第4章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用

第4章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器電路的基本分析方法常用基本運(yùn)放電路概述集成電路簡(jiǎn)稱IC【IntegratedCircuit】在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，將各種元器件和連線等集成在一片硅片上，構(gòu)成特定功能的電子電路。優(yōu)點(diǎn)：密度高、引線短、外部接線大為減少，提高電子設(shè)備的可靠性和靈活性，并降低了成本。

DIP雙列直插式封裝

QFP表面貼裝型封裝

LCCC無(wú)引線陶瓷封裝集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元

集成運(yùn)算放大器是一種高增益、高輸入電阻、低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大器。4.1集成運(yùn)放及其基本組成什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溫度變化、直流電源波動(dòng)、元器件老化。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。（1）輸入級(jí)（又稱前置級(jí)）要求：1)Ri高，以便把外加信號(hào)盡可能多的吸入電路中去。

2)有很高的抑制“零漂”的能力。在理想對(duì)稱的情況下：1.克服零點(diǎn)漂移；2.零輸入零輸出；3.抑制共模信號(hào)；4.放大差模信號(hào)?？朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫?fù)反饋、溫度補(bǔ)償。典型電路：差分放大電路（2）中間級(jí)作用：在這一級(jí)把信號(hào)盡量放大，使集成運(yùn)放具有較強(qiáng)的放大能力?！嗖捎霉采洌ɑ蚬苍矗┓糯箅娐罚ā咚鼈兊腁V大）；——多采用復(fù)合結(jié)構(gòu)（∵它們的AV大）；如：復(fù)合管結(jié)構(gòu)bceβ=β1β2bceβ=β1β2互補(bǔ)型（3）輸出級(jí)要求：Ro小，帶負(fù)載能力強(qiáng)；非線性失真小?！嗖捎没パa(bǔ)對(duì)稱輸出電路，保證功率放大。（4）偏置電路用于設(shè)置集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)+VCC-VEEPNvPvNOvOiPiNA4.2集成運(yùn)放的符號(hào)同相輸入端反相輸入端這兩個(gè)電壓有時(shí)畫(huà)有時(shí)不畫(huà)，無(wú)所謂！輸入與輸出的關(guān)系：當(dāng)vi從反相輸入端輸入時(shí)，vo與vi反相；當(dāng)vi從同相輸入端輸入時(shí)，vo與vi同相；

集成運(yùn)算放大器符號(hào)

1、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Aod

（開(kāi)環(huán)增益）指在開(kāi)環(huán)（無(wú)反饋）狀態(tài)下，輸出電壓uo與差模輸入信號(hào)(uN-uP)之比.該參數(shù)主要用來(lái)說(shuō)明運(yùn)算精度。Aod越大，越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也就越高。

2、共模抑制比KCMR

運(yùn)算放大器對(duì)差模輸入信號(hào)的放大倍數(shù)與對(duì)共模輸入信號(hào)的放大倍數(shù)模放大倍數(shù)之比。這個(gè)參數(shù)越大，運(yùn)放質(zhì)量越好。4.3集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)共模信號(hào)：大小相等，極性相同。差模信號(hào)：大小相等，極性相反.共模輸入電壓(u1+u2)/2差模輸入電壓(u1-u2)4.1.4集成運(yùn)放的電壓傳輸特性在線性區(qū)：uO＝Aod(uP－uN)

Aod：開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)。非線性區(qū)

(uP－uN)的數(shù)值大于一定值時(shí)，集成運(yùn)放的輸出不是＋UOM,就是－UOM，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。電壓傳輸特性：uO=f(uP-uN)UOM－UOM為使集成運(yùn)放所組成的電路能穩(wěn)定的工作在線性區(qū)，必須引入負(fù)反饋運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短（u+=u-）虛斷（ii+=ii-=0）4.1.5理想運(yùn)算放大器基本運(yùn)算電路

開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod=∞差模輸入電阻rid=∞輸出電阻ro=0共模抑制比KCMR=∞

失調(diào)電壓、失調(diào)電流及它們的溫漂均為01、理想指標(biāo)理想：

Aod→∞

vO＝Aod(vN－vP)①②以后使用如無(wú)特殊說(shuō)明都認(rèn)為是理想集成運(yùn)放【※※】4.2基本運(yùn)算電路1)反相比例運(yùn)算i1=if

（虛斷）因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷u+

=0

u－=u+=0（虛地）反饋組態(tài)：電壓并聯(lián)負(fù)反饋1.比例運(yùn)算電路虛地點(diǎn)R0為平衡電阻(保證輸入級(jí)的對(duì)稱性,克服零漂):R0=R1//Rf電壓放大倍數(shù):2)同相比例運(yùn)算電路u-=u+=uii1=if（虛斷）平衡電阻R=Rf//R1因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓放大倍數(shù):電壓跟隨器根據(jù)虛短和虛斷有vo＝vn≈vp＝vi（可作為公式直接使用）此電路是同相比例運(yùn)算的特殊情況，輸入電阻大，輸出電阻小。在電路中作用與分立元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。2.加法電路

根據(jù)虛短、虛斷和n點(diǎn)的KCL得：若則有例

利用加法器和反相比例器思考：習(xí)題4.5畫(huà)出實(shí)現(xiàn)下述運(yùn)算的電路：uo=2ui1－6ui2+3ui3－0.8ui43.減法電路

從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。當(dāng)則若繼續(xù)有則

根據(jù)虛短、虛斷和n、p點(diǎn)的KCL得：從放大器角度看:時(shí)，增益為（該電路也稱為差分電路）當(dāng)vI為階躍電壓時(shí)，有4.積分電路應(yīng)用舉例4.3：輸入方波，輸出是三角波。tui0tuo05.微分電路u-=u+=04.3非線性應(yīng)用電路

將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。功能：構(gòu)成：運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。uoui0+UOM-UOM1.簡(jiǎn)單電壓比較器運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開(kāi)環(huán)或引入正反饋。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：若U+＞U-

則UO=+UOM；若U+＜U-

則UO=-UOM。虛斷（運(yùn)放輸入端電流=0）

注意：此時(shí)不能用虛短！uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM（1）過(guò)零比較器（門(mén)限電平=0）uoui0+UOM-UOMtuituo+Uom-Uom例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。?）單門(mén)限比較器（與參考電壓比較）uoui0+Uom-UomUREFUREF為參考電壓當(dāng)ui>UREF時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UREF時(shí),uo=-Uom

運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)uoui0+Uom-UomUREF當(dāng)ui<UREF時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UREF時(shí),uo=-Uom

若ui從反相端輸入單限比較器：比較電平UREF≠0

uoui0+UZ-UZ（A）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓忽略了UD（3）限幅電路——使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值當(dāng)ui>0時(shí),uo=+UZ當(dāng)ui<0時(shí),uo=-UZ

簡(jiǎn)單電壓比較器有兩個(gè)問(wèn)題結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高被比較的電壓抗干擾能力差，在閾值附近，只要有很小的干擾信號(hào)，就可能使電路誤動(dòng)作。為了解決上述問(wèn)題，正反饋被加載進(jìn)了比較器中，叫做帶有滯后現(xiàn)象的比較器，它具有強(qiáng)大的抗干擾能力和提高了那些快速變換輸出波形的邊緣。uoui0+UOM-UOM遲滯比較器（1）工作原理——兩個(gè)門(mén)限電壓。特點(diǎn):電路中使用正反饋——運(yùn)放工作在非線性區(qū)。（A）當(dāng)uo=+UZ時(shí)，（B）當(dāng)uo=-UZ時(shí)，UT+稱上門(mén)限電壓UT-稱下門(mén)限電壓UT+-UT-稱為回差電壓遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設(shè)ui

,當(dāng)ui=<UT-時(shí),

uo從-UZ+UZ這時(shí),uo=-UZ,u+=UT-設(shè)初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+設(shè)ui

,當(dāng)ui=>U