電子技術(shù)第三章集成電路課件

1、 3.1 集成運(yùn)放的簡(jiǎn)介*集成電路:是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上, 組成一個(gè)不可分的整體。*集成運(yùn)算放大器:是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。*集成電路優(yōu)點(diǎn):工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小,可靠性高、價(jià)格低。*集成電路分類：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路；集成電路簡(jiǎn)介 3.1 集成運(yùn)放的簡(jiǎn)介*集成電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn):(1)電路元件制作在一個(gè)芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。元器件參數(shù)的一致性和對(duì)稱性好.(2)電阻的阻值受到限制,由硅半導(dǎo)體構(gòu)成,范圍在幾十到20千

2、歐。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。(3)電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感和變壓器均需外接；電容值在幾十 pF 以下的小電容用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容通常外接。(4)二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。(5)電路結(jié)構(gòu)是直接耦合方式.集成電路特點(diǎn) 3.1 集成運(yùn)放的簡(jiǎn)介*集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu):(1)輸入級(jí)：輸入電阻高,能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào),都采用帶恒流源的差分放大器。(2)中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 (3)輸出級(jí)：與負(fù)載相接,要求輸出電阻低,帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成。(4)偏置電路: 多由鏡像恒流源等電路組成

3、,提供合適工作電流. 輸入級(jí) 中間級(jí) 輸出級(jí)偏置電路集成電路結(jié)構(gòu) 3.2 直耦放大電路問(wèn)題*零漂現(xiàn)象：輸入ui=0時(shí)，輸出有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。*產(chǎn)生零漂的原因:由溫度變化引起的。當(dāng)溫度變化使第一級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生微小變化時(shí),這種變化量會(huì)被后面的電路逐級(jí)放大，最終在輸出端產(chǎn)生較大的電壓漂移。因而零點(diǎn)漂移也叫溫漂。*零漂的衡量方法：將輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端計(jì)算。零點(diǎn)漂移問(wèn)題 3.2 直耦放大電路問(wèn)題*零漂現(xiàn)象示例:假設(shè)一個(gè)2級(jí)放大器,Au1=100,Au2=100.則總Au=10000.若輸出有1V的漂移電壓,那么,等效輸入端有100v的輸入.*減小零漂的措施:(1)用熱敏元件

4、進(jìn)行溫度補(bǔ)償;(2)引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定 Q 點(diǎn)；(2)采用差動(dòng)放大電路(常用且有效的方法).零點(diǎn)漂移問(wèn)題等效 100V漂移 1 V 3.3 差動(dòng)放大電路*差分放大電路的組成:差分放大電路是由對(duì)稱的兩個(gè)基本放大電路，通過(guò)射極公共電阻耦合構(gòu)成的。*對(duì)稱的含義:是兩個(gè)三極管的特性一致，如放大倍數(shù),動(dòng)態(tài)輸入電阻,反向飽和電流等電路參數(shù)對(duì)應(yīng)相等.即：1=2= VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb典型結(jié)構(gòu)與原理 3.3 差動(dòng)放大電路*幾個(gè)基本概念:1. 差動(dòng)放大電路一般有兩個(gè)輸入端：雙端輸入從兩輸

5、入端同時(shí)加信號(hào)。單端輸入僅從一個(gè)輸入端對(duì)地加信號(hào)。 2. 差動(dòng)放大電路可以有兩個(gè)輸出端。雙端輸出從C1和C2輸出。單端輸出從C1或C2 對(duì)地輸出。典型結(jié)構(gòu)與原理 3.3 差動(dòng)放大電路*幾個(gè)基本概念:3.差模信號(hào)與共模信號(hào)差模信號(hào)2個(gè)輸入信號(hào)相減，uid=ui1-ui2。共模信號(hào)2個(gè)輸入信號(hào)相加，uic=(ui1+ui2)/2。差模電壓增益差模信號(hào)輸入時(shí),電壓放大倍數(shù)，共模電壓增益共模信號(hào)輸入時(shí),電壓放大倍數(shù)，總輸出電壓差模和共模輸出之和：4. 共模抑制比差模電壓增益/共模電壓增益的絕對(duì)值?？梢杂脕?lái)反映電路抑制共模信號(hào)的能力。典型結(jié)構(gòu)與原理 3.3 差動(dòng)放大電路*原理分析要點(diǎn):(1)差分放大電路

6、的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)計(jì)算方法與基本放大電路基本相同。為了使差分放大電路在靜態(tài)時(shí),其輸入端基本上是零電位，將Re從接地改為接負(fù)電源VEE。(2)分析方法要注意2個(gè)等效關(guān)系:對(duì)每個(gè)三極管Re等效2倍Re,差模輸入的虛地問(wèn)題.IE1IE2典型結(jié)構(gòu)與原理 3.3 差動(dòng)放大電路*靜態(tài)分析:由于對(duì)稱性, 兩個(gè)管子的參數(shù)相同,所以,只需用分析一個(gè)管子的電壓電流就可以了.因?yàn)镽b較小，其上的電壓降可忽略不計(jì)。根據(jù)直流通路知，輸入為零時(shí),可忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0V.Re上的電流為2管子的電流和.即IE=(UEEUBE)Re= 2IE1=2IE2IE1=IE2=IE2= (UEEUBE)2ReUEE2Re ;所

7、以,對(duì)每個(gè)三極管來(lái)說(shuō),此處的Re等效2個(gè)Re.典型結(jié)構(gòu)與原理IE1IE2UBE 3.3 差動(dòng)放大電路*靜態(tài)分析:基極電流, UCE和輸出電壓分別為IB1=IB2 =IE1/(1+ );UCE1=UCE2UCC+UEE-(RCIE1+ReIE)=UCC+UEE(RC+2Re)IE1Uo=UC1-UC2=0；典型結(jié)構(gòu)與原理 3.3 差動(dòng)放大電路*動(dòng)態(tài)分析:(1)對(duì)共模信號(hào)的抑制作用:由于對(duì)稱, 射極電阻Re對(duì)共模信號(hào)的負(fù)反饋?zhàn)饔?，抑制了每只晶體管集電極電流的變化，從而抑制集電極的電位的變化。共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化.所以, uoc=uoc1-uoc20 .*對(duì)溫度抑制作用:電路參

8、數(shù)的理想對(duì)稱性，溫度變化時(shí)管子的電流變化完全相同，使差分放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用。由于溫度對(duì)電路的影響是同步的,故可以將溫度漂移等效成共模信號(hào)，所以,差分放大電路能很好地抑制零漂(溫漂).典型結(jié)構(gòu)與原理 3.3 差動(dòng)放大電路*動(dòng)態(tài)分析:(2)對(duì)差模信號(hào)的放大作用:(下面的特點(diǎn)對(duì)共模信號(hào)不成立)對(duì)差模信號(hào)有二個(gè)“虛地”:E點(diǎn)電位在差模信號(hào)作用下不變，相當(dāng)于接“地”。因?yàn)槿魎i1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不變 UE不變負(fù)載電阻的中點(diǎn)電位在差模信號(hào)作用下不變，相當(dāng)于接“地”。因?yàn)?若設(shè)u01 ,u02 ,又有u01 =u02, 相當(dāng)于RL的中點(diǎn)電位為0,等于每個(gè)

9、負(fù)載只有RL/2.典型結(jié)構(gòu)與原理ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC1+uId-+-+ uod-E 3.3 差動(dòng)放大電路*動(dòng)態(tài)分析:(2)對(duì)差模信號(hào)的放大作用:因?yàn)閡i1 =- ui2,設(shè)ui1 ,ui2 uo1 ,uo2 。電路對(duì)稱uo1=uo2 uod= uo1 uo2=2 uo1 差模uid= ui1 ui2=ui1 (-ui1)= 2 ui1 差模電壓放大倍數(shù) :典型結(jié)構(gòu)與原理差模信號(hào)虛地 3.3 差動(dòng)放大電路*動(dòng)態(tài)分析:(3)差模輸入電阻:典型結(jié)構(gòu)與原理 3.3 差動(dòng)放大電路*動(dòng)態(tài)分析:(4)輸出電阻(輸入信號(hào)源短接,負(fù)載電阻開(kāi)路,三極管好像開(kāi)路,在輸出回路中,就只有2個(gè)R

10、C并聯(lián))典型結(jié)構(gòu)與原理RCio 3.3 差動(dòng)放大電路*差動(dòng)放大器有4種輸入輸出的形式 1. 雙端輸入、雙端輸出（雙-雙）:輸入輸出端沒(méi)有接地. 2. 雙端輸入、單端輸出（雙-單）:輸入端沒(méi)有接地,輸出端有一個(gè)端口接地輸出. 3. 單端輸入、雙端輸出（單-雙）:輸入端口有一個(gè)接地輸入,輸出端口沒(méi)有接地. 4. 單端輸入、單端輸出（單-單）:輸入和輸出端口都是用一個(gè)端口接地輸入和輸出.輸入和輸出方式 3.3 差動(dòng)放大電路1. 雙端輸入、雙端輸出:輸入輸出端沒(méi)有接地.(1)差模電壓放大倍數(shù) :(2)共模電壓放大倍數(shù) (3)差模輸入電阻(4)輸出電阻輸入和輸出方式 3.3 差動(dòng)放大電路2. 雙端輸入、

11、單端輸出:輸入端沒(méi)有接地,輸出端有一個(gè)端口接地輸出.這種方式適用于將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出的信號(hào)。(1)差模電壓放大倍數(shù) : RL輸入和輸出方式負(fù)載接地 3.3 差動(dòng)放大電路2. 雙端輸入、單端輸出(2)差模輸入電阻(同第一種情況)(3)輸出電阻(同普通情況,負(fù)載開(kāi)路,信號(hào)源短接)(4)輸出電壓因?yàn)楣材］敵霾荒艿窒?所以輸出包含有共模信號(hào)(雖然共模信號(hào)很小).輸入和輸出方式RL 3.3 差動(dòng)放大電路(5)共模電壓放大倍數(shù)先畫出畫出共模等效電路,即交流通路.輸入和輸出方式等效2Re 3.3 差動(dòng)放大電路(6)共模抑制比根據(jù)定義得輸入和輸出方式 3.3 差動(dòng)放大電路3. 單端輸入、雙端輸出:因?yàn)?

12、差模信號(hào)uid=ui1-0=ui1 ,相當(dāng)于T1和T2都只得到一半的輸入信號(hào).即ui1 = ui2 = ui /2.可以把它們當(dāng)成雙端輸入來(lái)處理.結(jié)論也一致.這種情況下,輸出也減少1半.(1)差模電壓放大倍數(shù) :(2)共模電壓放大倍數(shù) (3)差模輸入電阻(4)輸出電阻輸入和輸出方式 3.3 差動(dòng)放大電路4. 單端輸入、單端輸出:同雙入單出分析相同.結(jié)論也一樣.(1)差模電壓放大倍數(shù) :(2)共模電壓放大倍數(shù) (3)差模輸入電阻(4)輸出電阻輸入和輸出方式 3.3 差動(dòng)放大電路*差動(dòng)放大器動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)(P130.表)(1)差模電壓放大倍數(shù)與單端輸入還是雙端輸入無(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)。(2)共

13、模電壓放大倍數(shù)與單端輸入還是雙端輸入無(wú)關(guān)，只與輸出方式有關(guān)。(3)差模輸入電阻與輸入輸出的形式無(wú)關(guān)，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。由于共模信號(hào)通常是要減少的量,如溫度等,所以,不討論共模輸入電阻問(wèn)題.(4)輸出電阻由輸出決定，單端輸出為Rc，雙端輸出為2Rc。輸入和輸出方式 3.4 放大器中的反饋*在電子設(shè)備中經(jīng)常采用反饋的方法來(lái)改善電路的性能,欲穩(wěn)定某個(gè)電量，將該電量反饋回輸入回路。就可以達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。例如，采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法.*放大電路中的反饋，是指將放大電路輸出電量(輸出電壓或輸出電流)的一部分或全部，通過(guò)一定的方式，反送回輸入回路中。穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的電路，U

14、BEQ UBQ ICQRE， ICQ(IEQ) 反饋回輸入回路.反饋的基本概念UB一定TUBEICICUEIB 3.4 放大器中的反饋*正向傳輸信號(hào)從輸入端向輸出端的傳輸。*反向傳輸信號(hào)從輸出端向輸入端的傳輸.*開(kāi)環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng):(1)開(kāi)環(huán):電路中只有正向傳輸，沒(méi)有反向傳輸，稱為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。(2)閉環(huán):既有正向傳輸，又有反向傳輸?shù)南到y(tǒng),稱為閉環(huán)系統(tǒng)。信號(hào)的正向傳輸信號(hào)的正向傳輸反饋傳輸(通路)（反饋網(wǎng)絡(luò)）反饋的基本概念 3.4 放大器中的反饋*直流反饋與交流反饋:根據(jù)反饋信號(hào)的性質(zhì),可以分為直流反饋和交流反饋.(1)直流反饋:只在直流通路中存在的反饋,而在交流通路中沒(méi)有反饋的反饋.(2)交流反饋:

15、只在交流通路中存在的反饋,而在直流通路中沒(méi)有反饋的反饋.(3)交直流反饋:反饋量中既有直流分量也有交流分量的反饋.反饋的類型直流反饋交流反饋 3.4 放大器中的反饋*正反饋與負(fù)反饋:根據(jù)反饋效果,可分為正反饋和負(fù)反饋.(1)正反饋:輸入量不變時(shí)，引入反饋后使凈輸入量增加，放大倍數(shù)增加。即Xd Xi (Xd = Xi - Xf ) .(2)負(fù)反饋:輸入量不變時(shí)，引入反饋后使凈輸入量減小，放大倍數(shù)減小。即Xd 1, 有f A/AF=1/F ;負(fù)反饋條件:|1+AF|1, |f|；正反饋條件:|1+AF|；自激振蕩條件:|1+AF|=0, |f|.+AFxixidxoxf.負(fù)反饋放大器的組態(tài). 3.

16、4 放大器中的反饋*負(fù)反饋放大器對(duì)穩(wěn)定性的影響提高穩(wěn)定性穩(wěn)定性的定義增益的相對(duì)變化率，dA/A越小，穩(wěn)定性就越好。根據(jù)關(guān)系A(chǔ)f=A/（1+AF），對(duì)A求導(dǎo)，得dAf/A=1/(1+AF)2;可以得到dAf/Af= (dA/A)(1/(1+AF).式中dA/A為無(wú)反饋的相對(duì)變化率, 式子表明，有反饋的穩(wěn)定性是無(wú)反饋的穩(wěn)定性的1/(1+AF)倍。因?yàn)椋?+AF1,所以，dAf/Af ube，所以 rif 提高了(|1+F|倍)。uiubeib+.負(fù)反饋對(duì)電路性能影響uiubeib+uf+ 3.4 放大器中的反饋*負(fù)反饋放大器對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響:2. 并聯(lián)負(fù)反饋能使電路的輸入電阻減小無(wú)負(fù)反饋

17、時(shí)：有負(fù)反饋時(shí)：在同樣的ube下，ii = ib + if ib，所以 rif 降低了(1/|1+F|倍)。.ifiiibube+負(fù)反饋對(duì)電路性能影響 3.4 放大器中的反饋*負(fù)反饋放大器對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響:3. 電壓負(fù)反饋使電路的輸出電阻減小設(shè)輸入信號(hào)為零,放大電路的輸出電阻定義為： 可見(jiàn),引入電壓負(fù)反饋后,放大電路的輸出電阻減小到無(wú)反饋時(shí)的 倍。負(fù)反饋對(duì)電路性能影響Rof。Xf.Xi. 3.4 放大器中的反饋*負(fù)反饋放大器對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響:4. 電流負(fù)反饋使電路的輸出電阻增大按前面相同的方法,得到可見(jiàn),引入電壓負(fù)反饋后,放大電路的輸出電阻增大到無(wú)反饋時(shí)的 倍 。負(fù)反饋對(duì)電

18、路性能影響。RofXf.Xi. 3.4 放大器中的反饋*四種負(fù)反饋對(duì) ri 和 ro 的影響總結(jié):負(fù)反饋對(duì)電路性能影響串聯(lián)電壓串聯(lián)電流并聯(lián)電壓并聯(lián)電流riro減低增高增高增高增高減低減低減低電壓電流并聯(lián)串聯(lián)riro減小增大增大減小 3.4 放大器中的反饋*擴(kuò)展放大器的通頻帶:放大電路加入負(fù)反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了?？梢宰C明：fbwf = (1+AF) fbw. 即,擴(kuò)展了(1+AF) 倍.放大器的一個(gè)重要特性：增益與通頻帶之積為常數(shù)。 即： Amf fbwf= Am fbw 無(wú)反饋時(shí)放大器的通頻帶： fbw= f HfL f H 有反饋時(shí)放大器的通頻帶： fbwf= f HffLf

19、f Hf020lg|A|（dB）F（Hz） Am fL fH fLf fHf Amf.負(fù)反饋對(duì)電路性能影響 3.4 放大器中的反饋*改善放大器的非線性失真:放大電路加入負(fù)反饋后，能減少環(huán)內(nèi)放大電路產(chǎn)生的失真,比如無(wú)負(fù)反饋時(shí)產(chǎn)生正半周大負(fù)半周小的失真。加入反饋后,這種失真反饋到輸入端,與輸入信號(hào)反相疊加，得到的凈輸入信號(hào)為正半周小而負(fù)半周大。剛好彌補(bǔ)這種失真.但是,如果輸入波形本身就是失真的，即使引入負(fù)反饋，也無(wú)濟(jì)于事。 負(fù)反饋對(duì)電路性能影響 3.5 集成運(yùn)算放大器*集成運(yùn)放一種高放大倍數(shù),高輸入阻抗,低輸出阻抗的多級(jí)直接耦合放大器.是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。集成運(yùn)放基本概念集成

20、運(yùn)放 741的電路原理圖同相輸入輸入級(jí)偏置電路中間級(jí)輸出級(jí)+UCCuo+-UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C反相輸入輸出 3.5 集成運(yùn)算放大器*集成運(yùn)算放大器符號(hào):國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)：國(guó)內(nèi)外常用符號(hào):u-u+ uoNP反相輸入端同相輸入端輸出端NP實(shí)際運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)集成運(yùn)放基本概念實(shí)際電路符號(hào)管腳7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+UCC輸出21876345 3.5 集成運(yùn)算放大器*集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)(1)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod :無(wú)反饋時(shí)

21、的差模電壓增益。一般Aod在100120dB左右(105倍)，高增益運(yùn)放可達(dá)140dB以上.Aod愈高,所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。 (2)最大輸出電壓 UOPP:能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓的峰-峰值。一般其幅值比電源電壓小12v.(3)差模輸入電阻rid :是反向輸入端與同向輸入端對(duì)差模信號(hào)源表現(xiàn)出的等效電阻. 雙極型管輸入級(jí)約為105106歐姆,場(chǎng)效應(yīng)管輸入級(jí)可達(dá)109歐姆以上.理想運(yùn)放可以當(dāng)成無(wú)窮大. 集成運(yùn)放基本概念 3.5 集成運(yùn)算放大器*集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)(4)共模抑制比 KCMRR ：與差動(dòng)放大器的定義相同,差模電壓增益/共模電壓增益的絕對(duì)值。 K

22、CMRR=20lg(Avd / Avc ) (dB)反映出運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)的抑制能力.其典型值在80dB以上，性能好的高達(dá)180dB。理想的可以看作無(wú)窮大.(5)輸入失調(diào)電壓UIO : 輸入電壓為零時(shí)，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對(duì)稱性的指標(biāo)。因?yàn)?實(shí)際的運(yùn)放不可能真正做到完全對(duì)稱,所以,在輸入為零時(shí),輸出不可能也為零.為了使其為零,在輸入端加一個(gè)補(bǔ)償電壓,使輸出為零.這個(gè)補(bǔ)償電壓,就叫做輸入失調(diào)電壓.即UIO=-(UO|U =0)/Aod.一般為110mv.I集成運(yùn)放基本概念 3.5 集成運(yùn)算放大器*集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)(6)輸入偏置電流IIB ：輸

23、入電壓為零時(shí)，運(yùn)放兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值，IIB=(IB-+IB+)/2.用于衡量差分放大對(duì)管輸入電流的大小。該值越小越好.(7)輸入失調(diào)電流 IIO ：在零輸入時(shí)，差分輸入級(jí)的差分對(duì)管基極電流之差，IIO=|IB+-IB-|U =0.用于表征差分級(jí)輸入電流不對(duì)稱的程度。要求是越小越好,一般為1nA100nA. (8)輸入失調(diào)電壓溫漂 dUIO /dT:在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。(9)輸入失調(diào)電流溫漂dIIO /DT:在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。與(8)一起反映運(yùn)放的溫度漂移特性.i集成運(yùn)放基本概念 3.5

24、集成運(yùn)算放大器*集成運(yùn)算放大器的模型和電壓傳輸特性(1)理想模型:在低頻情況下，忽略失調(diào)電壓電流及溫漂等因素的影響，運(yùn)放可以看成一個(gè)高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)(Aod106)，高輸入電阻(106),低輸出電阻(100)的電壓放大器.Aoduidroriuouid集成運(yùn)放基本概念 3.5 集成運(yùn)算放大器*集成運(yùn)算放大器的模型和電壓傳輸特性(2)電壓傳輸特性是輸出電壓與差模輸入電壓之間的關(guān)系：uo=f(uid).*線性區(qū)：當(dāng)-usatuid +usat 時(shí)， uo = +Uom Uid u 時(shí)， uo = + Uom u+ 0 ui = Ui u 時(shí)， uo = + Uom u+u 時(shí)，即uiUR 時(shí)，uo

25、= +Uom ; u+UR 時(shí)，uo = Uom .URuouiR2+R1+參考電壓電壓傳輸特性 Uom +UomuiuoOUR 3.8 電壓比較器同相電壓比較器*同相電壓比較器與基本比較器一樣,不同的是,反相端接參考電位UR, 同相端接輸入ui. 當(dāng)u+u 時(shí)，即uiu 時(shí)，即ui UR 時(shí)，uo = + Uom .uiuoURR2+R1+ Uom +UomuiuoOUR 3.8 電壓比較器過(guò)零電壓比較器*過(guò)零電壓比較器與基本比較器一樣,不同的是,參考電位UR=0. 可以是同相,也可以是反相.對(duì)于同相,有當(dāng)u+u 時(shí)，即uiu 時(shí)，即ui 0 時(shí)，uo = + Uom .uiuoURR2+R

26、1+ Uom +UomuiuoOUR利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲╰uiOtuo+UomUomO 3.8 電壓比較器限幅電壓比較器*限幅電壓比較器是具有保護(hù)功能的單限比較器.與基本比較器不同的是,在輸入端口或輸出端口接有二極管或穩(wěn)壓二極管.其作用是用來(lái)保護(hù)或限制電壓幅度的. 可以是同相,也可以是反相.(1)反相單向穩(wěn)壓管限幅電路(利用正向?qū)?反向擊穿)作用:用來(lái)穩(wěn)定或限制輸出電壓的大小,以便與負(fù)載電平配合.當(dāng)u+u 時(shí)，即uiUR 時(shí)，uo = +Uz ; u+UR 時(shí)，uo = + 0 .+uiURR1R2uoUZuoui0+Uz-UzUR 3.8 電壓比較器(2)反相雙向限幅電路作用:用

27、來(lái)穩(wěn)定或限制輸出電壓的大小,以便與負(fù)載電平配合.當(dāng)u+u 時(shí)，即uiUR 時(shí)，uo = +Uom ; u+UR 時(shí)，uo = -Uom .設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略穩(wěn)壓管的正向?qū)▔航祫t ui UR，DZ2通, DZ1工作, uo = UZ.UZ UZ電壓傳輸特性 Uom +UomuiuoOUR限幅電壓比較器uoRDZ1URuouiR2+R1+DZ2 3.8 電壓比較器(3)輸入保護(hù)反相雙向限幅電路作用:除了輸出限幅外,在輸入端增加了限幅保護(hù).防止輸入電壓過(guò)高或過(guò)低損壞運(yùn)放.uoRURuiR2+R1+DZuo限幅電壓比較器 3.8 電壓比較器滯回電壓比較器1.基本(單限)電壓比較器的缺陷單

28、門限比較器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度比較高,但是,也有一個(gè)致命的缺點(diǎn)就是抗干擾性差.例如,在某個(gè)門限電壓附近,有些干擾,那么就會(huì)導(dǎo)致輸出出現(xiàn)錯(cuò)誤.為此,實(shí)際工程中更多的是用滯回比較器(或稱遲滯比較器)理想高電平錯(cuò)誤電平有干擾門檻電壓 3.8 電壓比較器2.無(wú)參考電壓的滯回比較器(1)電路組成因?yàn)橛姓答?，所以輸出為飽和值。由于閾值電壓與輸出有關(guān),所以,電路有2個(gè)閾值.(2)閾值電壓當(dāng)uo正飽和時(shí)(uo =+UOM),閾值電壓:當(dāng)uo負(fù)飽和時(shí)(uo =-UOM), 閾值電壓:+om211+UURRRUT=+=UT-om211+UURRRUT=+-=-UT=+uoRR2R1uiU+U-參考電壓為0滯回電壓比較

29、器 3.8 電壓比較器2.無(wú)參考電壓的滯回比較器(3)傳輸特性設(shè)初始值: uo =+UOM , U+= UT+。當(dāng)ui UT+, uo從+UOM -UOM.這時(shí), uo =-UOM , U+= UT-。如果ui , 當(dāng)ui = UT-, uo從-UOM +UOM。所以，可以看出，輸出不再是一個(gè)折線，而是一個(gè)回線。成回線的原因是閾值不是一個(gè)定值，而是UT。其中+UT= UT+叫做上門限。-UT= UT-叫做下門限。UT+- UT-稱為回差(門限寬度)。uoui0+Uom-UomUT+UT-滯回電壓比較器 3.8 電壓比較器3.有參考電壓的滯回比較器(1)電路組成與無(wú)參考電壓的電路比較，不同之處是

30、參考電壓不為0。另外, 因?yàn)橛邢薹敵?，所以輸出飽和值為UZ。閾值電壓也有2個(gè).(2)閾值電壓當(dāng)uo正輸出時(shí)(uo =+UZ),上門限電壓UT+為(根據(jù)疊加原理):R2R8URuIR1R3UZNPuO滯回電壓比較器 3.8 電壓比較器3.有參考電壓的滯回比較器(2)閾值電壓當(dāng)uo負(fù)輸出時(shí)(uo =-UZ),下門限電壓UT-為(由疊加原理得)R2R8URuIR1R3UZNPuO滯回電壓比較器 3.8 電壓比較器3.有參考電壓的滯回比較器(3)傳輸特性閾值也不是一個(gè)定值，而是URUT。其中對(duì)比無(wú)參考電壓的滯回比較器其上下門限向水平方向平移了UR單位。門限寬度：UT+- UT-=2UT。uoui0U

31、T+UT-傳輸特性+UZ-UZ滯回電壓比較器 3.8 電壓比較器4.滯回比較器的優(yōu)點(diǎn)和用途滯回比較器雖然靈敏度低了，但是有比較高的抗干擾能力。滯回電壓比較器OuItUTuOUOHUOLOt單門限比較器OuItUT-UT+UOHUOLOtuO滯回比較器抗干擾弱抗干擾強(qiáng) 3.8 電壓比較器4.滯回比較器的優(yōu)點(diǎn)和用途在波形整形，波形變換，以及獲得非正弦波方面應(yīng)用廣泛。tuiUT+UT-tuoUom-UomOuItUT+UT-OuOtUOHUOL滯回電壓比較器3.9 運(yùn)放在測(cè)量方面的應(yīng)用信號(hào)測(cè)量意義 在自動(dòng)控制和非電測(cè)量等系統(tǒng)中，常用各種傳感器將非電量(如溫度、應(yīng)變、壓力和流量等) 的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)

32、(電壓或電流) ，然后輸入系統(tǒng)。但這種非電量的變化是緩慢的，電信號(hào)的變化量常常很小 ( 一般只有幾毫伏到幾十毫伏)，所以要將電信號(hào)加以放大。 測(cè)量放大電路的作用是將測(cè)量電路或傳感器送來(lái)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，再送到后面電路去處理。 一般對(duì)測(cè)量放大電路的要求是輸入電阻高、噪聲低、穩(wěn)定性好、精度及可靠性高、共模抑制比大、線性度好、失調(diào)小、并有一定的抗干擾能力。也就是說(shuō),儀器所用的放大器(IA),比普通的運(yùn)放(OA)要求更高，性能更好。3.9 運(yùn)放在測(cè)量方面的應(yīng)用測(cè)量放大器優(yōu)點(diǎn)*測(cè)量(儀器)放大器(Instrumentation Amplifiers)與普通運(yùn)放(Operation Amplifiers

33、)的區(qū)別IA模塊是以O(shè)A為基礎(chǔ)構(gòu)成的具有差分輸入，單端輸出的閉環(huán)增益的固定電路模塊。使IA比OA具有更優(yōu)異的特點(diǎn)。IA通過(guò)兩個(gè)對(duì)稱且平衡的差分輸入，使IA的共模信號(hào)抑制能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于OA。IA的輸入阻抗通常在109以上，輸出阻抗也只有幾個(gè)m。這是普通OA難以達(dá)到的。所以，IA的輸出可以看成是理想的信號(hào)源。3.9 運(yùn)放在測(cè)量方面的應(yīng)用測(cè)量放大器優(yōu)點(diǎn)*測(cè)量(儀器)放大器(Instrumentation Amplifiers)與普通運(yùn)放(Operation Amplifiers)的區(qū)別OA的增益是由反饋電阻決定的。而IA的增益既可以通過(guò)內(nèi)部反饋電阻預(yù)置，還可以通過(guò)外部的引腳調(diào)整。所以，可以借助于外部程

34、控開(kāi)關(guān)控制調(diào)整。除上述指標(biāo)外，其他各種指標(biāo)IA都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于OA?？梢院?jiǎn)單的說(shuō)，IA幾乎可以看作是理想的OA。3.9 運(yùn)放在測(cè)量方面的應(yīng)用*測(cè)量(儀器)放大器電路形式通常是由2片普通運(yùn)放組成。電路結(jié)構(gòu)形式很多。常用的多是23片的。測(cè)量對(duì)象是微小電流，電壓或電阻，方法通常是用惠斯頓電橋。這種方法的特點(diǎn)就是測(cè)量微小電壓，電流等電量。借助于傳感器，就可以把非電量轉(zhuǎn)換成電量來(lái)測(cè)量。儀器放大器RGRTRRRt oVREFuo測(cè)量放大器形式3.9 運(yùn)放在測(cè)量方面的應(yīng)用測(cè)量放大器電路*測(cè)量(儀器)放大器電路舉例對(duì)共模信號(hào)：uo1 = uo2 則 uo = 0。對(duì)差模信號(hào)：R1 中點(diǎn)為交流地。根據(jù)”虛短”原理,2輸入端的信號(hào)就是ui1和ui2.ui1+R2+uo2uo1uoR4