號ui1 、ui2 可以看成是一對共模信號和一對差模信號的疊加。 式中 放大器只 放大兩個 輸入信號 的差值信 號差分 放大電路。 例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2

4、 mV 例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV共模信號差模信號 放大器只 放大兩個 輸入信號 的差值信 號差動 放大電路。 這種輸入常作為比較放大來應(yīng)用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。 （Common Mode Rejection Ratio) 全面衡量差動放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù) KCMR越大，說明差放分辨差模信號的能力越強，而抑制共模信號的能力越強。3. 共模抑制比共模抑制比 若電路完全對稱，理想情況下共模

5、放大倍數(shù) Ac = 0 KCMR 輸出電壓 uo = Ad （ui1 ui2 ） = Ad uid 若電路不完全對稱，則 Ac 0，實際輸出電壓 uo = Ac uic + Ad uid 即共模信號對輸出有影響 。靜態(tài)時UI1=UI2=0，由基極回路電壓方程： 0-(-VEE)=UBEQ+2IEQRE 可得Q點為（忽略IBQ時） （1） 靜態(tài)分析 3. 差動放大電路的分析+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+T2EE+RE的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點，限制每個管子的漂移。EE：用于補償RE上的壓降，以獲得合適的工作點。（2）差模輸入動態(tài)分析動態(tài)分析+UCCuoui1RCRPT1RBR

6、Cui2RERB+T2UEE+對于差模信號ui1= -ui2發(fā)射極RE上的電流不隨信號變化在發(fā)射極長尾電阻上沒有信號電流。RE對差模信號不起反饋作用差模信號交流通路如圖： 差模輸入ui1 = ui2電路輸入電壓uid = ui1 ui2= 2ui1 = ui2差模信號交流通路ic1ic2uo1 = uo2電路輸出電壓uod = uC1 uC2= uo1 ( uo2)= 2uo1差模電壓放大倍數(shù)大小相同 極性相反ui1V1+VCCV2RCRCuodui2uo1uo2ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2差動電路雙端輸入雙端輸出結(jié)構(gòu)的電壓放大倍數(shù)和單管共射電路的放大倍數(shù)

7、相同。電路兩輸出端電壓：Rid = 2rbeRod = 2RC例 已知： = 80，rbb = 200 ，UBEQ = 0.6 V，試求：(1)靜態(tài)工作點ICQ,UCQ； (2)差模電壓放大倍數(shù) Aud，差模輸入電阻 Rid，輸出電阻Rod。解(1) ICQ1 = ICQ2 (VEE UBEQ) / 2REE= (12 0.6) / 2 20= 0.285 (mA)UCQ1= UCQ2 = VCC ICQ1RC=12 0.285 10= 9.15 (V)(2)= 10 / 10 = 5 (k)Rid = 2rbe= 2 7.59 = 15.2 (k)Rod = 2RC= 20 (k)ui1V1

8、+12VV212VRCRCREEuodui210 k10 k20 k20 k例2:差模信號 調(diào)零電位器 UO=UO1-UO2=UC1-UC2 當(dāng)在兩個集電極之間接有負(fù)載電阻RL時： 差模輸入電阻 ：RiD 2(RB +rbe+(1+ ) Rp/2)差模輸出電阻 ：RO=2RC 差模地端練習(xí)：圖示差分放大電路中，調(diào)零電位器Rp的動端處在中點位置，已知 1 = 2 = 50，UBE1 = UBE2 = 0.7 V，其它參數(shù)如圖所示。（ rbb = 300 ）1求靜態(tài)工作點(IB、IC、UCE)；2當(dāng)uS1 = -uS2 = 1 mV時，求uO 。差模 共模 0.02 1.99 直接 零點漂移 對稱

9、 AUD和AUC 抑制共模信號 思考題4.1.3 差動放大電路的輸入輸出方式 單端輸入方式 單端輸入，在REE足夠大條件下，與雙端輸入狀態(tài)相同，其Aud、Rid、Ro分析結(jié)論相同。 單端輸出方式 差模增益： 其中RL= RC / RL。 共模增益：輸出為雙端輸出的一半集成電路簡稱 IC (Integrated Circuit)集成電路按其功能分?jǐn)?shù)字集成電路模擬集成電路模擬集成電路類型集成運算放大器；集成功率放大器；集成高頻放大器；集成中頻放大器；集成比較器；集成乘法器；集成穩(wěn)壓器；集成數(shù)/?；蚰?數(shù)轉(zhuǎn)換器等。4.2 集成運算放大器的分類 集成電路的外形集成電路的外形(a)雙列直插式(b)圓殼式

10、(c)扁平式4.3 集成運放組成和主要參數(shù) 4.3.1 集成運放組成 集成運放符號和組成框圖 1. 集成電路的外形： 國產(chǎn)集成運放的封裝外形主要采用圓殼式和雙列直插式。4.3.2 集成運算放大器的外形和符號 2. 集成運放的型號 國家標(biāo)準(zhǔn)（GB3430-82）規(guī)定，由字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示國家標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)表示運算放大器，阿拉伯?dāng)?shù)字表示品種。4.3.3集成運放主要參數(shù) 開環(huán)差模電壓增益Aod 共模抑制比KCMR 差模輸入電阻R id 輸出電阻Ro 輸入失調(diào)電壓UIO 4.3.4 理想化集成運放 理想化集成運放的參數(shù) 開環(huán)電壓增益Aod； 共模抑制比KCMR，即

11、無零漂，各種失調(diào)電壓失調(diào)電流為0； 差模輸入電阻Rid； 輸出電阻Ro0； 理想化集成運放的特點 虛短 uP = uN 條件：集成運放工作在線性放大狀態(tài) 虛斷 iI =0 運放線性應(yīng)用時的“虛短”和“虛斷” 運放只有在線性工作區(qū)時，才存在“虛短”一、反相輸入運算放大器在線性應(yīng)用時同時存在虛短和虛斷虛斷虛地特點：1.為深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋，Auf = Rf / R 12.輸出電壓與輸入電壓成反相比例關(guān)系。3. uIC = 0 ，對 KCMR 的要求低u+ = u- = 0虛地虛短和虛斷4.4 集成運放基本運算電路 4.4.1 基本輸入電路 由于，即A端的電位接近于零電位，但實際并沒有接地，所以通常

12、把A端稱為“虛地”。實際電路同相輸入端一般接有電阻R2,稱為平衡電阻;為使兩輸入端對地直流電阻相等：R2 = R1 / R fAuf = 1跟隨器當(dāng) R1 = ，Rf = 0 時，特點: 為深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，Auf = 1 + Rf /R1 同相輸入 結(jié)論，同相輸入比例運算電路的放大倍數(shù)與 無關(guān)，只取決于 與 的比值；輸出電壓與輸入電壓同相且成比例關(guān)系。 差動輸入 4.4.2 基本運算電路 比例運算 需要注意的是： 反相輸入能反相，比例系數(shù)可大于1、等于1或小于1。 同相輸入能同相，比例系數(shù)只能大于1或等于1。 相位要求有出入時，可再加一級集成運放反相。 合理選取比例電阻，一般在幾k幾百k之

13、間為宜。 電壓跟隨器 輸出電壓與輸入電壓數(shù)值相等且同相，稱為電壓跟隨器。(1)反相加法運算R3 = R1 / R2 / RfiF i1 + i2若 Rf = R1= R2 則 uO = (uI1+ uI2) 加法運算 R2 / R3 / R4 = R1/ Rf若 R2 = R3 = R4，則 uO = uI1+ uI2 Rf = 2R1 (2) 同相加法運算法 1：利用疊加定理uI2 = 0 uI1 使：uI1 = 0 uI2 使：一般R1 = R1； Rf = RfuO = uO1 + uO2 = Rf / R1( uI2 uI1 )法 2：利用虛短、虛斷uo = Rf /R1( uI2 uI1 )減法運算實際是差分電路4、減法運算5、積分運算=當(dāng) uI = UI 時，設(shè) uC(0) = 0 時間常數(shù) = R1Cf積分電路輸出電壓：tuIOtuOOR2 = Rf虛地虛斷RfC1 = 時間常數(shù)微分電路輸出電壓：6、微分運算 uItOuOtO練習(xí):分別求下圖中各輸入信號對應(yīng)的輸出信號。四、計算題思考題 0 線性 非線性 虛斷 虛短 4.下圖中圖為輸入方式比例運